用于处理温室气体的系统和方法技术方案

本发明专利技术的名称是用于处理温室气体的系统和方法。用于处理温室气体的系统包括收集子系统，其配置用于收集包含二氧化碳和甲烷的气体混合物；燃烧子系统，其配置用于燃烧气体混合物中的甲烷并且输出气体燃烧流出物，其中燃烧子系统产生电能、水和额外量的二氧化碳；以及分离子系统，其配置用于将二氧化碳从气体燃烧流出物中分离。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及处理温室气体，并且更具体而言，涉及处理从温室气体生产地点比如填埋场(landfill)回收的甲烷和二氧化碳。专利技术背景温室气体，比如甲烷(CH4)、二氧化碳(C02)、水蒸气(H20)和臭氧(03)，吸收电磁谱的红外线范围内的辐射。在大气中，温室气体吸收来自地表的红外辐射并且将一些吸收的红外辐射再辐射(发射)返回地表，从而造成地表处的升温。这种由于大气中温室气体造成的不期望的升温一般被称作温室效应。温室气体来源于各种源，包括填埋场。在填埋场中，厌氧细菌分解有机物并且产生填埋气体(landfill gas)，其主要由甲烷和二氧化碳组成。虽然填满场通常被土壤或其它结构遮盖(覆盖)以包含填埋场的内含物，填埋气体可扩散经过填埋场盖并且进入大气。因此，许多填埋场采用甲烷捕捉系统以便在填埋气体外逸到大气之前将其收集。收集的填埋气体随后通常外倾(flare)到大气或者在能量生成系统中燃烧。遗憾地，甲烷的燃烧产生二氧化碳——另一种温室气体。因此，本领域技术人员继续温室气体处理领域的研究和开发工作。
技术实现思路
根据本公开内容的方面提供的用于处理温室气体的系统可包括收集子系统，其配置用于收集包含二氧化碳和甲烷的气体混合物；燃烧子系统，其配置用于燃烧气体混合物中的甲烷并且输出气体燃烧流出物，其中燃烧子系统产生电能、水和额外量的二氧化碳；以及分离子系统，其配置用于将二氧化碳从气体燃烧流出物中分离。分离子系统可包含吸附材料，比如沸石。有利地，所述方法可进一步包括填埋场，其中所述气体混合物是填埋气体。根据本公开内容的一个方面提供的用于处理填埋气体的系统可包括收集子系统，其配置用于收集填埋气体，所述填埋气体包含二氧化碳和甲烷；燃烧子系统，其配置用于燃烧填埋气体中的甲烷并且输出气体燃烧流出物，其中燃烧子系统产生电能、水和额外量的二氧化碳；以及分离子系统，其配置用于将二氧化碳和水从气体燃烧流出物中分离。分离子系统可包含吸附材料，比如沸石。有利地，气体混合物包括按重量计大约45%至大约55%的所述二氧化碳和按重量计大约55%至大约45%的所述甲烷。有利地，燃烧子系统包括内燃机和涡轮中的至少一个。有利地，分离子系统将所述水从所述气体燃烧流出物中分离。有利地，分离子系统包括吸附材料。优选地，吸附材料包括沸石。优选地，分离子系统包括换热器，并且其中所述换热器在所述气体燃烧流出物接触所述吸附材料之前将所述气体燃烧流出物的温度降低。优选地，分离子系统包括干燥剂，并且其中所述气体燃烧流出物在接触所述吸附材料之前接触所述干燥剂。有利地，所述方法进一步包括配置用于将环境空气引入所述气体燃烧流出物的空气增流器(air mover)。有利地，所述方法进一步包括分离器，其配置用于将所述二氧化碳从所述气体混合物中分离，然后所述气体混合物通到所述燃烧子系统。根据本公开内容的另一个方面提供了用于处理温室气体的方法。所述方法可包括以下步骤:(1)收集包含二氧化碳和甲烷的气体混合物，(2)燃烧甲烷以便产生电能并且输出气体燃烧流出物，并且(3)将二氧化碳从气体燃烧流出物中分离。分离步骤可使用吸附材料比如沸石进行。有利地，气体混合物是填埋气体。优选地,气体混合物包括按重量计大约45%至大约55%的所述二氧化碳和按重量计大约55%至大约45%的所述甲烷。有利地，燃烧步骤包括使所述甲烷通过内燃机。有利地，燃烧步骤包括使所述气体混合物通过内燃机。有利地，分离步骤包括将所述二氧化碳吸附到吸附材料上。优选地，吸附材料包括沸石。有利地，所述方法进一步包括在所述分离步骤之前将所述气体燃烧流出物冷却的步骤。有利地，所述方法进一步包括将水从所述气体燃烧流出物中分离的步骤。有利地，所述方法进一步包括将环境空气与所述气体燃烧流出物混合的步骤，其中所述混合步骤在所述分离步骤之前进行。有利地，所述方法进一步包括在所述燃烧步骤之前将所述二氧化碳从所述气体混合物中分离的步骤。根据本公开内容的进一步方面提供了用于处理填埋气体的方法。所述方法可包括以下步骤:(1)收集包含二氧化碳和甲烷的填埋气体，⑵燃烧甲烷以便产生电能并且输出气体燃烧流出物，并且(3)使用吸附材料比如沸石将二氧化碳从气体燃烧流出物中分离。公开的的其它方面或实施方式通过下面的详述、附图和所述权利要求书将变得显而易见。附图简述图1是公开的用于处理温室气体的系统的一个实施方式的示意性工艺流程图；图2是图1的系统的分离子系统的示意性框图；和图3是描绘公开的用于处理温室气体的方法的实施方式的流程图。【具体实施方式】参考图1，公开的用于处理温室气体的系统的一个实施方式——通常指定为10-可包括工艺气体(process gas)收集子系统12、燃烧子系统14和分离子系统16。在不偏离本公开内容范围的情况下，公开的系统10可包括额外的子系统，比如任选的分离器18。工艺气体收集子系统12可收集并且对系统10供应工艺气体20。工艺气体20可是以任何包含甲烷(ch4)和二氧化碳(co2)的气体混合物。除甲烷和二氧化碳之外，工艺气体20可包含其它组分，比如水蒸气、氮气和/或硫化氢。工艺气体20中甲烷和二氧化碳的浓度可根据工艺气体20的源变化。在一个具体的执行方式中，工艺气体收集子系统12可收集来自填埋场22的填埋气体，并且可将填埋气体供应到系统10作为工艺气体20。因此，工艺气体收集子系统12可包含，例如，埋入填埋场22中用于接收填埋气体的一系列管以及用于将填埋气体通过埋入的管从填埋场22抽送到地表的鼓风机。不限于任何具体的理论，由于填埋气体独特的组成，所以在公开的系统10中使用填埋气体作为工艺气体20可呈现显著的经济机会。特别地，填埋气体主要由甲烷和二氧化碳组成，并且甲烷与二氧化碳的比例大约为50:50 (例如，所述比例可在大约45:55至55:45的范围)。因此，填埋气体包含显著的能量生成组分(甲烷)和显著的可用/可出售组分(二氧化碳)，同时如本文公开的能量生成组分(甲烷)的燃烧产生额外量的可用/可出售组分(二氧化碳)。 工艺气体收集子系统12可将工艺气体20供应到燃烧子系统14。例如，流体管线24(其可通过阀26控制)可选择性地将工艺气体收集子系统12与燃烧子系统14流体连接，使得收集的工艺气体20可直接流动到燃烧子系统14。可选地，分离器18可插入工艺气体收集子系统12和燃烧子系统14之间。分离器18可通过流体管线28 (其可通过阀30控制)接收工艺气体20，并且可以将二氧化碳与甲烷(至少部分地)分离。分离的二氧化碳可通过流体管线34传送至二氧化碳收集器32 (例如，储存容器、管道、下游使用或销售等)。分离的甲烷37可通过流体管线36传送至燃烧子系统14。任选的分离器18可采用任何可用的技术以便将工艺气体20中的二氧化碳与甲烷分离。作为一个实例，分离器18可采用涡流以便实现二氧化碳与甲烷的分离。例如，分离器18可包含静态涡流分离器，并且工艺气体20可被泵入涡流分离器中使得产生涡流路径，从而由于二氧化碳和甲烷分子量的差异而使二氧化碳与甲烷分离。作为另一个实例，分离器18可采用液化以便实现二氧化碳与甲烷的分离。例如，分离器18可包括压力容器和泵，其中所述泵以足以将工艺气体20分离为液体部分和气体部分的压力将工艺气体20泵本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于处理温室气体的系统，包括：收集子系统12，其配置用于收集包含二氧化碳和甲烷的气体混合物；燃烧子系统14，其配置用于燃烧所述气体混合物中的所述甲烷并且输出气体燃烧流出物，其中所述燃烧子系统产生电能、水和额外量的所述二氧化碳；和分离子系统16，其配置用于将所述二氧化碳从所述气体燃烧流出物中分离。

【技术特征摘要】
2012.08.23 US 61/692,583;2013.02.14 US 13/767,0531.用于处理温室气体的系统，包括:收集子系统12，其配置用于收集包含二氧化碳和甲烷的气体混合物；燃烧子系统14，其配置用于燃烧所述气体混合物中的所述甲烷并且输出气体燃烧流出物，其中所述燃烧子系统产生电能、水和额外量的所述二氧化碳；和分离子系统16，其配置用于将所述二氧化碳从所述气体燃烧流出物中分离。2.权利要求1所述的系统，其中所述燃烧子系统14包括内燃机和涡轮中的至少一个。3.权利要求1所述的系统，其中所述分离子系统16将所述水从所述气体燃烧流出物中分离。4.权利要求1所述的系统，其中所述分离子系统16包括吸附材料。5.权利要求4所述的系统，其中所述分离子系统16包括换热器，并且其中所述换热器在所述气体燃烧流出物接触所述吸附材料之前将所述气体燃烧流出物的温度降低。6.权利要求4所述的系统，其中所述分离子系统16包括干燥剂，并且其中所述气体燃烧流出物在接触所述吸附材料之前接触所述干燥剂。7.权利要求1或5所述的系统，进一步包括配置用于将环境空气40引入所述气体燃烧...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·A·甘拉舒，J·A·迈格努森，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：