专利名称：增加二氧化碳回收的净化方法
技术领域：
本发明一般涉及二氧化碳的生产。
二氧化碳有很多用途。例如二氧化碳用于使饮料充碳酸气；用于冷却、冷冻和包装海味、肉、家禽、烘烤的食物、水果及蔬菜；用于延长乳制品的储存期限。二氧化碳是一种在工业废物和工艺水处理中取代硫酸以控制pH水平的重要环境组分。其它用途包括饮用水处理、于环境无害的杀虫剂和促进蔬菜生长的温室中的大气添加剂。
通常，二氧化碳是由纯化废物流而制备，该废物流是有机和无机化学工艺中的一种副产品。该废物流含来自化学工艺的二氧化碳和可溶于水的杂质，所以在二氧化碳回收前必须净化掉这些杂质。净化会导致一些二氧化碳的损失。
随着对二氧化碳的需求不断增长，就需要更有效和效率更高的二氧化碳净化方法，以有效地改进二氧化碳的回收。
因此，本发明的目的是提供一种方法，它能比通常的二氧化碳处理方法能更有效地处理含水可溶杂质的粗二氧化碳料流，以此改进二氧化碳的回收。
本领域人员在阅读本发明内容时，由本发明达到的上述目的和其它目的就更为明显，本发明的一个内容是一种从气体物流中回收二氧化碳的方法，它包括(A)压缩含二氧化碳、水蒸气和水可溶杂质以产生压缩的气体物流；(B)冷却压缩的气体物流，以冷凝至少一些水蒸气，并将形成的两相流体分离成含水可溶杂质的富含二氧化碳的气体物流和剩余的液体；(C)使富含二氧化碳的气体物流进入吸收塔并向上流动，使水进入该吸收塔并向下流动，向上流动的富含二氧化碳的气体物流中的水可溶杂质和一些二氧化碳在吸收塔中进入向下流动的水中，以产生净化的二氧化碳和其中吸收有二氧化碳的载有杂质的水；(D)从吸收塔排出和回收二氧化碳；和(E)从吸收塔排出载有杂质的水，降低载有杂质的水的压力，从载有杂质的水中释出所吸收的二氧化碳气体，并使释出的二氧化碳气体进入富含二氧化碳的气体物流中，以通入该吸收塔。
本发明的另一个内容是一种净化二氧化碳的设备，它包括(A)压缩机和使含二氧化碳、水蒸气和水可溶杂质的进料物流进入压缩机的装置；(B)后置冷却器、相分离器、使流体从压缩机进入后置冷却器的装置和使流体从后置冷却器进入相分离器的装置；(C)吸收塔、使流体从相分离器进入该吸收塔下部的装置和使水进入该吸收塔上部的装置；(D)从吸收塔下部回收净化的二氧化碳的装置；(E)减压装置、使来自吸收塔下部的流体进入减压装置的装置和使来自减压装置的流体进入相分离器的装置。
本文所用的术语“吸收塔”意指一种容器，在该容器中气体和液体接触以将气体中的一种和多种组分转入液体中。通常在传质元件如无规则填料或结构型填料或塔板上是以气体向上流动和液体向下流动而接触。
本文使用的术语“相分离器”意指一种容器，在该容器中，两相进料可分离成气体馏分和液体馏分。通常，相分离器是一种具有足够截面积的容器，以致气体和液体借重力分离，液体在容器底部排出，蒸气在容器上部排出。
本文使用的术语“水可溶杂质”意指明显可溶于水的气体杂质，如甲醇或乙醇。
本文使用的术语“上部”或“下部”意指分别在塔中点以上和以下的塔段。
本文使用的术语“间接热交换”意指使两流体进行热交换时无任何流体的相互实体接触或相互混合。
本文使用的术语“后置冷却器”意指间接的热交换器，其中含水蒸气的压缩气体物流被冷却，并且至少一些水蒸气被冷凝。
本文使用的术语“轻杂质”意指蒸气压大于二氧化碳蒸气压的一种或多种物质。轻杂质的例子包括氮、氧、氩、氢、一氧化碳和甲烷。
本发明唯一的图是本发明的一个特别优选实施方案的示意图，其中进料物流中还包含一些轻杂质，并使用多个压缩和减压步骤。
本发明将以参照图作详细描述。参看图，气体物流20通常含约90-99％(摩尔)的二氧化碳、达约1.0％(摩尔)的水可溶杂质以及水蒸气。在图所示的本发明的实施方案中，气体物流20还含有轻杂质，其浓度通常达约5％(摩尔)。
粗二氧化碳气体物流20在热交换器1中经与合适的流体如强制空气、冷却水或一种液体致冷剂的间接热交换被冷却，然后以物流21进入相分离器2，其中它被分离成气体部分和液体水部分。气体部分作为进料或气体物流22进入压缩机5，其通常压缩到约4-6大气压，以产生压缩的气体物流23。
压缩的气体物流23含二氧化碳、水蒸气和水可溶杂质以及轻杂质，该物流23在后置冷却器6中经与合适的流体如强制空气、冷却水或一种液体致冷剂的间接热交换被冷却。所得两相流体以物流24进入相分离器7，其中它被分离成富含二氧化碳的气体物流25和主要是水的剩余液体，物流25中还含水可溶杂质和轻杂质。
富含二氧化碳的气体物流25进入压缩机9，其中通常被压缩到约15-25大气压，以产生进一步被压缩的气体物流26，该物流26含二氧化碳和水可溶杂质以及轻杂质，并在后置冷却器10中经与合适流体如强制空气、冷却水或液体致冷剂的间接热交换被冷却。所得两相流体以物流27进入相分离器11，其中再分离成富含二氧化碳的气体物流28和主要是水的剩余液体，物流28中还含有水可溶杂质和轻杂质。
富含二氧化碳的气体物流28进入吸收塔13的下部，并向上流过吸收塔。水29经机械泵15加压到足以引入吸收塔13顶端的压力，通常为250-370磅/英寸2绝对压力(psia)。被加压的水30通过流动/压力控制阀14，然后作为物流31进入吸收塔13的上部，并向下流过吸收塔。
吸收塔13是一垂直容器，它装备有无规则填料或结构型填料作为内部构件，即蒸气/液体接触元件，当然内部构件也可是塔板。塔的内部构件是便于向下流的水与向上流的气体之间的接触。当在吸收塔13内，水以与向上流的气体呈逆流的流动向下流时，水可溶杂质从上升的气体中进入向下流的水中的溶液中，以致向下流的水中不断富集水可溶杂质，同时上升的气体中不断贫化水可溶杂质。此外，一些二氧化碳从上升的气体中被吸收进向下流的水中。这导致在塔13的顶部产生净化的二氧化碳，而在塔13的底部产生载有杂质的水，该水中还含有一些吸收在其中的二氧化碳气体。
净化的二氧化碳以物流32从塔13的上部排出，如果需要可直接回收。在图中所示的本发明的实施方案是一种特别优选的实施方案，其中净化的二氧化碳在其回收之前还经附加的处理步骤。在图所示的实施方案中，气体物流32经吸附器16进一步净化，以除去所有残余的水可溶杂质以及在塔13中逆流上升时所吸取的水蒸气，吸附器16可包含一个或多个活性炭床和/或硅胶床。如果需要，还可使来自吸附器16的经进一步净化过的和干燥的气体33进入致冷装置18，其中气体33被冷却，以冷凝和去除全部剩余水。
如上所述，在图示的本发明的实施方案中，进料气体还含有轻杂质。在这种情况下，经净化的干燥的二氧化碳气体物流以物流34进入蒸馏塔，图中以部件19表示，其中该物流经精馏分离成纯化的二氧化碳35和轻杂质顶部蒸气36。纯化的二氧化碳35作为流体回收，其含约99.9-99.999％(摩尔)二氧化碳。
载有杂质的水从塔13的下部以物流37排出。此外，从相分离器11以物流38排出的剩余水经阀12并以物流39与物流37相组合，以形成组合物流40。物流40经减压装置17，该装置17在图示的实施方案中是一膨胀阀。减压装置17可以是如涡轮膨胀机的其它减压装置。当载有杂质的水物流40经过减压装置17时，其压力通常降至4-6大气压，这时在过程中被吸收进载有杂质的水中的二氧化碳气体被释出，以产生含载有杂质的水和气态二氧化碳的两相物流41。两相物流41进入分离器7，其中被释出的气态二氧化碳以物流41进入富含二氧化碳的物流中，最后通过吸收塔13以最终回收。这样，在原始气体物流20中的可能会由于净化过程被损失的一些二氧化碳就被再捕集并回收，由此改进了在净化系统中的二氧化碳的回收。
载有杂质的水与分相器中7的剩余水相组合，并以物流42从分离器7中排出，再经减压装置8，如膨胀阀或涡轮膨胀机使其压力减至通常为1-2大气压。在该过程中，仍吸收在载有杂质的水中的剩余二氧化碳被释出，形成含载有杂质的水和气态二氧化碳的两相物流43。两相物流43进入相分离器2，其中，释出的气态二氧化碳以物流43进入气体物流22用于最后通过吸收塔13以最终回收，由此进一步改进了二氧化碳的回收。残余的载有杂质的水与相分离器2中的物流21的液体部分相组合，并从相分离器2中以物流44排出，再经阀33后以物流45进入如化学排水管的捕集器装置4以最终处置。
采用本发明方法从任何给定的粗二氧化碳进料物流中来回收二氧化碳，其回收率比通常的从粗二氧化碳气体物流中净化掉水可溶杂质的方法高0.5-1.0％。
虽然对本发明以某一优选实施方案作了详细描述，但本领域技术人员将理解，在本权利要求的实质及范围内能有其它的实施方案。
权利要求
1.一种从气体物流中回收二氧化碳的方法，它包括(A)压缩含二氧化碳、水蒸气和水可溶杂质以产生压缩的气体物流；(B)冷却压缩的气体物流，以冷凝至少一些水蒸气，并将形成的两相流体分离成含水可溶杂质的富含二氧化碳的气体物流和剩余的液体；(C)使富含二氧化碳的气体物流进入吸收塔并向上流动，使水进入该吸收塔并向下流动，向上流动的富含二氧化碳的气体物流中的水可溶杂质和一些二氧化碳在吸收塔中进入向下流动的水中，以产生净化的二氧化碳和其中吸收有二氧化碳的载有杂质的水；(D)从吸收塔排出和回收二氧化碳；和(E)从吸收塔排出载有杂质的水，降低载有杂质的水的压力，从载有杂质的水中释出所吸收的二氧化碳气体，并使释出的二氧化碳气体进入富含二氧化碳的气体物流中，以通入该吸收塔。
2.权利要求1的方法，来自吸收塔的净化的二氧化碳的回收还包括在回收前从净化的二氧化碳中吸附水的步骤。
3.权利要求1的方法，来自吸收塔的净化的二氧化碳的回收还包括在回收前从净化的二氧化碳中冷凝水的步骤。
4.权利要求1的方法，其中气体物流还包含轻杂质，并且来自吸收塔的净化的二氧化碳的回收还包括在回收前从净化的二氧化碳中以蒸馏分离轻杂质的步骤。
5.一种净化二氧化碳的设备，它包括(A)压缩机和使含二氧化碳、水蒸气和水可溶杂质的进料物流进入压缩机的装置；(B)后置冷却器、相分离器、使流体从压缩机进入后置冷却器的装置和使流体从后置冷却器进入相分离器的装置；(C)吸收塔、使流体从相分离器进入该吸收塔下部的装置和使水进入该吸收塔上部的装置；(D)从吸收塔下部回收净化的二氧化碳的装置；(E)减压装置、使来自吸收塔下部的流体进入减压装置的装置和使来自减压装置的流体进入相分离器的装置。
6.权利要求5的设备，其中减压装置是一种膨胀阀。
7.权利要求5的设备，其中使流体从相分离器进入吸附塔的下部的装置包括第二压缩机和第二相分离器。
8.权利要求5的设备，其中从吸收塔的上部回收净化的二氧化碳的装置包括吸附器。
9.权利要求5的设备，其中从吸收塔的上部回收净化的二氧化碳的装置包括致冷装置。
10.权利要求5的设备，其中用于回收来自吸收塔上部的净化的二氧化碳的装置包括蒸馏塔。
全文摘要
一种从二氧化碳气体物流中净化掉水可溶杂质的方法,该方法增加了二氧化碳的回收,其中水可溶杂质被去除进逆流流动的水中,该水经受至少一次减压步骤以释出吸收的二氧化碳,该二氧化碳再捕集进和再环循进二氧化碳气体物流中。
文档编号B01D53/62GK1273139SQ0010824
公开日2000年11月15日 申请日期2000年4月30日 优先权日1999年5月7日
发明者H·E·霍瓦德 申请人:普拉塞尔技术有限公司