[發明專利]低溫下分離CO2的設備及包括滲透分離步驟的方法

在審

• 申請號: 201780045305.6
• 申請日: 2017-06-12
• 公開（公告）號: CN109496162A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 盧多維克·格拉納多斯;馬蒂厄·勒克萊爾;弗雷德里克·洛克伍德;保羅·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: B01D53/00
• 分類號: B01D53/00;B01D53/22;F25J3/06
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 楊文娟;臧建明

在用于分離含有二氧化碳的混合物(1)的方法中，將該混合物在熱交換器(H)中冷卻并且部分地冷凝，并且在以低溫運行的第一系統中從該混合物分離第一液體(17)，該第一系統包括至少一個第一相分離器(PS1)，并且將來自該第一系統的氣體(23)在膜系統(M)中進行處理以產生滲透物(55)和非滲透物(53)，來自該第一系統的該氣體被分成兩部分，第一部分(26)在沒有被加熱的情況下被送至該膜系統并且第二部分(24)被至少加熱到該熱交換器的中間溫度并且然后在沒有被冷卻的情況下被送至該膜系統。

本發明涉及用于低溫下純化CO₂的裝置和方法，該方法包括滲透分離的步驟。

本發明特別涉及在用于低溫下純化CO₂的設備中必須低溫運行的膜的啟動方法。

本發明涉及在低溫(<-10℃)運行的膜中處理來自單元的未冷凝氣體用于低溫下純化CO₂。

本發明使得可以純化含有至少30％的二氧化碳、或甚至至少50％的二氧化碳、或甚至至少75％的二氧化碳的氣體混合物以產生相對于該混合物富含二氧化碳的流。所提及的百分比涉及基于干基的氣體混合物，后者非常經常含有水。

本文件中所有涉及純度的百分比都是摩爾百分比。

大氣中二氧化碳濃度的增加在很大程度上是全球變暖的原因。人為來源的CO₂基本上通過熱電站中以及一定數量的工業單元(例如水泥廠、氫氣生產單元或煉鋼單元)中燃燒化石燃料排放到大氣中。

在減少溫室氣體排放量和/或用于提高采收率的CO₂產生的上下文中，可以在CO₂排放設施的下游使用通過低溫途徑來捕獲和純化CO₂的單元。通過低溫途徑的CO₂捕獲和純化基本上基于CO₂在接近其三相點的溫度下的部分冷凝，該部分冷凝可以補充有一次或多次蒸餾，以增加終產物的CO₂純度。

對于這些部分冷凝和蒸餾，將有必要壓縮待純化的氣體，將它們干燥并且然后將它們冷卻以形成富含CO₂的液相和富含不可冷凝氣體的氣相，這些氣體將在一個或多個部分冷凝阱中進行分離。使用此類型方法，可獲得80％與95％之間的捕獲效率。

大多數時候，針對待純化氣體加熱不可冷凝氣體，這些不可冷凝氣體在排放至大氣前冷卻。在將它們排放到環境空氣中之前，還將有可能使用它們來再生捕獲單元的干燥器。

為了最大化CO₂捕獲效率，膜也可以用于來自該一個或多個部分冷凝阱的不可冷凝氣體。此類型方法是從EP-A-2404656中已知的。

來自膜(則負載有CO₂并且在低于不可冷凝氣體的壓力下)的滲透物可以被再循環到捕獲單元的壓縮鏈中。如此穿過膜并且被再循環到壓縮機的CO₂然后可以在該一個或多個部分冷凝阱中液化。通過將部分冷凝方法與膜方法結合，可以預期約為99％的捕獲效率。

兩個重要參數允許加工膜的尺寸并且量化它們的性能：產率/膜和對CO₂的選擇性。CO₂產率越高，用于提高單元的整體效率而必須添加的膜模塊將越少。然后減少初始投資。對CO₂的選擇性越高，將通過膜的其他氣體越少。對CO₂的高選擇性使得可以獲得CO₂更純的滲透物并且減少待純化氣體的壓縮機的能量消耗。實際上，穿過膜的不可冷凝氣體也被再循環到此壓縮機中，并且因此將增加后者內待處理的流量，從而影響其能量消耗。根據同一概念，如果提高膜的選擇性，則可以減小該壓縮機的尺寸。