СИСТЕМА И СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ Российский патент 2018 года по МПК B01D53/75 C01B31/20 

Область техники

Данная заявка относится к переработке парниковых газов и, в частности, к производству метана и диоксида углерода, восстановленных из парниковых газов производящих их мест, например, полигонов захоронения отходов.

Уровень техники

Парниковые газы, такие, как метан (CH₄), диоксид углерода (СО₂), водяной пар (Н₂О) и озон (О₃) поглощают излучение внутри инфракрасного диапазона спектра электромагнитных волн. В атмосфере парниковые газы поглощают инфракрасное излучение, исходящее от поверхности Земли, и вторично излучают (испускают) некоторую часть поглощенного инфракрасного излучения обратно на поверхность Земли, вызывая тем самым нагревание поверхности Земли. Такое нежелательное нагревание из-за парниковых газов в атмосфере обычно называется парниковым эффектом.

Парниковые газы исходят от множества источников, включающих в себя полигоны захоронения отходов. На полигонах захоронения отходов анаэробные бактерии разрушают органическое вещество и вырабатывают свалочный газ, который, в первую очередь, состоит из метана и диоксида углерода. Несмотря на то, что полигоны захоронения отходов обычно покрывают (закрывают) грунтом или другой средой, чтобы локализовать полигон захоронения отходов, свалочный газ может диффундировать через покрытие полигона и поступать в атмосферу.

Таким образом, многие полигоны захоронения отходов применяют систему улавливания метана, для сбора свалочного газа из органических отходов до его выделения в атмосферу. Собранный свалочный газ затем обычно горит ярким пламенем в атмосфере или сжигается в системе выработки энергии. К сожалению, сжигание метана производит диоксид углерода - другой парниковый газ.

Соответственно, специалисты в данной области техники прилагают усилия в исследовании и опытно-конструкторских работах в области переработки парниковых газов.

Сущность изобретения

Согласно объекту настоящего изобретения, представлена система переработки парниковых газов, которая может включать в себя подсистему сбора, выполненную с возможностью сбора газовой смеси, включающей в себя диоксид углерода и метан, подсистему сжигания, выполненную с возможностью сжигания метана в газовой смеси и выпуска газообразных отходов сжигания, при этом подсистема сжигания вырабатывает электрическую энергию, воду и дополнительные количества диоксида углерода, и подсистему отделения, выполненную с возможностью отделения диоксида углерода от газообразных отходов сжигания. Подсистема отделения может включать в себя адсорбирующий материал, например, цеолит.

Предпочтительно способ может включать захоронение отходов, в которых указанная газовая смесь представлена свалочным газом.

Согласно одному объекту данного изобретения представлена система переработки свалочного газа, которая может включать в себя подсистему сбора, выполненную с возможностью сбора свалочного газа, при этом биогаз включает в себя диоксид углерода и метан, подсистему сжигания, выполненную с возможностью сжигания метана в свалочном газе и выдачи газообразного потока продуктов сгорания, причем подсистема сжигания вырабатывает электрический ток, воду и дополнительные количества диоксида углерода, и подсистему отделения, выполненную с возможностью отделения диоксида углерода и воды от газообразного потока продуктов сгорания. Подсистема отделения может включать в себя адсорбирующий материал, например, цеолит.

Газовая смесь предпочтительно содержит от примерно 45 до примерно 55% по массе указанного диоксида углерода и от примерно 55 до примерно 45% по массе указанного метана.

Подсистема сжигания предпочтительно содержит по меньшей мере один двигатель внутреннего сгорания и турбину.

Подсистема отделения предпочтительно отделяет указанную воду от указанного газообразного потока продуктов сгорания.

Подсистема отделения предпочтительно содержит адсорбирующий материал.

Адсорбирующий материал предпочтительно содержит цеолит.

Подсистема отделения предпочтительно содержит теплообменник, и при этом указанный теплообменник снижает температуру указанного газообразного потока продуктов сгорания до вхождения указанного газообразного потока продуктов сгорания в контакт с указанным адсорбирующим материалом.

Подсистема отделения предпочтительно содержит осушитель, и при этом указанный газообразный поток продуктов сгорания контактирует с указанным осушителем до вхождения в контакт с указанным адсорбирующим материалом.

Предпочтительно способ дополнительно содержит воздуходувку, выполненную с возможностью введения воздуха из окружающей среды в указанный газообразный поток продуктов сгорания.

Способ предпочтительно дополнительно содержит сепаратор, выполненный для отделения указанного диоксида углерода от указанного газообразного потока продуктов сгорания до прохождения указанной газовой смеси в указанную подсистему сжигания.

Согласно другому объекту настоящего изобретения, представлен способ переработки парниковых газов. Способ может включать в себя стадии, на которых: (1) собирают газовую смесь, включающую в себя диоксид углерода, (2) сжигают метан для выработки электрической энергии и получения на выходе газообразного потока продуктов сгорания, и (3) отделяют диоксид углерода от газообразного потока продуктов сгорания. Стадия отделения может быть осуществлена с применением адсорбирующего материала, например, цеолита.

Газовой смесью, предпочтительно, является свалочный газ.

Газовая смесь предпочтительно содержит от примерно 45 до примерно 55% по массе указанного диоксида углерода и около 55 до около 45% по массе указанного метана.

Стадия сжигания предпочтительно содержит прохождение указанного метана через двигатель внутреннего сгорания.

Стадия сжигания предпочтительно содержит прохождение указанной газовой смеси через двигатель внутреннего сгорания.

Стадия отделения предпочтительно содержит адсорбирование указанного диоксида углерода на адсорбирующий материал.

Адсорбирующим материалом предпочтительно является цеолит.

Предпочтительно способ дополнительно содержит стадию, на которой указанный газообразный поток продуктов сгорания охлаждают перед указанной стадией отделения.

Способ дополнительно содержит стадию, на которой от указанного газообразного потока продуктов сгорания отделяют воду.

Предпочтительно, способ содержит стадию, на которой окружающий воздух смешивают с газообразным потоком продуктов сгорания, при этом указанную стадию смешивания осуществляют до указанной стадии отделения.

Способ дополнительно содержит стадию, на которой отделяют указанный диоксид углерода от указанной газовой смеси до указанной стадии сжигания.

Согласно другому объекту настоящего изобретения представлен способ переработки свалочного газа. Способ может включать в себя стадии, на которых: (1) собирают свалочный газ, который включает в себя диоксид углерода и метан, (2) сжигают метан, для выработки электрической энергии и на выходе получают газообразный поток продуктов сгорания, и (3) отделяют диоксид углерода от газообразного потока продуктов сгорания, используя адсорбирующий материал, например, цеолит.

Другие объекты или варианты осуществления системы и способов переработки парниковых газов, согласно настоящему изобретению, станут очевидными из следующего подробного описания, соответствующих чертежей и прилагаемой формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 является схематичной картой технологического процесса одного варианта осуществления системы переработки парниковых газов, согласно настоящему изобретению.

Фиг. 2 является структурной схемой подсистемы отделения системы по фиг. 1.

Фиг. 3 является блок-схемой, представляющей вариант осуществления способа переработки парниковых газов согласно настоящему изобретению.

Подробное описание

В соответствии с фиг. 1 один вариант осуществления системы переработки парниковых газов согласно настоящему изобретению, в общем, обозначенной 10, может включать в себя подсистему 12 сбора технологического газа, подсистему 14 сжигания и подсистему 16 отделения. Система 10, согласно настоящему изобретению, может включать в себя дополнительные подсистемы, например, необязательно, сепаратор 18, без выхода за пределы объема настоящего изобретения.

Подсистема 12 сбора технологического газа может собирать и снабжать систему 10 технологическим газом 20. Технологический газ 20 может быть любой газовой смесью, которая включает в себя метан (CH₄) и диоксид углерода (CO₂). В дополнение к метану и диоксиду углерода, технологический газ 20 может включать в себя другие компоненты, такие как водяной пар, азот и/или сероводород. Концентрации метана и диоксида углерода в технологическом газе 20 могут меняться в зависимости от источника технологического газа 20.

В одном конкретном варианте осуществления, подсистема 12 сбора технологического газа может отбирать свалочный газ из полигона 22 захоронения отходов и может подавать свалочный газ в систему 10 в качестве технологического газа 20. Таким образом, подсистема 12 сбора технологического газа может включать в себя комплект труб, погруженных в полигоне 22 захоронения отходов, для приема свалочного газа, и воздуходувку для подачи свалочного газа из полигона 22 на поверхность посредством погруженных труб.

Не ограничиваясь какой-либо конкретной теорией, благодаря особому составу, применение свалочного газа, в качестве технологического газа 20, в системе 10, в соответствии с настоящим изобретением, может представлять собой значительные экономические возможности. В частности, свалочный газ, в основном, состоит из метана и диоксида углерода, а отношение метана к диоксиду углерода находится в соотношении примерно 50:50 (например, соотношение может изменяться от примерно 45:55 до примерно 55:45). Таким образом, свалочный газ включает в себя существенную энергопроизводящую составляющую (метан) и существенную полезную/продаваемую составляющую (диоксид углерода), в то же время сжигание энергопроизводящей составляющей (метана), как раскрыто здесь, создает дополнительные количества полезной/продаваемой составляющей (диоксида углерода).

Подсистема 12 сбора технологического газа может подавать технологический газ 20 в подсистему 14 сжигания. Например, линия 24 текучей среды (которая может управляться клапаном 26) может выборочно соединять посредством текучей среды подсистему 12 сбора технологического газа с подсистемой 14 сжигания, так что собранный технологический газ 20 может непосредственно течь в подсистему 14 сжигания.

Альтернативно между подсистемой 12 сбора технологического газа и подсистемой 14 сжигания может быть размещен сепаратор 18. Сепаратор 18 может принимать технологический газ 20 посредством линии 28 текучей среды (которая может управляться клапаном 30) и может отделять (по меньшей мере частично) диоксид углерода от метана. Отделенный диоксид углерода может быть направлен в сборник 32 диоксида углерода (например, емкость хранения, трубопровод, для последующего использования, или подобное) посредством линии 34 текучей среды. Отделенный метан 37 может быть направлен в подсистему 14 сжигания посредством линии 36 текучей среды.

Необязательно, сепаратор 18 может использовать любой подходящий способ отделения в технологическом газе 20 диоксида углерода от метана.

В качестве одного примера, сепаратор 18 может использовать вихревое течение, для осуществления отделения диоксида углерода от метана. Например, сепаратор 18 может включать в себя стационарный вихревой сепаратор, и технологический газ 20 может быть закачан в вихревой сепаратор, так что индуцируется путь вихревого потока, тем самым вызывая отделение диоксида углерода от метана, благодаря разности в молекулярных весах диоксида углерода и метана.

В качестве другого примера, сепаратор 18 может использовать разбавление для осуществления отделения диоксида углерода от метана. Например, сепаратор 18 может включать в себя емкость давления и насос, причем насос закачивает технологический газ 20 в емкость давления под давлением, достаточным для разделения технологического газа 20 на жидкую фракцию и газообразную фракцию. Жидкая фракция, которая первоначально могла состоять из диоксида углерода, может быть далее легко отделена от газообразной фракции.

В качестве еще одного примера, сепаратор 18 может использовать физическую адсорбцию для осуществления отделения диоксида углерода от метана. Например, сепаратор 18 может включать в себя адсорбирующий материал, например, цеолит. Технологический газ 20 может быть введен в контакт с адсорбирующим материалом так, что диоксид углерода в технологическом газе 20 адсорбируется на адсорбирующем материале, оставляя метан в технологическом газе 20. Адсорбированный диоксид углерода может быть далее высвобожден из адсорбирующего материала нагреванием или вакуумированием, тем самым восстанавливая адсорбирующий материал. Физическая адсорбция описана более подробно ниже.

На данный момент специалистам в данной области техники понятно, что решение применить, необязательно, сепаратор 18 может быть вызвано условиями эксплуатации (например, составом технологического газа) и общей рентабельностью системы. В некоторых ситуациях может быть более эффективным применение, по желанию, сепаратора 18, в то время как в других ситуациях может быть более эффективным пропуск технологического газа 20 в подсистему 14 сжигания без сепарации (т.е. позволить диоксид-углеродной составляющей технологического газа 20 проходить через подсистему 14 сжигания).

Подсистема 14 сжигания может принимать технологический газ 20 (или отделенный метан), может смешивать технологический газ 20 с окружающим воздухом 40 (который может быть подан по линии 42 текучей среды), для введения кислорода в технологический газ 20 (при необходимости), и может сжигать технологический газ 20. Процесс сжигания может вырабатывать электрическую энергию 44 и может выдавать газообразный поток 46 продуктов сгорания.

Специалистам в данной области техники понятно, что количество окружающего воздуха 40, смешанного с технологическим газом 20, может зависеть от состава технологического газа. Поскольку свалочный газ включает в себя значительное количество диоксида углерода (например, около 50%), для облегчения сжигания может потребоваться значительное количество окружающего воздуха 40. Чтобы гарантировать подачу в подсистему 14 сжигания достаточного количества окружающего воздуха 40, для поддержания эффективного горения могут быть применены различные воздухоподающие установки (например, вентиляторы).

Электрическая энергия 44, выработанная подсистемой сжигания 14, может быть использована в качестве источника питания различных компонентов системы 10, таких как подсистема 16 отделения, необязательно, сепаратор 18 и/или вентилятор 60 (рассмотренный ниже). Альтернативно (или дополнительно) электрическая энергия 44, выработанная подсистемой 14 сжигания, может быть продана электроэнергетической системе 48. Таким образом, выработанная подсистемой 14 сжигания электрическая энергия 44 может быть одним из нескольких источников дохода от системы 10 согласно настоящему изобретению.

Подсистема 14 сжигания может включать в себя любой соответствующий аппарат или систему сжигания. В качестве одного примера, подсистема 14 сжигания может включать в себя двигатель внутреннего сгорания с пульсирующим горением, например, видоизмененный дизельный двигатель. В качестве другого примера, подсистема 14 сжигания может включать в себя двигатель с непрерывным горением, такой как, турбина (например, микротурбина). Поскольку турбина может быть более эффективной в производстве электрической энергии 44, чем двигатель внутреннего сгорания с пульсирующим горением, то менее эффективная подсистема 14 сжигания, такая, как двигатель внутреннего сгорания с пульсирующим горением (например, дизельный двигатель, видоизмененный для работы на метане), может вырабатывать больше диоксида углерода и, следовательно, может улучшить рентабельность системы.

Подсистема 14 сжигания может превращать метан в технологическом газе 20 (или отделенный метан 37) в диоксид углерода и воду следующим образом:

Таким образом, газообразный поток 46 продуктов сгорания может содержать диоксид углерода и воду, а также компоненты окружающего воздуха 40 (например, азот, кислород), которые прошли через подсистему 14 сжигания, и другие побочные продукты (например, монооксид углерода, оксиды азота). В качестве одного примера, когда технологический газ 20 является свалочным газом, поданным непосредственно в подсистему 14 сжигания, газообразный поток 46 продуктов сгорания может содержать около 20 процентов по массе диоксида углерода. В качестве другого примера, когда подсистему 14 сжигания снабжают отделенным метаном 37 по линии 36 текучей среды, то газообразный поток 46 продуктов сгорания может содержать около 12 процентов по массе диоксида углерода.

Газообразный поток 46 продуктов сгорания может быть, по существу, свободным от метана, который может быть, по существу, полностью сожжен внутри подсистемы 14 сжигания.

Газообразный поток 46 продуктов сгорания может быть подан в подсистему 16 отделения. Подсистема 16 отделения может отделять диоксид углерода и воду от газообразного потока 46 продуктов сгорания, и может направлять диоксид углерода в сборник 32 диоксида углерода по линии 50 текучей среды, и может направлять отделенную воду в сборник 52 воды (например, емкость хранения, трубопровод, для последующего применения или продажи, или подобного) по линии 54 текучей среды. Оставшаяся часть газообразного потока 46 продуктов сгорания (например, азот, кислород), выходящая из подсистемы 16 отделения, может быть высвобождена как отходы 56 по линии 58 текучей среды.

Таким образом, собранные диоксид углерода и вода 32, 52 могут быть двумя дополнительными источниками дохода от системы 10 согласно настоящему изобретению. Следовательно, электроэнергия, диоксид углерода и вода, полученные системой 10 согласно настоящему изобретению, могут возместить затраты по работе системы 10 и, потенциально, могут превратить систему 10 в реальный источник дохода.

Подсистема 16 отделения может использовать различные способы отделения воды и диоксида углерода от газообразного потока 46 продуктов сгорания. Тип способа отделения, примененного подсистемой 16 отделения, может быть продиктован различными факторами, включающими в себя технологические условия (например, желаемую чистоту собранных диоксида углерода 32 и воды 52) и рентабельность процесса (например, общее потребление энергии подсистемы 16 отделения). Несмотря на то, что ниже рассмотрен процесс физической адсорбции, без ограничения объема данного изобретения, могут быть применены другие способы, такие как химическая адсорбция, вихревое отделение и сжижение.

Согласно фиг. 2 в одном варианте конструкции, подсистема 16 отделения может включать в себя адсорбционную камеру 70. Необязательно, подсистема 16 может дополнительно включать в себя десорбционную камеру 72, теплообменник 74 и/или камеру 76 осушения. Также предполагается применение других компонентов.

Адсорбционная камера 70 может принимать газообразный поток 46 продуктов сгорания и может осуществлять вывод по линии 58 текучей среды, по существу, в качестве выходящего газа 56 (фиг. 1), свободный от диоксида углерода газ. Адсорбционная камера 70 может включать в себя адсорбирующий материал, который адсорбирует диоксид углерода из газообразного потока 46 продуктов сгорания способом физической адсорбции (physisorption).

Для применения в адсорбционной камере 70, с целью адсорбции диоксида углерода из газообразного потока 46 продуктов сгорания, пригодными могут быть различные адсорбирующие материалы. В качестве одного общего примера, адсорбирующим материалом может быть материал молекулярного сита с размером эффективного отверстия пор 10 ангстрем. В качестве одного конкретного примера, адсорбирующим материалом может быть материал цеолит, такой как, материал молекулярного сита цеолит 13Х, с размером эффективного отверстия пор 10 ангстрем. В качестве другого конкретного примера, адсорбирующим материалом может быть цеолит 5А. В качестве еще одного примера, адсорбирующим материалом может быть цеолит 3А.

После адсорбирования на адсорбирующий материал внутри адсорбционной камеры 70 достаточного количества диоксида углерода, адсорбированный диоксид углерода может быть направлен в сборник 32 диоксида углерода линией 50 текучей среды, тем самым восстанавливая адсорбирующий материал. Например, когда концентрация диоксида углерода в выходящем газе 56 превышает заданное пороговое значение (например, 2 процента по массе, 3 процента по массе, или 5 процентов по массе), адсорбированный диоксид углерода может быть направлен в сборник 32 диоксида углерода, чтобы восстановить адсорбирующий материал.

Для высвобождения адсорбированного диоксида углерода из адсорбирующего материала, в адсорбционной камере 70 могут быть применены различные способы. В качестве одного примера, для десорбции диоксида углерода из адсорбирующего материала может быть применена вакуумная десорбционная камера 72 (которая может быть той же самой, или отдельной от адсорбционной камеры 70). Вакуумирование может быть проведено в вакуумной десорбционной камере 72 (или адсорбционной камере 70). Таким образом, когда адсорбирующий материал готов для восстановления, адсорбционная камера 70 может быть загерметизирована, и в десорбционной камере 72 (или адсорбционной камере 70) может быть выполнено вакуумирование, тем самым, извлечение диоксида углерода из адсорбирующего материала. Далее, за десорбционной камерой 72 (или адсорбционной камерой 70) может быть размещен «холодный палец», так что адсорбированный диоксид углерода конденсируется на «холодном пальце». В качестве одной альтернативы «холодному пальцу», для отделения адсорбированного диоксида углерода может быть применена компрессия.

В качестве другого примера, для высвобождения адсорбированного диоксида углерода из адсорбирующего материала в адсорбционной камере 70 может быть применено нагревание, такое, как микроволновая энергия, инфракрасная энергия и подобное.

Теплообменник 74 может охлаждать газообразный поток 46 продуктов сгорания до впуска газообразного потока 46 продуктов сгорания в адсорбционную камеру 70. Процесс охлаждения может конденсировать воду внутри газообразного потока 46 продуктов сгорания, которая может быть далее направлена в сборник 52 воды (фиг. 1) по линии 54 текучей среды.

Охлаждение газообразного потока 46 продуктов сгорания может быть особенно предпочтительным, когда подсистема 16 отделения использует физическую адсорбцию. В частности, для улучшения физической адсорбции, может быть предпочтительным охлаждение газообразного потока 46 продуктов сгорания в пределах определенных температур (например, 10 градусов или 5 градусов) адсорбирующего материала внутри адсорбционной камеры 70. Например, когда адсорбирующий материал находится в условиях окружающей среды (25°С), газообразный поток 46 продуктов сгорания может быть охлажден по большей мере до 35°С (например, 30°С).

В качестве альтернативы теплообменнику 74 (или в дополнение к теплообменнику 74), до подсистемы 16 отделения, или внутрь подсистемы 16 отделения, окружающий воздух 40 (фиг. 1) может вводить воздуходувка 60 (фиг. 1), например, вентилятор. Введение в газообразный поток 46 продуктов сгорания окружающего воздуха 40 может охладить газообразный поток 46 продуктов сгорания, хотя дополнительное охлаждение путем теплообменника 74 может все же потребоваться, для достижения желаемого падения температуры газообразного потока 46 продуктов сгорания.

Поскольку окружающий воздух 40 включает в себя только около 400 мг/м³ диоксида углерода, введение окружающего воздуха в газообразный поток 46 продуктов сгорания может разбавить содержание диоксида углерода газообразного потока 46 продуктов сгорания. При одном соотношении, количество окружающего воздуха 40, введенного в газообразный поток 46 продуктов сгорания, может быть отрегулировано так, что концентрация диоксида углерода в газообразном потоке 46 продуктов сгорания не упадет ниже примерно 12% по массе. При другом соотношении, количество окружающего воздуха 40, введенного в газообразный поток 46 продуктов сгорания, может быть отрегулировано так, что концентрация диоксида углерода в газообразном потоке 46 продуктов сгорания не упадет ниже примерно 10% по массе. Еще при одном соотношении, количество окружающего воздуха 40, введенного в газообразный поток 46 продуктов сгорания, может быть отрегулировано так, что концентрация диоксида углерода в газообразном потоке 46 продуктов сгорания не упадет ниже около 5% по массе.

Таким образом, охлаждение газообразного потока 46 продуктов сгорания может повышать сбор диоксида углерода внутри адсорбционной камеры 70 подсистемы 16 отделения.

Необязательно, камера 76 осушения может удалять любую воду, остающуюся в газообразном потоке 46 продуктов сгорания, до введения в адсорбционную камеру 70 газообразного потока 46 продуктов сгорания. Удаленная в камере осушения вода может быть направлена в сборник 52 воды (фиг. 1) по линии 54 текучей среды.

Камера 76 осушения может включать в себя осушающий материал. Для удаления, по существу, всей воды из газообразного потока 46 продуктов сгорания, могут быть подходящими для применения в камере 76 осушения множество осушающих материалов. В качестве одного общего примера, осушающим материалом может быть материал молекулярного сита. В качестве одного конкретного примера, осушающим материалом может быть материал молекулярного сита с щелочной металлической алюминосиликатной структурой, который имеет эффективное отверстие пор три ангстрема.

Таким образом, теплообменник 74 и камера 76 осушения могут удалять, по существу, всю воду, первоначально содержавшуюся в газообразном потоке 46 продуктов сгорания. Результирующий сухой газообразный поток 46 продуктов сгорания затем может быть направлен в адсорбционную камеру 70.

Соответственно, система 10, согласно настоящему изобретению, может использовать биогаз для создания множества источников потенциальной прибыли: электрическая энергия, диоксид углерода и вода. Дополнительно, система 10 снижает или ликвидирует высвобождение парниковых газов из полигонов 22 захоронения отходов.

Согласно фиг. 3 объектом настоящего изобретения также является способ 100 переработки парниковых газов. Способ 100 может начинаться в блоке 102 со стадии, на которой собирают парниковую газовую смесь, которая включает в себя диоксид углерода и воду. Парниковой газовой смесью может быть свалочный газ, собранный из полигона захоронения отходов.

Необязательно, в блоке 104, от парниковой газовой смеси может быть отделена диоксид-углеродная составляющая и метановая составляющая. Диоксид-углеродная составляющая может быть направлена далее, в то время как метановая составляющая может быть переработана для следующей стадии способа 100 согласно настоящему изобретению.

В блоке 106, парниковая газовая смесь (или отделенная метановая составляющая парниковой газовой смеси) может быть сожжена, с образованием газообразного потока продуктов сгорания и электрической энергии. Сжигание может выполняться в присутствии кислорода, например, смешиванием окружающего воздуха с парниковой газовой смесью. Стадия сжигания может преобразовать большую часть метана (если не весь) в парниковой газовой смеси в диоксид углерода и воду.

Необязательно, в блоке 108, газообразный поток продуктов сгорания может быть смешан с окружающим воздухом, На стадии, на которой смешивают окружающий воздух с газообразным потоком продуктов сгорания, температура газообразного потока продуктов сгорания может быть снижена.

В блоке 110, от газообразного потока продуктов сгорания могут быть отделены водная составляющая, диоксид-углеродная составляющая и составляющая выходящего газа. Водная составляющая может быть собрана для применения, продажи или отведена. Диоксид-углеродная составляющая, полученная в блоке 110, может быть объединена с диоксид-углеродной составляющей, полученной в блоке 104. Составляющая выходного газа может быть, по существу, свободной от диоксида углерода и воды и может быть высвобождена в атмосферу.

Соответственно способ 100 согласно настоящему изобретению может использовать свалочный газ для создания множества источников потенциальной прибыли: электрическая энергия, диоксид углерода и вода. Дополнительно, способ 100 может снизить или ликвидировать высвобождение парниковых газов из полигонов 22 захоронения отходов.

Несмотря на то, что были показаны и рассмотрены различные варианты осуществления системы и способа переработки парниковых газов, специалисты в данной области техники, при изучении описания, могут обнаружить их модификации. Данная заявка включает в себя такие модификации и ограничена только объемом формулы изобретения.

Изобретение относится к переработке парниковых газов и, в частности, к производству метана и диоксида углерода, восстановленных из парниковых газов производящих их мест, например, полигонов захоронения отходов. Техническим результатом является переработка парниковых газов. Система содержит подсистему сбора, выполненную с возможностью сбора газовой смеси, содержащей диоксид углерода и метан, подсистему сжигания, выполненную с возможностью сжигания указанного метана в указанной газовой смеси и выпуска газообразного потока продуктов сгорания, причем указанная подсистема сжигания вырабатывает электрическую энергию, воду и дополнительное количество указанного диоксида углерода; воздуходувку, выполненную с возможностью введения окружающего воздуха в указанный газообразный поток продуктов сгорания ниже по потоку относительно подсистемы сжигания, при этом окружающий воздух охлаждает газообразный поток продуктов сгорания и разбавляет указанный диоксид углерода в газообразном потоке продуктов сгорания, образуя таким образом смесь окружающего воздуха и продуктов сгорания, причем указанный газообразный поток продуктов сгорания имеет первую концентрацию диоксида углерода, а указанная смесь окружающего воздуха и продуктов сгорания имеет вторую концентрацию диоксида углерода, при этом вторая концентрация диоксида углерода меньше первой концентрации диоксида углерода, причем указанная вторая концентрация диоксида углерода находится в диапазоне от по меньшей мере 5% по массе до величины меньшей, чем первая концентрация диоксида углерода, и подсистему отделения, выполненную с возможностью отделения указанного диоксида углерода из указанной смеси окружающего воздуха и продуктов сгорания и содержащую: теплообменник, расположенный с возможностью контакта со смесью окружающего воздуха и продуктов сгорания и выполненный с возможностью понижения температуры указанной смеси окружающего воздуха и продуктов сгорания, образуя таким образом охлажденную смесь, осушитель, расположенный с возможностью контакта с охлажденной смесью и выполненный с возможностью удаления из нее по меньшей мере части воды, образуя таким образом охлажденную и осушенную смесь, и материал для физической абсорбции, расположенный с возможностью контакта с охлажденной и осушенной смесью и выполненный с возможностью удаления по меньшей мере части указанного диоксида углерода из охлажденной и осушенной смеси. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система для переработки парниковых газов, содержащая:

подсистему сбора, выполненную с возможностью сбора газовой смеси, содержащей диоксид углерода и метан;

подсистему сжигания, выполненную с возможностью сжигания указанного метана в указанной газовой смеси и выпуска газообразного потока продуктов сгорания, причем указанная подсистема сжигания вырабатывает электрическую энергию, воду и дополнительное количество указанного диоксида углерода; воздуходувку, выполненную с возможностью введения окружающего воздуха в указанный газообразный поток продуктов сгорания ниже по потоку относительно подсистемы сжигания, при этом окружающий воздух охлаждает газообразный поток продуктов сгорания и разбавляет указанный диоксид углерода в газообразном потоке продуктов сгорания, образуя таким образом смесь окружающего воздуха и продуктов сгорания, причем указанный газообразный поток продуктов сгорания имеет первую концентрацию диоксида углерода, а указанная смесь окружающего воздуха и продуктов сгорания имеет вторую концентрацию диоксида углерода, при этом вторая концентрация диоксида углерода меньше первой концентрации диоксида углерода, причем указанная вторая концентрация диоксида углерода находится в диапазоне от по меньшей мере 5% по массе до величины меньшей, чем первая концентрация диоксида углерода; и

подсистему отделения, выполненную с возможностью отделения указанного диоксида углерода из указанной смеси окружающего воздуха и продуктов сгорания и содержащую:

теплообменник, расположенный с возможностью контакта со смесью окружающего воздуха и продуктов сгорания и выполненный с возможностью понижения температуры указанной смеси окружающего воздуха и продуктов сгорания, образуя таким образом охлажденную смесь;

осушитель, расположенный с возможностью контакта с охлажденной смесью и выполненный с возможностью удаления из нее по меньшей мере части воды, образуя таким образом охлажденную и осушенную смесь; и

материал для физической абсорбции, расположенный с возможностью контакта с охлажденной и осушенной смесью и выполненный с возможностью удаления по меньшей мере части указанного диоксида углерода из охлажденной и осушенной смеси.

2. Система по п. 1, дополнительно содержащая полигон захоронения отходов, в котором указанная газовая смесь представляет собой свалочный газ.

3. Система по п. 1, в которой указанная газовая смесь содержит от 45 до 55% по массе указанного диоксида углерода и от 55 до 45% по массе указанного метана.

4. Система по п. 1, в которой указанная подсистема сжигания содержит по меньшей мере один двигатель внутреннего сгорания и турбину.

5. Система по п. 1, в которой указанный материал для физической абсорбции содержит цеолит.

6. Система по п. 1, дополнительно содержащая сепаратор, выполненный с возможностью отделения указанного диоксида углерода от указанной газовой смеси до прохождения указанной газовой смеси в указанную подсистему сжигания.

7. Система по п. 1, в которой указанный материал для физической абсорбции имеет первую температуру, а указанная охлажденная и осушенная смесь имеет вторую температуру, при этом вторая температура по большей мере на 10°С больше первой температуры.

8. Система по п. 1, в которой указанная вторая концентрация диоксида углерода находится в диапазоне от по меньшей мере 10% по массе до величины меньшей, чем первая концентрация диоксида углерода.

9. Система по п. 1, в которой указанная вторая концентрация диоксида углерода находится в диапазоне от по меньшей мере 12% по массе до величины меньшей, чем первая концентрация диоксида углерода.

10. Способ переработки парниковых газов, содержащий стадии, на которых: собирают газовую смесь, содержащую диоксид углерода и метан;

сжигают указанный метан для выработки электрической энергии и выдачи газообразного потока продуктов сгорания;

вводят окружающий воздух в указанный газообразный поток продуктов сгорания для охлаждения газообразного потока продуктов сгорания и разбавления указанного диоксида углерода в газообразном потоке продуктов сгорания, образуя таким образом смесь окружающего воздуха и продуктов сгорания, причем указанный газообразный поток продуктов сгорания имеет первую концентрацию диоксида углерода, а указанная смесь окружающего воздуха и продуктов сгорания имеет вторую концентрацию диоксида углерода, при этом вторая концентрация диоксида углерода меньше первой концентрации диоксида углерода, причем указанная вторая концентрация диоксида углерода находится в диапазоне от по меньшей мере 5% по массе до величины меньшей, чем первая концентрация диоксида углерода; и

отделяют указанный диоксид углерода от указанной смеси окружающего воздуха и продуктов сгорания, при этом отделение содержит этапы, на которых;

охлаждают указанную смесь окружающего воздуха и продуктов сгорания, образуя таким образом охлажденную смесь;

обеспечивают контакт охлажденной смеси с осушителем для удаления из нее по меньшей мере части воды, образуя таким образом охлажденную и осушенную смесь; и

обеспечивают контакт охлажденной и осушенной смеси с материалом для физической абсорбции для удаления по меньшей мере части указанного диоксида углерода из охлажденной и осушенной смеси.

11. Способ по п. 10, в котором указанная газовая смесь представляет собой свалочный газ.

12. Способ по п. 10, в котором указанная газовая смесь содержит от 45 до 55% по массе указанного диоксида углерода и от 55 до 45% по массе указанного метана.

13. Способ по п. 10, в котором указанная стадия сжигания включает пропускание указанного метана через двигатель внутреннего сгорания.

14. Способ по п. 10, в котором указанная стадия сжигания включает пропускание указанной газовой смеси указанного метана через двигатель внутреннего сгорания.

15. Способ по п. 10, в котором указанный материал для физической абсорбции содержит цеолит.

16. Способ по п. 10, дополнительно содержащий стадию отделения указанного диоксида углерода от газовой смеси до указанной стадии сжигания.

17. Способ по п. 10, в котором указанный материал для физической абсорбции имеет первую температуру, а указанная охлажденная и осушенная смесь имеет вторую температуру, при этом вторая температура по большей мере на 10°С больше первой температуры.

18. Способ по п. 10, в котором указанная вторая концентрация диоксида углерода находится в диапазоне от по меньшей мере 10% по массе до величины меньшей, чем первая концентрация диоксида углерода.

19. Способ по п. 10, в котором указанная вторая концентрация диоксида углерода находится в диапазоне от по меньшей мере 12% по массе до величины меньшей, чем первая концентрация диоксида углерода.