用于在低温下净化富含二氧化碳的混合物的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于在低温下净化富含二氧化碳的混合物的方法和设备。
[0002]低温是低于0°C，优选低于-40°C。
[0003]所述富含二氧化碳的混合物含有至少60mol %的二氧化碳，或甚至至少80mol%
的二氧化碳。
[0004]该混合物的其余部分可以含有以下成分中的一个或多个:氧气，氮气，氩气，氮氧化物(N0，勵2或N20)，一氧化碳，氢气，汞。
[0005]可以通过一个或多个连续的部分冷凝步骤和/或通过蒸馏进行净化。
【背景技术】
[0006]US-A-2010/0326134描述了根据权利要求1的前序部分所述的方法。W0-A-2012/030223描述了根据权利要求1的前序部分所述的方法，但是未提及用于第一热交换器的技术。
[0007]在现有技术中，用于净化大量C02的方法包括冷却富含0)2的气体混合物到尽可能接近C02的冰点(-56.5°C )从而冷凝出最大量的C02。低温通常由C02的蒸发和各种流体的加热来提供，例如蒸发的C02、不可冷凝的气体或各种回收的流。先进的热集成使得可以降低所述方法的能量消耗。因此，钎焊铝板式交换器特别好地适用于冷却富含C02的气体混合物，因为它们容许在数种(常见6种)流体之间热交换，其中热流体和冷流体之间温差很小(2°C的温差也是常见的)。
[0008]交换的最冷的温度由接近三相点的C02的蒸发提供。该蒸发因此有风险，使得如果压力降至三相点值将出现固态C02。事实上，在三相点值(5.185巴的绝对压力)的压力以下，液体0)2不能存在，那么它转化成固态(约60%的分子)和气态。液体的蒸发提供了用于固化其余部分的冷量。
[0009]固相(其可以出现在蒸发气体的压力波动的过程中)，例如如果回收它的压缩机吸入比交换器中蒸发的更多的分子，会在加热阶段堵塞和损坏热交换器。这对于使用钎焊铝换热器是一个局限。
[0010]有几种方法可以降低损坏该单元的风险:
[0011]1.在较高的压力下运行，S卩加热冷端，并因此在CPU中冷凝较少的C02。这将增加C02的能量成本。
[0012]2.升高液体供给容器在热交换器上方的位置，以便通过静液压高度确保交换器中的液体的压力总是高于在容器中的液体的压力，因此不能在热交换器中形成固体。这个解决方案更优，因为它几乎总是避免在热交换器中形成固体(这在第1点中不容许)，全部都同样降低能效，因为C02的蒸发在较高的压力(静压高度)因而较高的温度下执行。
[0013]这里提出的本发明旨在能够尽可能接近三相点地操作，或甚至使用三相点下的液态 C02o
【发明内容】
[0014]根据本发明的一个主题，提供了一种用于在低温下净化含有二氧化碳的混合物以产生富含二氧化碳的流体的方法，其中:
[0015]i)富含二氧化碳的混合物在包括由板分隔开的波纹片的第一钎焊铝板式热交换器中被冷却，
[0016]ii)冷却的混合物或从冷却的混合物获取的至少一种流体被送至包括蒸馏步骤和/或至少两个连续的部分冷凝步骤的净化步骤，
[0017]iii)净化步骤产生贫含二氧化碳的气体，该气体在第一交换器中被加热，
[0018]iv)净化步骤产生富含二氧化碳的液体，该液体膨胀后被送至第二热交换器，在那里用工艺流体加热，交换器仅在富含二氧化碳的液体与工艺流体之间进行间接热交换，以及
[0019]v)富含二氧化碳的液体在第二热交换器中至少部分地蒸发并且所形成的蒸发气体在第一交换器中被加热以形成富含二氧化碳的气体，该气体可以是所述方法的最终产物，
[0020]其特征在于，在第二交换器中加热富含二氧化碳的液体的工艺流体包括从在第一交换器中冷却的混合物获取的气体，并且其中冷却的混合物在第一交换器中至少部分地冷凝并被送至第一相分离器，来自第一相分离器的气体被送至第二交换器，在那里至少部分地冷凝以形成冷凝液体。
[0021]根据其它可选的方面:
[0022]-富含二氧化碳的气体被压缩和冷凝以形成富含二氧化碳的液体，其是该方法的最终产品；
[0023]-来自第一相分离器的液体膨胀并被送至第二相分离器；
[0024]-冷凝的液体被送至一(所述)第二相分离器；
[0025]-来自所述第二相分离器的液体膨胀并被送至蒸馏塔的顶部，在那里发生蒸馏，从而供给蒸馏塔；
[0026]-来自所述第二相分离器的气体在第一交换器中被加热；
[0027]-来自第一相分离器的液体膨胀并被送至蒸馏塔的顶部，在那里发生蒸馏，从而供给蒸馏塔；
[0028]-冷却的混合物在第一交换器中至少部分地冷凝并被送至第一相分离器，来自第一相分离器的液体膨胀并被送至第二相分离器，来自第一相分离器的气体被送至第二交换器，在那里冷凝以形成冷凝的液体，冷凝的液体被送至第二相分离器和来自第二相分离器的液体被送至蒸馏塔的顶部，以供给蒸馏塔；
[0029]-第二交换器是管壳式交换器，所述富含二氧化碳的液体被送至壳内以加热，工艺流体被送至管内以冷却；
[0030]-富含二氧化碳的第二液体由净化步骤产生和送至第一交换器，而不需要经过第二交换器和优选地未膨胀，该第二液体在第一交换器中蒸发以形成富含二氧化碳的气体；
[0031]-来自第二交换器的清洗液蒸发以便向工艺过程提供冷量；
[0032]-富含二氧化碳的液体膨胀后在对应于二氧化碳的三相点压力的压力下和等于其三相点的温度下被送至第二交换器；
[0033]-在第二交换器中使用的用于冷却富含二氧化碳的气体混合物的富含二氧化碳的液体的密度在1171kg/m3和1562kg/m3之间。
[0034]根据本发明的另一个主题，提供一种用于在低温下净化含有二氧化碳的混合物以便生产富含二氧化碳的流体的设备，该设备包括:具有由板隔开的波纹片的第一钎焊铝板式热交换器；钎焊铝板式交换器之外的能够容许仅在两种流体之间进行间接热交换的第二交换器；包括至少一个蒸馏塔和/或至少两个串联连接的相分离器的净化单元；用于将富含二氧化碳的混合物送至第一交换器以冷却的管道；用于将冷却的混合物或从冷却的混合物中获取的至少一种流体送至净化单元的管道；用于从净化单元提取贫二氧化碳的气体的连接至第一交换器的管道；用于从净化单元提取富含二氧化碳的液体的连接至一阀的管道，所述阀连接至第二热交换器；和用于将工艺流体送至第二交换器以便蒸发所述富含二氧化碳的液体的管道；和用于将通过在第二交换器中蒸发富含二氧化碳的液体产生的气体送至第一交换器以便加热的管道，其特征在于，所述设备包括:用于传送从在第一交换器中冷却的混合物获取的、作为在第二交换器中加热富含二氧化碳的液体的工艺流体的气体的装置；第一相分离器；用于将冷却的混合物从第一交换器送至第一相分离器的装置；和用于将气体从第一相分离器送至第二交换器的装置。
[0035]第二交换器可选地是管壳式交换器。
[0036]可以有用于将液体从第一相分离器和/或从第二相分离器送至蒸馏塔的装置。
[0037]根据其它可选的主题，所述设备包括:
[0038]-用于压缩所述富含二氧化碳的气体的压缩机和用于冷凝所述压缩气体以便形成富含二氧化碳的液体(其为所述过程的最终产品)的冷却器；
[0039]-在第二交换器中加热所述富含二氧化碳的液体的工艺流体包括从在第一交换器中冷却的混合物获取的气体；
[0040]-第二相分离器，用于膨胀来自第一相分离器的液体和将其送至第二相分离器的装置，用于将来自第一相分离器的气体送至第二交换器以在那里冷凝从而形成冷凝液体的装置，用于将冷凝液体送至第二相分离器的装置和用于将来自第二相分离器的液体送至蒸馏塔的顶部以便供给蒸馏塔的装置；
[0041]-用于将气体从第二相分离器送至第一交换器以加热的管道；
[0042]-第二交换器是管壳式交换器，用于将富含二氧化碳的液体送至壳中加热的装置和用于将工艺流体送至管中冷却的装置；
[0043]-装置，其用于将通过净化步骤生产的富含二氧化碳的第二液体送至第一交换器，而不穿过第二交换器和优选地未膨胀；
[0044]-装置，其用于将清洗液从所述第二交换器送至交换器中蒸发以便向工艺过程提供冷量。
[0045]根据本发明的原理是能在仅两股流体之间进行间接热交换的交换器，例如“管壳式”交换器，其中C02在壳中蒸发和待部分冷凝的流处于管中。由于壳中存在沸腾液体，不需再担心出现固体相而堵塞通道和当一些固体在两个冰的堵塞物之间升华时导致局部过压。
[0046]因此，能够在沸腾液体的三相点压力下运行所述容器；周期性出现的固态C02会在压力回到三相点以上时或在供给交换器的液体略微过热时融化。
[0047]可能存在于蒸发的液态C02中的杂质会从交换器排放:
[0048].对于最轻的杂质以气相清除；
[0049].对于最重的杂质以清洗液清除。
[0050]这种清洗液会从交换器排出。
【附图说明】
[0051]下面将通过参考示出根据本发明的方法的图1至4对本发明进行更详细的说明。
【具体实施方式】
[0052]在图1中，混合物1含有至少60mol %的二氧化碳，或甚至至少80mol %的二氧化碳。
[0053]该混合物1的其余部分可以含有以下成分中的一种或多种:氧气，氮气，氩气，氮氧化物(N0，勵2或N 20)，一氧化碳，氢气。
[0054]该混合物在过滤器F中被过滤以去除灰尘，然后在第一压缩级C1中被压缩以形成压缩流3。压缩流3在第二压缩级C2中被压缩、在冷却器R2中被冷却、在第三压缩级C3中被压缩、在冷却器R3中被冷却、在第四压缩级C4中被压缩、在冷却器R4中被冷却、在第五压缩级C5中被压缩并在冷却器R5中被冷却以形成处于6和20bar abs (绝对压力)之间的流5。该混合物流5在吸附剂床A2中被净化除去水以形成净化流7。净化流7在第一交换器9中部分地冷凝，该交换器是包括一叠由板分离开的波纹层的铝交换器。部分冷凝流被送至第一相分离器11。所形成的气体13被送至能够在仅两种流体之间进行间接热交换的管壳式第二交换器35的管中。附图未示出从所述混合物获得的气体13被冷凝所在的多个管。所形成的液体43被送至第二相分离器17，来自第一相分离器11的液体15也被送至第二相分离器17。
[0055]来自