的装置和方法
【专利说明】通过吸附净化CO2的装置和方法
[0001]本发明涉及(》2的净化装置和方法。
[0002]其特别涉及包含氢气和水以及任选一氧化碳和/或甲烷的富含CO2的气体混合物的净化装置。
[0003]在干燥的基础上，富含⑶2的气体包含至少35摩尔％的二氧化碳，甚至至少65摩尔％的二氧化碳。
[0004]该气体混合物优选包含至少2000ppm氢气。其还可包含至少2000ppm—氧化碳和/或至少2000ppm甲烷。
[0005]本文中提到的所有纯度为摩尔纯度。
[0006]在一个实例中，CO2净化装置处理富含CO2的进料气，从中净化掉某些对食品用途不合意的成分并通过传热流体，通常氨的蒸发将其液化。
[0007]在进料气中存在的杂质中，一些成分比CO2更具挥发性并因此在最终蒸馏过程中在废气中除去。
[0008]这种废气通常用作位于最终蒸馏塔上游的通过吸附进行的净化系统(干燥器)的再生气体。
[0009]当这些挥发性成分主要是出和⑶(甚至CH4)时，已用于再生该净化系统的富集这些成分的再生气体在与空气接触时进入可燃范围。
[0010]在这种情况下，该废气不能再循环到进料气中，因为这种再循环不排出这些成分并因此累积可燃成分。
[0011]可能可以考虑排出这种废气，而不将其用于再生以避免与可燃气体的使用有关的风险和额外成本(ATEX分类)。然后使用来自液体输出物储罐并由在该液面上方天然形成的或如果没有的话，来自有意蒸发的液体的气体构成的纯CO2进行。
[0012]在这两种情况下，这种配置都损害该装置的净生产量，损害总量等于再生所需的流量，即大约5至6 %。
[0013]US-A-4952223描述了在吸附单元上游和在蒸馏塔下游的分离装置以改变再生气体的组成。该进料流不含氢气，并且不排出再生流和/或不脱氢。
[0014]W007/126972也描述了在吸附单元上游和在蒸馏塔下游的分离装置，其是相分离器，但表I中给出的组成值不符合附图，因为来自该相分离器的气体必须脱除co2，而该表所示相反。此文献中的教导因此不清楚。
[0015]根据本发明的一个主题，提供由包含至少35摩尔、氢气和水以及至少一种，甚至两种下列杂质:一氧化碳和甲烷的富含CO2的气体为原料净化CO2的装置，其包含:
[0016]i)至少一个用于将所述富含CO2的气体压缩到第一压力P的压缩机，
[0017]ii)至少一个净化系统，其能运行在基本等于P的压力下的吸附阶段和在低于P的压力下的再生，以在源自所述至少一个压缩机的第一压力下净化所述气体以产生至少净化掉水的气体，
[0018]iii)用于经净化气体的塔系统，包含至少一个蒸馏塔，能在基本等于P的压力下运行，以产生富集CO2并脱除氢气和任选脱除一氧化碳和/或脱除甲烷的液体和富集氢气和任选富集一氧化碳和/或富集甲烷并脱除二氧化碳的气体，
[0019]iv)分离设备，
[0020]其特征在于所述装置包含用于将所述富集氢气和任选富集一氧化碳和/或富集甲烷并脱除二氧化碳的气体从所述塔系统传送到所述分离设备的第一管道和连接到所述分离设备上以送回脱除氢气和任选脱除一氧化碳和/或脱除甲烷的气体的第二管道，第二管道连向所述通过吸附进行的净化系统以向其传送仅由至少一部分所述脱除氢气和任选脱除一氧化碳和/或脱除甲烷的气体构成或由与另一气体混合的至少一部分所述脱除氢气和任选脱除一氧化碳和/或脱除甲烷的气体构成的再生气体，且所述净化系统包含用于排出已用于再生的再生气体的工具。
[0021]根据其它任选主题:
[0022]-该分离设备是渗透设备，
[0023]-由所述分离设备生成的脱除氢气并任选脱除CO的气体的组成不处于在空气中的可燃范围内，
[0024]-所述塔系统位于隔离室内且所述分离设备位于任何隔离室外，
[0025]-所述装置包含在所述分离设备上游的用于加热脱除二氧化碳的气体的工具，
[0026]-所述加热气体的工具能够实现所述气体和氨和/或在第一压力下的富含CO2的气体之间的热交换，
[0027]-所述装置包含用于检测送往所述分离设备的所述富集氢气和任选富集一氧化碳和/或富集甲烷并脱除二氧化碳的气体的内含物的工具，
[0028]-所述装置包含用于检测所述脱除氢气并任选脱除一氧化碳的气体的内含物的工具，
[0029]-将上述检测工具连向用于关闭所述脱除氢气并任选脱除一氧化碳的气体的管道的工具，
[0030]-将上述检测工具连向用于打开另一气体的管道的工具。
[0031]根据本发明的另一主题，提供由包含至少35摩尔、氢气和水和任选至少一种，甚至两种下列杂质:一氧化碳和甲烷的富含CO2的气体为原料净化CO2的方法，其包含至少下列阶段:
[0032]i)将所述富含CO2的气体压缩到第一压力P以产生富含CO2的压缩气体，
[0033]ii)在至少一个净化系统中通过在基本等于P的压力下的吸附和在低于P的压力下的再生净化所述富含CO2的压缩气体以产生净化掉水的富含CO2的气体，
[0034]iii)所述净化气体在包含至少一个蒸馏塔的塔系统中在基本等于P的压力下蒸馏以产生富集CO2并脱除氢气和/或脱除一氧化碳和/或脱除甲烷的液体和富集氢气和/或富集一氧化碳和/或富集甲烷并脱除二氧化碳的气体，
[0035]iv)在分离设备中的分离阶段，
[0036]其特征在于将所述脱除二氧化碳的气体从所述塔系统送往分离设备，所述分离设备产生脱除氢气和任选脱除一氧化碳和/或脱除甲烷的气体，将任选与另一气体混合的所述脱除氢气和任选脱除一氧化碳和/或脱除甲烷的气体送往所述通过吸附进行的净化系统以充当再生气体，并至少不时地排出已用于再生的再生气体。
[0037]根据本发明的其它任选方面:
[0038]-所述再生气体在所述净化系统的入口处的氢气含量低于对应于在空气中的可燃范围的阈值，
[0039]-可源于由所述塔系统产生的液体的二氧化碳气流用于构成所述再生气体的一部分，
[0040]-将所述二氧化碳流与所述分离设备产生的脱除氢气和任选脱除一氧化碳和/或脱除甲烷的气体混合以产生再生气体，
[0041]-检测下列气体的氢气和任选一氧化碳和/或甲烷的含量:
[0042]i)来自所述塔系统的富集氢气和任选富集一氧化碳和/或富集甲烷并脱除二氧化碳的气体或
[0043]ii)所述分离设备产生的脱除氢气和任选脱除一氧化碳和/或脱除甲烷的气体，
[0044]如果所述含量超过给定阈值，例如在空气中的可燃性极限，则不使用所述分离设备产生的脱除氢气和任选脱除一氧化碳和/或脱除甲烷的气体或将二氧化碳气体与所述分离设备产生的脱除氢气和任选脱除一氧化碳和/或脱除甲烷的气体混合以充当再生气体，
[0045]-送往所述分离设备的富集氢气和任选富集一氧化碳和/或富集甲烷并脱除二氧化碳的气体在空气中可燃，
[0046]-送往所述分离设备的富集氢气和任选富集一氧化碳和/或富集甲烷并脱除二氧化碳的气体包含至少5%的氢气，甚至至少10%的氢气，
[0047]-来自所述分离设备的脱除氢气和任选脱除一氧化碳和/或脱除甲烷的气体在空气中可燃，
[0048]-检测所述脱除氢气并任选脱除一氧化碳的气体的内含物，
[0049]-如果所述脱除氢气的气体的氢气含量在阈值以上，则关闭所述脱除氢气并任选脱除一氧化碳的气体的管道，
[0050]-如果所述脱除氢气的气体的氢气含量在阈值以上，则打开另一气体的管道。
[0051 ]参照附图更详细描述本发明。
[0052]包含至少35%C02、水、1000ppmH2、2000ppm CO和2000ppm CH4的富含CO2的气体I
必须分离以产生富集二氧化碳的液体。该气体在压缩机3中压缩到20巴(绝对)以产生压缩气体3。压缩气体3在通过吸附运行的净化装置5中在20巴(绝对)下净化。将净化掉水的气体6冷却(未显示)并送往包含至少一个蒸馏塔的塔系统7中蒸馏。该系统产生富集二氧化碳并脱除一氧化碳、脱除氢气和脱除甲烷、包含至少55% 二氧化碳的液体8，将其储存在储罐11中并作为产品10送交客户。
[0053]所述塔系统7还产生富集氢气、一氧化碳和甲烷并脱除二氧化碳的气体24。气体24包含15%氢气、3%甲烧和3% —氧化碳。气体24包含至少5%氢气，优选至少10%氢气。
[0054]本发明的目标是以下列方式使与可燃化合物相关的损失最小化:
[0055]将0)2与出、0)和甲烷分离的分离设备13，例如HF膜，分离废气24。在废气24的压力(大约20巴(绝对))与大气压之间的压力差的作用下，一部分可燃化合物发生渗透且该膜能够获得:
[0056]-脱除出和⑶的加压气流22，其已变得不可燃并因此适用于再生，
[005