一种垃圾填埋气二氧化碳捕集工艺
专利汇可以提供一种垃圾填埋气二氧化碳捕集工艺专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 垃圾填埋气 二 氧 化 碳 捕集工艺，所述工艺组合了气体膜分离、低温 液化 等技术，将填埋气 脱碳 富氧版 块 和填埋气燃烧后二氧化碳捕集版块有效整合在一起；液化 天然气 为系统分阶段降温后作为填埋气燃烧过程中的 燃料 ，提升填埋气甲烷组分浓度和热值；使用富氧空气作为填埋气脱碳富氧膜组件的吹扫气，提升了二氧化碳捕集回流环节截留气和第三级膜组件渗透气混合后气体中氧气含量，可以有效降低填埋气燃烧后烟气中氮气组分，降低填埋气燃烧后二氧化碳捕集版块的能耗；膜组件富氧环节通过利用两个版块中压缩透平膨胀机提供的 能量 提升进料气的压强；通过换热器有效整合了工艺中各环节对热量与冷能量的需求，提高了能量利用效率。，下面是一种垃圾填埋气二氧化碳捕集工艺专利的具体信息内容。
1.一种垃圾填埋气二氧化碳捕集工艺，其特征在于：组合了气体膜分离、低温液化等技术，将填埋气脱碳富氧版块和填埋气燃烧后二氧化碳捕集版块有效的整合在一起；在填埋气脱碳富氧版块，垃圾填埋气经过净化处理后通过逆流膜组件进行脱碳富氧，得到甲烷等效浓度较高的填埋气，用于燃烧发电，吹扫气由空气或富氧空气提供；渗透气从渗透气侧排出逆流膜组件后先经过压缩机压缩之后进行分阶段降温之后通过三级膜分离环节实现二氧化碳与其它气体组分的分离，一、二级膜组件渗透气与低温深冷分离后的膜组件渗透气混合后一起通入低温深冷分离环节，三级膜组件渗透气与低温深冷分离后的膜组件截留气混合后一起作为填埋气燃烧过程中的氧气源之一，二、三级膜组件分别捕集一、二级膜组件的截留气，第三级膜组件截留气能量回收后排放，在低温深冷分离环节先经过多级压缩机压缩后使用分阶段降温，然后通过分子筛脱水干燥后利用液化天然气冷能量实现二氧化碳的第一次液化，气液分离后的气体组分经过加压降温后，进行第二次液化分离，两次液化的得到的二氧化碳液体混合后通到低温液体泵中，将压力提升到商业用途所需压力，并通过利用自身低温能量通过换热器为系统降温；填埋气燃烧后二氧化碳捕集版块，燃烧后的烟气先经过压缩，进行两阶段降温后，进行气液分离初步脱水干燥，气体组分经过膜组件分离后，截留气能量回收后排放，渗透气与低温深冷后的膜组件中渗透气混合均匀后一起进入低温深冷分离环节，经过多级压缩机加压后，先经过两阶段降温之后通过分子筛进一步脱水干燥，之后利用液化天然气的冷能量实现二氧化碳的液化，气液分离后，二氧化碳液体通过低温液体泵中，气体组分经过膜组件进一步捕集二氧化碳，截留气能量回收后排放；在填埋气脱碳富氧环节和填埋气燃烧后二氧化碳捕集版块利用完冷能量的天然气作为填埋气中甲烷的补充成分与填埋气一起燃烧。
2.根据权利要求1所述的一种垃圾填埋气二氧化碳捕集工艺，其特征在于：填埋气脱碳富氧版块可以分为膜组件脱碳富氧环节、三级膜分离环节、两步低温深冷分离环节、二氧化碳捕集回流环节、膜组件富氧环节；在膜组件脱碳富氧环节，填埋气必须先经过净化装置，吹扫气利用膜组件富氧环节的富氧空气，根据实际的气体组分情况，当富氧空气不够时，可直接将空气通过鼓风机吹入膜组件吹扫气入口，当富氧空气剩余时为填埋气燃烧环节提供氧源，同时可以可通过调节压缩透平膨胀机压缩机端口的压力值范围来控制富氧空气的量；在三级膜分离环节，第一、二级膜组件使用二氧化碳分离系数较大的膜材料，第三级膜组件使用商用的空气分离膜，氧气与氮气分离系数较大的膜材料，第二、三膜材料分别对一、二级膜组件截留气进行捕集，第三级膜组件截留气通过膨胀机能量回收后，为压缩机机第二级降温提供低温能量，之后可以通过换热器继续为系统循环水降温或者直接排放；在两步低温深冷分离环节，液化天然气通过LNG换热器提供冷能量，混合均匀后为三级膜分离环节中第一级膜组件渗透气降温，然后继续为压缩机第一阶段降温提供低温能量，之后作为填埋气燃烧环节的提供燃料，提高填埋气中甲烷组分浓度；在两步低温深冷分离环节，利用二氧化碳液体的低温能量先为第二步低温深冷分离过程加压升温后的烟气降温之后为第一步低温深冷分离过程的第二阶段降温过程提供低温能量，最后为三步膜分离环节中的第二级膜组件的渗透气提供低温能量；膜组件富氧环节，通过使用压缩透平膨胀机压缩机端加压后的空气与来自填埋气燃烧后二氧化碳捕集版块中加压后的空气混合均匀后经过换热后通过使用空气分离膜，氧气与氮气分离系数较大的膜材料的膜组件在渗透气中得到富氧空气，截留气经过膨胀降温后可以为系统循环水或高温气体提供低温能量。
3.根据权利要求1所述的一种垃圾填埋气二氧化碳捕集工艺，其特征在于：
填埋气燃烧后二氧化碳捕集版块，可分为加压降温脱水环节、膜分离环节、低温深冷分离环节、二氧化碳捕集回流环节；低温深冷分离环节利用完液化天然气冷能量后得到较低温天然气气体，充分利用该气体的低温能量为加压降温脱水环节压缩机降温或为该压缩机降温后的循环水降温；膜分离环节截留气膨胀降温后为加压降温脱水环节压缩机第二阶段降温提供低温能量，之后为膜分离环节真空泵后的换热器降温后的二氧化碳液体降温；二氧化碳捕集回流环节膜组件的截留气先经过压缩透平膨胀机为压缩机端提供动力，之后在进行一步膨胀降温，为低温深冷分离环节第二阶段降温提供低温能量，之后通过换热器可以为循环水或高温气体降温。
4.根据权利要求1所述的一种垃圾填埋气二氧化碳捕集工艺，其特征在于：
填埋气燃烧环节，普通的空气与填埋气脱碳富氧版块中被利用完低温能量的液化天然气和三级膜分离环节第三级膜组件渗透气和二氧化碳捕集回流环节截留气及部分膜组件富氧环节的富氧空气，填埋气燃烧后二氧化碳捕集版块中利用完低温能量的液化天然气，按照一定空气过剩系数进行配比；填埋气混合气燃烧发电完成后排放的烟气先经过烟气脱硝处理，然后通过利用循环水或系统内低温气体为烟气进行降温，最后通入填埋气燃烧后二氧化碳捕集版块中。
一种垃圾填埋气二氧化碳捕集工艺
技术领域
背景技术
之。由于甲烷的存在生命周期这意味着通过控制甲烷排放对气候变化的具有十分重要的意
义。
国人为甲烷排放量的第三大来源，约占2015年排放量的15.4％。随着我国城市化进程加快，城乡一体化发展速度加快，城市的生活垃圾量逐渐增加，很多城市面临垃圾围城的危险，虽然垃圾焚烧可以大量的减少垃圾的容量，但是伴随产生二噁英等污染物，对空气产生危害。
如果通过对城市生活垃圾填埋场厌氧发酵产生的垃圾填埋气进行有效控制并加以利用的
话，将可以在消解垃圾有机成分同时利用甲烷制备压缩天然气和液化天然气或者进行燃烧
发电，不仅减少对空气的污染，同时减少温室气体的排放当量。
的甲烷组分含量可能会低于20%，此时通过对填埋气中二氧化碳的捕集提高甲烷组分浓度
实现填埋气燃烧发电或作为天然气制备源的价值，具有重要意义，可以减少该阶段将填埋
气直接排放到大气对温室效应的贡献。
场的填埋气的利用价值，提高填埋场的使用周期，降低温室气体排放，是十分有必要的。
发明内容
过净化处理后通过逆流膜组件进行脱碳富氧，使垃圾填埋气中甲烷等效浓度提高，用于燃
烧发电；填埋气脱碳富氧逆流膜组件吹扫气由空气或富氧空气提供；渗透气从渗透气侧排
出逆流膜组件后，先经过压缩机压缩再进行分阶段降温，然后通过三级膜分离环节实现二
氧化碳与其它气体组分的分离，第一、二级膜组件的渗透气与来自低温深冷分离后的膜组
件渗透气混合，混合均匀后一起进入低温深冷分离环节，第三级膜组件的渗透气与低温深
冷分离后的膜组件截留气混合后一起作为填埋气燃烧过程中的氧气源之一，第二、三级膜
组件分别捕集第一、二级膜组件的截留气，第三级膜组件截留气能量回收后排放；在低温深冷分离环节先经过多级压缩机压缩后使用分阶段降温，然后通过分子筛脱水干燥后利用液
化天然气冷能量实现二氧化碳的第一次液化，气液分离后的气体组分经过加压降温后，进
行第二次液化分离，两次液化的得到的二氧化碳液体混合后通到低温液体泵中，将压力提
升到商业用途所需压力，并通过利用自身低温能量通过换热器为系统降温；在填埋气燃烧
后二氧化碳捕集版块中，燃烧后的烟气先经过压缩，进行两阶段降温后，进行气液分离初步脱水干燥，气体组分经过膜组件分离后，截留气能量回收后排放，渗透气与低温深冷后的膜组件中渗透气混合均匀后一起进入低温深冷分离环节，经过多级压缩机加压后，先经过两
阶段降温之后通过分子筛进一步脱水干燥，之后利用液化天然气的冷能量实现二氧化碳的
液化，气液分离后，二氧化碳液体通过低温液体泵中，气体组分经过膜组件进一步捕集二氧化碳，截留气能量回收后排放；在填埋气脱碳富氧环节和填埋气燃烧后二氧化碳捕集版块
利用完冷能量的天然气作为填埋气中甲烷的补充成分与填埋气一起燃烧。
为填埋气燃烧环节提供氧源，同时可以可通过调节压缩透平膨胀机压缩机端口的压力值范
围来控制富氧空气的量；在三级膜分离环节，第一、二级膜组件使用二氧化碳分离系数较大的膜材料，第三级膜组件使用商用的空气分离膜，氧气与氮气分离系数较大的膜材料，第
二、三膜材料分别对一、二级膜组件截留气进行捕集，第三级膜组件截留气通过膨胀机能量回收后，为压缩机机第二级降温提供低温能量，之后可以通过换热器继续为系统循环水降
温或者直接排放；在两步低温深冷分离环节，液化天然气通过LNG换热器提供冷能量，混合均匀后为三级膜分离环节中第一级膜组件渗透气降温，然后继续为压缩机第一阶段降温提
供低温能量，之后作为填埋气燃烧环节的提供燃料，提高填埋气中甲烷组分浓度；在两步低温深冷分离环节，利用二氧化碳液体的低温能量先为第二步低温深冷分离过程加压升温后
的烟气降温之后为第一步低温深冷分离过程的第二阶段降温过程提供低温能量，最后为三
步膜分离环节中的第二级膜组件的渗透气提供低温能量；膜组件富氧环节，通过使用压缩
透平膨胀机压缩机端加压后的空气与来自填埋气燃烧后二氧化碳捕集版块中加压后的空
气混合均匀后经过换热后通过使用空气分离膜，氧气与氮气分离系数较大的膜材料的膜组
件在渗透气中得到富氧空气，截留气经过膨胀降温后可以为系统循环水或高温气体提供低
温能量。
缩机降温后的循环水降温；膜分离环节截留气膨胀降温后为加压降温脱水环节压缩机第二
阶段降温提供低温能量，之后为膜分离环节真空泵后的换热器降温后的二氧化碳液体降
温；二氧化碳捕集回流环节膜组件的截留气先经过压缩透平膨胀机为压缩机端提供动力，
之后在进行一步膨胀降温，为低温深冷分离环节第二阶段降温提供低温能量，之后通过换
热器可以为循环水或高温气体降温。
组件富氧环节的富氧空气，填埋气燃烧后二氧化碳捕集版块中利用完低温能量的液化天然
气，按照一定空气过剩系数进行配比；填埋气混合气燃烧发电完成后排放的烟气先经过烟
气脱硝处理，然后通过利用循环水或系统内低温气体为烟气进行降温，最后通入填埋气燃
烧后二氧化碳捕集版块中。
附图说明
23、27、33、36、39、40、45、48、49、53、58、64、换热器；6、9、24、31、34、42、54、膜组件；7、10、43、真空泵；12、27、37、46、59、60、气体混合器；13、47、多级压缩机； 16、50、3A分子筛干燥装置；
17、21、51、LNG换热器；18、22、41、52、气液分离器；25、55、压缩透平膨胀机；26、32、35、44、
61、膨胀机；28、57、液化天然气储存罐；29、液体混合器；30、56、低温液体泵；62、填埋气混合气燃烧发电装置；63、烟气净化装置。
具体实施方式
术方案，下面将结合现有技术方案描述中所需附图进行详细说明。
到渗透气中，与吹扫气侧相连的是来自膜组件34渗透气侧富氧空气或者普通空气，富氧空
气可以通过S80与S4相连输送到膜组件2中，由于进料气中几乎不含氧气组分，含有少量的
氮气组分，因此富氧空气中的氮气和氧气组分将会通过膜组件2渗透到进料气侧通道中最
终通过S3从截留气侧排出，富氧空气中只含有微量二氧化碳，进料气侧二氧化碳渗透到渗
透气侧的通道最终从渗透侧排出，并通过S5进入到膜分离环节。
膜组件6截留气侧通过S12与膜组件9相连，渗透气侧通过S9与真空泵7相连，通过膜组件6二氧化碳在渗透气侧浓度得到提升，渗透气经过真空泵7抽吸作用后恢复大气压强，之后经过S10与换热器8相连；在换热器8中烟气温度被提升，之后经过S11通入到气体混合器12中；膜组件9的渗透气侧通过S13与真空泵10相连，截留气侧通过S16与膜组件31相连；来自于膜组件6的截留气通过S12到达模组件9之后，二氧化碳在渗透气中被富集，通过S13到达真空泵
10，压力恢复到大气压强后通过S14与换热器11相连；在换热器14中，低温能量来源于被换热器升温后的二氧化碳低温液体，通过换热后，二氧化碳液体通过S79输送到商业应用的下一阶段；来自于膜组件9的渗透气经过换热器11降温后经过S15通到气体混合器12中；膜组
件31渗透气通过S17与气体混合器37相连，截留气通过S18与膨胀机32相连，截留气经过膨
胀机32膨胀降温后通过S19为换热器5提供低温能量；气体混合器12一共由三种气源混合而
成，另外的一组气源由膜组件24的渗透气通过S47提供；气体混合均匀后通过S20进入低温
深冷分离环节。
与循环水发生热交换，烟气被初步降温后经过S22在换热器15进一步降温；换热器15的低温能量来源于换热器20中被升温后的液体二氧化碳，烟气被第二次降温后通过S23与3A分子
筛干燥装置16相连；烟气被干燥后经过S24与LNG换热器12相连；LNG换热器12低温能量来源于液化天然气储罐中液化天然气通过S27与换热器相连后提供，液化天然气在LNG换热器17
中升温后通过S25与气体混合器59相连，烟气降温后通过S26与气液分离器18相连；在气液
分离器18中液态二氧化碳与气体组分发生分离，其中液态二氧化碳通过S29与液体混合器
相连，气体组分经过S28与压缩机19相连；气体组分经过压缩机19加压后，进行2步降温操
作；先通过S30与换热器20相连，利用来自低温液体泵30中的二氧化碳液体的低温能量，并将升温后低温液体输送到换热器15中，为换热器15提供低温能量；经过换热器20初步降温
的气体组分经过S31与LNG换热器21相连；在LNG换热器21中，液化天然气储存罐28中的液化天然气通过S32为换热器提供低温能量，升温后经过S33排出后与气体混合器59相连；在气
体混合器59中，来源于S25和S33中天然气混合均匀后为换热器8继续提供低温能量；气体组分经过LNG换热器21第二次降温后通过S34到达气液分离器22中发生气液分离；在气液分离
器22中，液态组分通过S39与液体混合器29相连，气体组分通过S35进入二氧化碳膜组件捕
集回流环节；S39和S29中的二氧化碳液体在液体混合器29中混合均匀，通过S40到达低温液体泵30中；气液分离器22分离的气体组分通过S35与换热器23相连，先经过换热器23升温后通过S36与膜组件24进料气侧相连，进入二氧化碳捕集回流环节；在换热器23中，气体组分为系统内的循环水降温提供低温能量。
S82与换热器33相连；经过换热器33降温后通过S48与富氧膜组件34进料气侧相连；膜组件
34的渗透气侧通过S4与膜组件2吹扫气侧相连，截留气侧通过S49与膨胀机35相连；来源于
膜组件34中截留气经过膨胀后的经过S50与换热器36相连为系统提供低温能量，最终通过
S51排放；膜组件24中截留气经过压缩透平膨胀机25初步膨胀降压后通过S42与膨胀机26相
连，之后经过S43到达换热器27，为系统提供低温能量，之后通过S44与气体混合器37相连；
来源于S44和S17中的气体在气体混合器37中被混合均匀，通过S45被输送到燃烧环节。
S69中气体为垃圾填埋气燃烧后烟气二氧化碳捕集版块利用完低温能量的天然气，S3为填
埋气脱碳富氧版块逆流膜组件2脱碳富氧后的填埋气，S84为普通空气，S85为富氧空气，在满足填埋气脱碳富氧版块需求后再作为填埋气燃烧过程的氧气源，上述六种气体按照一定
空气过剩系数进行配比，在填埋气混合气燃烧发电装置62中充分燃烧；填埋气混合器燃烧
后的烟气先通过S86与烟气净化装置63相连；烟气净化后通过S87与换热器64相连，通过利
用系统中循环水或者低温气体为烟气降温，最后通过S77进入垃圾填埋气燃烧后烟气二氧
化碳捕集版块。
S61与气体混合器46相连；在气体混合器46中，来源于S61和S72中的气体混合均匀后通过
S62与多级压缩机47相连，进入低温深冷分离环节。
供；烟气经过分阶段降温后通过S65与3A分子筛干燥装置50相连，经过干燥的气体经过S66
通入LNG换热器51中；LNG换热器低温能量由液化天然气储罐57中的液化天然气通过S69与
LNG换热器51相连后提供；干燥后气体经过LNG换热器51降温后通过68与气液分离器52相
连；在气液分离器52中，液态二氧化碳通过S75与低温液体泵56相连，经过S76与换热器45相连，先为换热器45提供低温能量，之后与换热器58相连，为来源于膨胀机44并经过换热器40升温后的气体提供热量，二氧化碳液体温度降低到31摄氏度左右，得到超临界二氧化碳流
体；在气液分离器52中分离的气体组分经过S70与换热器53相连，换热器53为系统内部循环水提供低温能量，经过换热器53升温后，通过S71与膜组件54进料气侧相连，进入二氧化碳捕集回流环节。
供低温能量；压缩机透平膨胀机的压缩机端口的进口与S83相连，出口与S81相连，空气经过压缩机端加压后通过S81进入填埋气脱碳富氧版块的膜组件富氧环节。
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