[發明專利]一種高純度二氧化碳氣體提純方法及其裝置

在審

• 申請號: 202110531940.3
• 申請日: 2021-05-17
• 公開（公告）號: CN113184850A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 陳奕璇;劉安漣;韓冬;施宏毅;王俊新;范皓霆;宋劭;嚴軍;范灝;申廣浩;王晨;顧修筑;謝東紅;賈吉來;沈曉冬
• 申請（專利權）人: 上海穗杉實業股份有限公司;國網上海綜合能源服務有限公司;穗杉（寧波）科技有限公司;上海和容節能科技有限公司
• 主分類號: C01B32/50
• 分類號: C01B32/50;B01D53/053
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

1.一種高純度二氧化碳氣體提純方法，其特征在于，采用基于平衡吸附機理的二氧化碳吸附劑的變壓吸附技術，在較低壓力下自吸附相獲得高純度的二氧化碳，并耦合增壓、制冷、除水及二氧化碳液化，以獲得高純度液態二氧化碳作為產品氣，其中：

基于平衡吸附機理的變壓吸附技術，是在吸附床層裝填二氧化碳吸附劑，相對于氮氣、氧氣組分，吸附劑對原料氣中的水分、二氧化碳具有較強的吸附能力，在床層吸附飽和后通過解吸獲得高純度的二氧化碳與水蒸汽的混合氣；

并且，通過循環進料更高純度的二氧化碳產品氣置換床層內氣相組分，在床層吸附飽和后通過解吸獲得更高純度的二氧化碳與水蒸汽的混合氣；

并且，在對稱運行的兩組或多組床層之間設計氣體回收回路，以最大限度的減少目標氣體的損失，提高回收率；

并且，將吸附分離過程產生的廢氣的至少一部分回流到對稱分離床層，以利于對稱分離床層的升壓過程以及減少解吸過程的功率消耗，提高系統回收率；

并且，產品氣體的至少一部分將回流到吸附床層的進料端以置換氣相中的不純氣體。

2.根據權利要求1所述的提純方法，其特征在于，后續耦合的產品二氧化碳氣體增壓過程，采用兩級制冷以分別實現祛除水分與液化二氧化碳，其中，在3～7.5MPa壓力下，以第一級制冷祛除其中的水分，以實現常壓露點-65℃；以第二級制冷選取1～15℃、3～7.5MPa條件下將提純系統獲得的60～85%的二氧化碳純度的混合氣完成液化。

3.基于權利要求1或2所述提純方法的高純度二氧化碳氣體提純裝置，其特征在于，包括：

（1）至少一個壓縮設備，用于提供有壓力的原料氣；

（2）至少一套變壓吸附裝置，它至少包括一個吸附塔，吸附塔內裝有二氧化碳吸附劑；還包括原料氣體進入各吸附塔的進氣閥門及其必要的連接管線，廢氣進入廢氣緩沖罐的排氣閥門及其必要的連接管線，產品氣體進入產品氣體緩沖罐的產氣閥門及其必要的連接管線；對稱運行塔之間流體交換的控制閥門及其必要的管線，用于調節、切斷各吸附塔之間的氣體流動；產品氣體進入各吸附塔的進氣閥門及其必要的管線；

（3）至少一個廢氣緩沖罐，它與各分離器的排氣端通過設置的控制閥門及其必要的連接管線相連接，用以接受來自分離器的廢氣，以及將暫存的廢氣送入分離器的排氣端對正在進行預充壓過程的分離器中；

（4）至少一個產品氣體緩沖罐，它與各分離器的進料端通過設置的控制閥門及其必要的連接管線經由解吸真空泵與其相連接，用以接受來自分離器的產品氣，以及將產品緩沖罐內的產品氣經由設置的控制閥門及其必要的連接管線送入分離器的進氣端對正在進行吸附過程的分離器進行再增壓；

（5）至少一個產品氣體增壓機，將產品氣體緩沖罐內的產品氣體增壓至預定的壓力；

（6）至少一個冷媒換熱器與一個過濾器，將氣體進行冷卻，將氣體中的水分冷凝成液態，并經由過濾器祛除并排出系統；

（7）至少一個換熱器，將祛除水分的二氧化碳混合氣冷卻至混合氣的液化三相點，將混合氣中的二氧化碳液化作為產品輸出，而不凝氣體則排除出系統；

（8）一套完整的控制組件，用以對回路上的閥件進行必要的操作控制，以及對壓縮設備、真空泵、制冷、換熱器設備進行必要的控制操作。

4.根據權利要求3所述的高純度二氧化碳氣體提純裝置，其特征在于，所述二氧化碳吸附劑采用13X或其它改性的具有平衡吸附特性可再生的吸附劑。

5.根據權利要求3所述的高純度二氧化碳氣體提純裝置，其特征在于，在變壓吸附裝置的原料氣進氣端復合裝填有水吸附劑，用于祛除混合氣中含有的水分、總烴等雜質氣體；所述水吸附劑為活性氧化鋁、硅膠吸附水的分子篩中的一種，或其中多種的組合。