[發明專利]用于分離富含二氧化碳的氣體的方法

有效

• 申請號: 201380037322.7
• 申請日: 2013-07-08
• 公開（公告）號: CN104428615A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發明（設計）人: A·布里格利亞;A·達德;P·泰里安
• 申請（專利權）人: 喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司
• 主分類號: F25J3/02
• 分類號: F25J3/02;F25J5/00
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 馬利蓉;吳鵬

技術領域

本發明涉及一種用于分離富含二氧化碳的氣體的方法。

背景技術

富含二氧化碳的氣體包含至少65％的二氧化碳。它還包括選自以下列表中的至少一種其它成分：氧、氮、氬、一氧化碳、氫、一氧化氮、二氧化氮、一氧化二氮、汞、甲醇、乙醇、氨或烴。

優選地，它包含5％以下的甲烷，本文獻中與純度有關的所有百分比均為摩爾百分比。

富含二氧化碳的氣體可由富氧燃料燃燒、水泥廠、鋼廠、蒸汽甲烷重整裝置或任意其它已知的來源制得。

本發明除其它可能性外提出在殼管式交換器中執行二氧化碳凈化單元進料氣體的最終冷卻階段。

進料氣體在由處于其三相點的二氧化碳浴包圍的管中冷卻。

存在許多與使系統在其三相點工作相關的優點。

首先，外殼的壓力在三相點非常穩定。如果壓縮來自管殼式交換器的氣化的二氧化碳的壓縮機移送過多氣體，則液體將閃蒸，從而形成全部處于三相點壓力下的固體和氣體。另一方面，如果移送的氣體太少，則壓力由于冰凍二氧化碳的存在而不會大幅上升。當固相呈與液體混合的微晶體形式時，形成液態-固態“漿體”，其與液體中形成大塊冰凍二氧化碳時的情形相比增加了固體-液體交換表面。

其次，進料氣體將盡可能被冷卻，以增加制得的二氧化碳的產量并由此提高設備的比能和比成本(捕集另外的數噸二氧化碳的額外開支小于每噸平均開支)。

第三，進料氣體不會凍結，因為冷源穩定在三相點溫度并且進料氣體將必須高于該溫度。

該布置結構允許儲存固態二氧化碳并使其融化，從而意味著能儲存能量和/或提高液化能力。

在能量被儲存的情況下，當能源價格低時，另一壓縮機(或產品壓縮機)比通常將被氣化的情況下移送更多氣態二氧化碳，以形成抽吸效應。儲存的液體然后閃蒸而形成氣體(以穩定三相點下的壓力)和與殘留的液體混合的固體。

當能源成本上升時，通過向儲存裝置內送入另外的氣態二氧化碳來使液態二氧化碳融化；通過使氣態二氧化碳液化來使固態二氧化碳融化，所形成的另外的液體被泵送到冷箱外并且能在不使用產品壓縮機的情況下在生產壓力下制得二氧化碳。

產品壓縮機被設計成利用這些流量變化，離心式壓縮機的流量下降到名義流量的80％。該問題的一個解決方案可以是使用三個較小的壓縮機，各具有名義流量的50％。這種情況下，在通常操作下，兩個壓縮機將工作。在固態CO₂相的儲存期間(當能源成本低時)，三個壓縮機將工作，而在高能源成本時段期間，一個壓縮機和泵將工作。這種情況下，在使從殼管式熱交換器流出的液體與(液態或超臨界的)CO₂產品的殘留部分混合之前需要所述泵來對所述液體加壓。

在通常操作下，形成固態二氧化碳并聚集在儲存裝置中。在生產高峰期，可獲得更多要液化的二氧化碳，將它呈氣態形式輸送到儲存裝置，在該儲存裝置中它液化而固態二氧化碳融化，從而提高最大液化能力而不增大設備的尺寸。

WO-A-2009/007938描述了根據權利要求1的前序部分的方法。

發明內容

根據本發明的一個目的，提供了一種用于分離富含二氧化碳且包含至少一種比二氧化碳輕的成分的氣體的方法，其中在第一熱交換器中將所述富含二氧化碳的進料氣體冷卻到低溫，使所述進料氣體部分地凝結并分離以形成氣態部分和液體，將所述液態流(液體部分)輸送到蒸餾塔的頂部，從所述蒸餾塔的底部取出二氧化碳含量比所述進料氣體高的液流，從所述蒸餾塔的頂部取出二氧化碳含量比所述進料氣體低的氣態流并在所述第一熱交換器中將所述氣態流加熱，將所述氣態部分輸送到熱交換器，所述氣態部分在所述熱交換器中至少部分地凝結而形成液態部分，將所述液態部分或自其衍生的液體輸送到所述蒸餾塔的頂部，使來自所述蒸餾塔的底部的液流在所述蒸餾塔的外部或內部氣化以形成隨后在所述蒸餾塔中分離的氣體，從所述蒸餾塔的底部取出液流，使被取出的液流的至少一部分在所述殼管式熱交換器中氣化以形成蒸氣并在所述第一熱交換器中對所形成的蒸氣加熱，所述方法的特征在于，在膨脹步驟之后將所述液態部分輸送到所述蒸餾塔的頂部，在氣化之前使來自所述蒸餾塔的底部的液流膨脹，向其輸送所述氣態部分的所述熱交換器為殼管式熱交換器，所述殼管式熱交換器的管由處于其三相點的二氧化碳浴包圍，并且在所述殼管式熱交換器中使被取出的液流氣化。

根據又一些可選方面：

-所述殼管式熱交換器在二氧化碳的三相點壓力和二氧化碳的三相點溫度下工作。

-在至少一個壓縮機中壓縮在所述殼管式熱交換器中形成并在所述第一熱交換器中被加熱的蒸氣。