專利名稱：用于從氣體中回收二氧化碳的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從氣體中回收二氧化碳的方法及其用途。更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于回收二氧化碳的兩步法，該方法是通過在溫度接近但高于二氧化碳的三相點的狀態(tài)下冷凝，隨后吸收氣態(tài)二氧化碳，在冷凝過程中二氧化碳未被液化。本發(fā)明還涉及一種用于從氣體中回收二氧化碳的設(shè)備。
背景技術(shù)：
二氧化碳是人所共知存在于大氣中的氣體。它通過發(fā)酵過程、石灰石焙燒以及所有形式的碳和碳化合物的燃燒過程而大量地釋放到大氣中。近幾十年來，由于溫室效應(yīng)造成未來氣候變化而引發(fā)的環(huán)境問題，人們對于所述排放物的關(guān)注日益增加。因此，多年來進(jìn)行了大量的工作來研發(fā)從燃燒氣體中去除二氧化碳的工藝。如有可能，后來出現(xiàn)的二氧化碳回收可使這些工藝經(jīng)濟(jì)可行。
本領(lǐng)域已知有各種從氣流中除去氣態(tài)組分的方法。尤其是，已經(jīng)提出的吸收法是一種適合用于從廢氣流中除去組分的方法。在US3,266,220中提出一種通過使用對二氧化碳具有選擇可溶性的溶劑而將二氧化碳從氣體混合物中除去的方法。提出作為選擇性溶劑的示例是水、甲醇、丙酮和碳酸丙烯酯。
眾所周知，純二氧化碳的三相點為-56.6℃和5.2巴。這意味著，不論溫度如何，二氧化碳在大氣壓力條件下不能是液體。為了獲得液體，所用溫度必須在-56.6℃以上，壓力必須至少為5.2巴。
歐洲專利申請EP1308502公開了一種通過在壓縮之后進(jìn)行冷凝而從乙醇發(fā)酵或其他氣源中獲得液化二氧化碳的方法。在此方法中，冷凝作用優(yōu)選在溫度-20℃到-55℃、壓力19巴到20巴的范圍內(nèi)發(fā)生。但是，在所述正本中沒有提到進(jìn)一步致力于回收未冷凝的二氧化碳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于從含CO2的氣體中回收二氧化碳的方法。
令人驚奇的是，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以獲得一種改進(jìn)的方法，該方法是通過新穎的兩步法來從氣體中回收二氧化碳。通過初始冷凝待處理的氣體與隨后吸收第一步尚未冷凝的氣態(tài)二氧化碳相結(jié)合，有可能比本領(lǐng)域已知的方法回收更高收率的二氧化碳，并且在經(jīng)濟(jì)上更為可行。
本發(fā)明涉及一種用于從氣體中回收二氧化碳的方法、所述方法的用途以及用于從氣體中回收二氧化碳的設(shè)備。
本發(fā)明的方法包括如下步驟a.向設(shè)備供給含CO2的加壓氣體，和/或在供給過程中壓縮含CO2氣體；b.冷卻在步驟a中獲得的壓縮氣體；c.利用冷凝工序分離在步驟b中獲得的氣體，由此，所述氣體被分離成富CO2液體(L1)和含CO2氣體(G1)；d.通過吸收劑吸收在步驟c中獲得的氣體G1，由此，氣體G1被分離成液體(L2)和貧CO2氣體(G2)；e.分離在步驟d中獲得的液體L2，以便獲得含CO2氣體(G3)和液體(L3)；以及f.壓縮在步驟e中獲得的氣體G3，以便獲得含CO2氣體(G4)。
在本發(fā)明的方法中，二氧化碳基本上是分兩步回收的。最初，二氧化碳是通過對壓縮和冷卻過的原料氣冷凝作用而回收的。在這種氣/液分離后，留在氣流中的二氧化碳通過使所述氣流經(jīng)受吸收工序而回收，由此氣體中存留的二氧化碳被吸收劑所吸收。隨后分離二氧化碳與吸收劑產(chǎn)生第二批的二氧化碳。
在本發(fā)明方法的第一步(步驟a)中，將壓力施加于原料氣中，除非該氣體在供給之前就已具有足夠高的壓力。在優(yōu)選實施例中，氣體在供給過程中加壓，這時壓力至少為20巴。另一種作法是，進(jìn)入設(shè)備的氣體是在至少20巴的高壓下。
原料氣中的二氧化碳濃度將取決于所述氣體的來源。但在優(yōu)選實施例中，二氧化碳的濃度至少為40％容積比，優(yōu)選為至少45％容積比，更優(yōu)選至少為50％容積比。
在本發(fā)明方法的步驟b中，壓縮氣體被冷卻，直至達(dá)到合適的溫度。如上所述，優(yōu)選溫度保持在-56.6℃，高于三相點。在優(yōu)選實施例中，對氣體進(jìn)行冷卻，直至溫度達(dá)到低于-20℃。在一個或多個步驟中可進(jìn)行這種冷卻。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，為了優(yōu)化該冷卻過程而需對換熱器的數(shù)量及尺寸所進(jìn)行的這種數(shù)學(xué)計算為標(biāo)準(zhǔn)程序。
這時處于高壓和低溫下的氣體在步驟c中通過采用冷凝工序而分離成富CO2液體(L1)和含CO2氣體(G1)。在優(yōu)選實施例中，所述冷凝工序為閃蒸。本文中所用的術(shù)語“富CO2液體”是指一種液相，其中，液態(tài)CO2的含量為至少95％，以重量計，優(yōu)選為至少97％，以重量計，更優(yōu)選為至少98.5％，以重量計。
當(dāng)進(jìn)行上述閃蒸時，必須控制溫度和壓力，以確保二氧化碳冷凝，以及防止固體二氧化碳沉淀。優(yōu)選地，進(jìn)行閃蒸時的壓力使得氣體中50％到65％的冷凝二氧化碳得以回收。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，離開閃蒸塔的含CO2氣體G1的溫度范圍為-30℃到-70℃，優(yōu)選為-44.1℃到-56℃，更優(yōu)選為-46.1℃到-50.1℃，最優(yōu)選為-47.6℃到-48.6℃，所述氣體的壓力范圍為10巴到200巴，優(yōu)選為12巴到50巴，更優(yōu)選為20巴到40巴，最優(yōu)選為28巴到32巴。離開閃蒸塔的液體L1的溫度范圍為-30℃到-55℃，優(yōu)選為-45℃到-53℃，更優(yōu)選為-47℃到-51℃，最優(yōu)選為-48.5℃到-49.5℃，所述液體的壓力范圍為10巴到200巴，優(yōu)選為14巴到27巴，更優(yōu)選為16巴到22巴，最優(yōu)選為17.5巴到18.5巴。
另一種作法是，可將液流L1冷卻至低于-55℃的溫度，使得二氧化碳固化，隨后將二氧化碳產(chǎn)物以固體干冰的形式從設(shè)備中取出。
在所述閃蒸步驟中，存在于富CO2液體中一半以上的二氧化碳量會被回收。然而，冷氣流G1中大量的二氧化碳正離開閃蒸塔。為了回收所述大量的二氧化碳，要使冷氣流G1流過步驟d中的吸收塔。
在吸收塔中，氣體G1被分離成含有進(jìn)入吸收塔的大部分二氧化碳(超過90％)的液體(L2)和貧CO2氣(G2)。本文中使用的術(shù)語“貧CO2氣”是指氣體中二氧化碳的分壓力小于3巴，優(yōu)選為小于1.5巴，更優(yōu)選為小于1巴。
用于吸收氣態(tài)二氧化碳的吸收劑可以是已知能夠吸收二氧化碳的任何溶劑。然而，由于隨后將二氧化碳從吸收劑分離所需的耗能較低，因此優(yōu)選使用能夠物理吸收而不是化學(xué)吸收二氧化碳的吸收劑。優(yōu)選的吸收劑的示例為SELEXOL、甲醇和碳酸丙烯酯。目前，最優(yōu)選的吸收劑是甲醇。這是由于甲醇的吸收性能隨著溫度降低而增加這一事實所致。因此，在吸收步驟之前無需對冷氣體G1進(jìn)行加熱。此外，隨后的閃蒸過程所需的能量降至最低。
離開吸收塔時的液體L2的溫度取決于所用的吸收劑。當(dāng)用甲醇作為吸收劑時，進(jìn)入吸收塔的甲醇的溫度范圍為-44℃到-52℃，優(yōu)選為-46℃到-50℃，更優(yōu)選為約-48℃。但是，當(dāng)用SELEXOL作為吸收劑時，進(jìn)入吸收塔的SELEXOL的溫度范圍為0℃到10℃，優(yōu)選為2℃到8℃，更優(yōu)選為4℃到6℃。
這種區(qū)別是由于SELEXOL的粘度隨著溫度的降低而增加這一事實所致。溫度低于約0℃時，SELEXOL的粘度已達(dá)到難以處理液體的程度。因此，當(dāng)用SELEXOL作吸收劑時，溫度必須保持在等于或高于0℃。此外，在氣流G1進(jìn)入吸收塔之前，必須加熱所述氣流。當(dāng)所述吸收劑的物理性能已知時，確定進(jìn)入吸收塔的任何可用吸收劑的合適溫度這是本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道的。
如果吸收劑為甲醇，液體L2的溫度范圍則為-23.7℃到-31.7℃，優(yōu)選為-25.7℃到-29.7℃，更優(yōu)選為-27.2℃到-28.2℃，而所述液體的壓力范圍為26巴到50巴，優(yōu)選為28巴到45巴，更優(yōu)選為29.5巴到30.5巴。
如果吸收劑為SELEXOL，則液體L2的溫度范圍為5℃到20℃，優(yōu)選為10℃到17℃，更優(yōu)選為12℃到15℃。
為了使二氧化碳從吸收劑中分離，液體(L2)優(yōu)選在本發(fā)明的方法隨后的步驟e中被閃蒸。該分離可在一個或多個連續(xù)的閃蒸塔中進(jìn)行。另外，閃蒸可作為低壓工序或高壓工序或二者的組合進(jìn)行。組合閃蒸塔的數(shù)量、尺寸和類型這是本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道的，以便獲得更可行的組合。
如果在步驟d中使用甲醇作吸收劑，離開閃蒸塔的含CO2氣體G3的溫度范圍則為-23.5℃到-33.5℃，優(yōu)選為-25.5℃到-31.5℃，更優(yōu)選為-27.5℃到-29.5℃。氣體G3離開高壓塔時，所述氣體的壓力范圍為5巴到20巴，當(dāng)離開低壓塔時，負(fù)壓力的范圍為-0.5巴到壓力3巴。
隨后對離開閃蒸塔(或多個)的氣體進(jìn)行壓縮(步驟f)。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，為了用最合適的方式進(jìn)行該壓縮步驟而確定所需壓縮機(jī)的數(shù)量和尺寸是標(biāo)準(zhǔn)程序。如果使用一個以上的閃蒸塔，在混合之前可分別對離開每個塔的氣體進(jìn)行壓縮。另一種作法是，離開每個塔的氣體可在壓縮之前混合。
如果使用甲醇作吸收劑，進(jìn)入蒸餾塔的氣體G4的溫度范圍則為-44℃到-52℃，優(yōu)選為-46℃到-50℃，更優(yōu)選為-47.5℃到-48.5℃，所述液體的壓力范圍為14巴到22巴，優(yōu)選為16巴到20巴，更優(yōu)選為17.5巴到18.5巴。
燃燒過程中產(chǎn)生的幾乎所有氣體在某種程度上都含有水分。如果用本發(fā)明的方法所處理的氣體中有水，則必須除水，以防固態(tài)水沉淀在設(shè)備中。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，在步驟b中氣體冷卻之前要除水。除水的程度優(yōu)選為水的壓力露點低于-55℃。
從氣體中除水的各種方法均為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知，他們根據(jù)待處理氣體的化學(xué)成分容易地可確定最合適的方法。這種方法的實例為用分子篩、硅膠、活性礬土及其它適合脫水至低水露點的吸收劑進(jìn)行吸收。
在步驟e中離開閃蒸塔(或多個)的液體L3基本上由吸收劑組成，其中，二氧化碳濃度較低。如果吸收劑不再重復(fù)使用，則必須除去大量的吸收劑。因此，在優(yōu)選實施例中，所述液體再循環(huán)回到吸收塔。結(jié)果，吸收劑浪費顯著減少，而二氧化碳回收量增加。
如果不專門設(shè)法清除該雜質(zhì)，則進(jìn)入蒸餾塔時的氣體G4就會含有少量的吸收劑，因此，在優(yōu)選實施例中，通過過濾法將微量的吸收劑從步驟f中獲得的液體中除掉。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，如何根據(jù)在步驟f中離開壓縮機(jī)的氣體G4的化學(xué)成分、溫度和壓力用最合適的方式進(jìn)行這種過濾。合適方法的實例為用分子篩、硅膠、活性礬土、活性碳及其它適合從二氧化碳?xì)怏w中去除有機(jī)化合物的吸收劑進(jìn)行吸收。
為了提純液態(tài)二氧化碳，可蒸餾分別在步驟c和步驟f得到的液體L1和氣體G4。所述兩種流體可在蒸餾塔內(nèi)混合，或者可分別蒸餾，然后在儲存前混和。如果上述氣體G4的過濾歸入該方法，則該過濾步驟發(fā)生在蒸餾之前。
在本發(fā)明的方法中，分別在步驟d吸收塔中和上述蒸餾塔(或多個)中得到的氣體G2和G5或重復(fù)利用，或是通過燃燒清除掉。在優(yōu)選實施例中，所述氣體在燃燒之前膨脹，以便回收能量。
離開蒸餾塔(或多個)的液態(tài)二氧化碳L5的純度將取決于本方法每個步驟中的工藝參數(shù)。根據(jù)產(chǎn)品今后的用途不同，所要求的純度等級也不同。舉例來說，如果以后的用途是將二氧化碳結(jié)合為食品的一部分，則液態(tài)二氧化碳必須基本上絕對純凈。相反，如果以后用在滅火器上，則對純度的要求就不是很嚴(yán)格。然而，在優(yōu)選實施例中，產(chǎn)品的純度至少為99.5％。
液態(tài)二氧化碳產(chǎn)品的優(yōu)選用途的示例是軟飲料或其他食品中結(jié)合作為食品級成分。
二氧化碳可從所有種類的氣體中回收。通常，為了使二氧化碳凝結(jié)并成為各種成分的配料，凝結(jié)后可通過蒸餾而分離的二氧化碳分壓力超過一定值的所有氣體均可按本發(fā)明的方法進(jìn)行處理。然而，本發(fā)明的目的在于使用本發(fā)明的方法從來自制氫設(shè)備或合成氣制造設(shè)備的氣體中回收二氧化碳。
在最優(yōu)選的實施例中，含CO2的原料氣為源自制氫設(shè)備的廢氣，并且氣體G2和G5再循環(huán)回到所述制氫設(shè)備。
本發(fā)明還涉及一種用于從氣流中回收二氧化碳的設(shè)備。上述設(shè)備(

圖1中所示流程圖的形式)可選擇地包括與冷卻裝置(B)連接的壓縮機(jī)(A)，所述冷卻裝置與具有氣體出口和液體出口的冷凝裝置(C)相連，所述冷凝裝置(C)的氣體出口與具有氣體出口和液體出口的吸收塔(D)相連，所述液體出口與一個或多個各具有氣體出口和液體出口的連續(xù)分離裝置(E)相連，所述分離裝置(E)的氣體出口與一個或多個壓縮機(jī)(F)相連，而所述壓縮機(jī)(或多個)(F)的出口和冷凝裝置(C)液體排出的出口任選地與一個或多個蒸餾塔(G)相連。
壓縮機(jī)A和F分別可為適合壓縮待處理氣體的任何類型的壓縮機(jī)。作為合適壓縮機(jī)的示例，可舉出離心式、螺旋式和往復(fù)式壓縮機(jī)。特別優(yōu)選的壓縮機(jī)為多變效率高從而耗能低的壓縮機(jī)。
冷卻裝置B可以是任何一種能夠冷卻加壓氣體的制冷機(jī)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)所要達(dá)到的溫度以及待處理氣體的化學(xué)成分容易地選出合適的冷卻裝置。
冷凝裝置(C)和分離裝置(或多個)(E)優(yōu)選為閃蒸塔。所述塔可以是本領(lǐng)域已知的任何一種閃蒸塔。本領(lǐng)域的技術(shù)人員為了取得每一步驟中所需的結(jié)果，可以容易地確定是否需要一個或多個高壓閃蒸塔(或多個)或者一個或多個低壓蒸餾塔(或多個)或其組合。確定是否達(dá)到所需的結(jié)果這也是本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道的，最合適的僅使用一個塔，或者使用兩個以上串聯(lián)或并聯(lián)的塔。
所用的吸收塔(D)可以是本領(lǐng)域已知的任何一種適合完成將氣態(tài)二氧化碳吸入吸收劑的塔。最適合使用的吸收塔通常是具有低壓降的填充塔，但是也可使用盤式塔。
在優(yōu)選實施例中，該設(shè)備包括脫水機(jī)，以便去除氣流中的水分。氣流的脫水工藝為本領(lǐng)域人所共知，本領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易選出適合進(jìn)行脫水的脫水機(jī)。然而，優(yōu)選使用具有分子篩的TSA吸附器的脫水裝置。
在又一個優(yōu)選實施例中，本發(fā)明的設(shè)備還包括用于除去微量吸收劑的過濾器。當(dāng)已知吸收劑的型號以及待處理液體的溫度與壓力等參數(shù)時，選擇最合適的過濾器類型這是本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道的。優(yōu)選的過濾器的示例為具有分子篩或活性碳的TSA吸附器的過濾裝置。
蒸餾塔(或多個)(G)可以是本領(lǐng)域已知任何一種適合蒸餾液態(tài)二氧化碳的塔。最適合使用的蒸餾塔通常為具有低壓降的填充塔，但是也可使用盤式塔。
如上所述，氣體G2和G5可在燃燒清除掉之前膨脹，以便回收能量。實際上，大約8-10％的能量均可回收。因此，優(yōu)選實施例所涉及的設(shè)備包括為此目的的膨脹器。用于產(chǎn)生電能或直接壓縮的渦輪膨脹機(jī)是可用于該設(shè)備中的合適膨脹機(jī)的示例。
當(dāng)每個流的質(zhì)量流、化學(xué)成分、溫度和壓力均已知時，為了獲得設(shè)備運行的最大可行模式，計算設(shè)備的上述每一個裝置的數(shù)量和尺寸這是本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的標(biāo)準(zhǔn)程序。
當(dāng)為每一個所述裝置選擇合適的材時，必須特別考慮到待處理的氣體和液體的溫度、壓力和化學(xué)物理性能。然而，這種考慮也是本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道的。
此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地知道，工藝參數(shù)的選擇和控制將取決于進(jìn)入設(shè)備的氣體的化學(xué)成分以及在該方法每一步驟中的氣體和液體的化學(xué)成分和物理條件。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，為了將冷卻能耗降至最低而確定換熱器的數(shù)量和尺寸的計算是標(biāo)準(zhǔn)程序。
圖2示出本發(fā)明從氣流中進(jìn)行回收二氧化碳的替換設(shè)備。
圖2所示的設(shè)備與圖1所示設(shè)備的不同之處在于氣流G4不發(fā)生蒸餾，而所述氣流G4在任選的脫水裝置之前再循環(huán)并與加壓原料流混合。并且，離開蒸餾塔G′的氣流G5在任選的脫水裝置之后再循環(huán)并與加壓原料流混合。此外，氣流G2也要再循環(huán)。在優(yōu)選實施例中，氣流G2再循環(huán)至制氫設(shè)備中。
下面參照優(yōu)選實施例和圖1更詳細(xì)地描述本發(fā)明。所述附圖示出了本發(fā)明的CO2回收流程示意圖。
有關(guān)壓力和溫度以及主要化學(xué)組分的成分?jǐn)?shù)據(jù)列于下表。所有涉及的壓力是指總壓力。
表選取氣流和液流的物理化學(xué)性能。

n.d.未測出供給設(shè)備的氣體是來自制氫設(shè)備的PSA廢氣。氣體在溫度大約30℃、壓力大約1.3巴下進(jìn)入設(shè)備。原料流的質(zhì)量流總計約34440公斤/小時，其中，二氧化碳的質(zhì)量流合計26760公斤/小時。其它的化學(xué)組分為水(163公斤/小時)、甲烷(2568公斤/小時)、氮(145公斤/小時)、氫(752公斤/小時)以及一氧化碳(4050公斤/小時)。
在進(jìn)氣期間，氣體在渦輪壓縮機(jī)中進(jìn)行壓縮。壓縮之后，氣體在壓力31巴、溫度10℃下進(jìn)入脫水機(jī)，較低的溫度使壓縮氣體預(yù)冷卻。在活性礬土/分子篩TSA吸附器型的脫水機(jī)中進(jìn)行脫水，直至達(dá)到在離開脫水機(jī)的氣體中檢測不到含水分的程度。
在隨后的步驟中，氣體被冷卻至約-39℃的溫度。使用制冷設(shè)備完成這一冷卻程序。該制冷設(shè)備為用CO2/NH3作為冷凍劑的串級系統(tǒng)。CO2環(huán)冷卻至-48℃，而NH3環(huán)冷卻至-29℃。
當(dāng)進(jìn)入閃蒸塔(C)時，壓縮并冷卻的氣體的化學(xué)成分與原料氣相比并無變化，只是除去了水分。閃蒸塔為簡單的分離鼓。由于閃蒸過程，使二氧化碳分成液流(L1)和氣流(G1)。
液態(tài)二氧化碳(L1)在壓力18巴、溫度-49℃下，以14378公斤/小時的質(zhì)量流離開閃蒸塔，僅含有微量的甲烷(118公斤/小時)，甚至較少量的氫、氮和一氧化碳。在所述液體隨后的蒸餾過程中，這些微量雜質(zhì)被除去，直至達(dá)到在離開塔的液體中檢測不到雜質(zhì)的程度。為完成這一程序采用了填充蒸餾塔(G′)。
離開所述閃蒸塔(C)的氣流中的二氧化碳的質(zhì)量流達(dá)到12382公斤/小時。在隨后的吸收工序中，用甲醇作為吸收劑回收該二氧化碳。更確切地說，吸收劑為具有含水量0.1％的AA級甲醇。吸收塔(D)為填充塔。二氧化碳或以氣相(G2)離開吸收塔，或是作為液相(L2)中的吸收成分離開吸收塔。
氣相(G2)離開塔(D)的壓力為18巴、溫度為-50℃。氣相中二氧化碳的質(zhì)量流僅為919公斤/小時，而甲烷的質(zhì)量流為2177公斤/小時。液相(L2)離開塔(D)的壓力為30巴、溫度為-28℃。離開所述塔的液相中二氧化碳的質(zhì)量流為14900公斤/小時。此外，在所述液相中也將發(fā)現(xiàn)大量的甲烷(274公斤/小時)。
隨后在兩個連續(xù)閃蒸塔中對液相L2進(jìn)行閃蒸。第一塔(E)為高壓塔，第二塔(E′)為低壓塔。在高壓塔中，二氧化碳在高壓下閃蒸，以將二氧化碳恢復(fù)至壓縮機(jī)的級間壓力，從而將能耗降至最低。該塔是填充塔。殘余的二氧化碳在低壓下通過閃蒸回收。另外，再煮溶劑，以確保在吸收器的頂部高度回收二氧化碳，從而確保二氧化碳在液體中低的殘留量。此外，還有可能使用真空閃蒸，以便進(jìn)一步減少液體中二氧化碳的含量。
離開高壓閃蒸塔的氣體G3以及液體L3的壓力和溫度分別為7巴和-30℃。質(zhì)量流列于表中。液相L3流至低壓閃蒸塔(E′)。離開低壓塔的氣體(G3′)的壓力和溫度為1.2巴和-45℃。離開低壓塔的液相再循環(huán)至吸收塔，以便重復(fù)使用甲醇。同時，留在所述液相中的二氧化碳未被廢掉，而是返回至吸收塔。
離開低壓塔的氣流在與離開高壓塔的氣流混合之前被壓縮。隨后，所述兩種氣體的混合物進(jìn)一步被壓縮，為在所述混合物進(jìn)入過濾裝置之前獲得壓力23巴、溫度30℃，以便除去微量甲醇。實際上，在該優(yōu)選實施例中，甲醇的濃度減少到在離開過濾裝置的氣流中不會檢測出來的程度。用分子篩TSA吸附器作為過濾器，而壓縮機(jī)則為油潤滑螺旋壓縮機(jī)。
在壓力18巴、溫度-49℃下，已過濾的液流流至蒸餾塔(G)。離開該蒸餾塔(G)的液體在存儲之前與離開蒸餾塔(G′)的液體混合。該液流(G+G′)中二氧化碳的質(zhì)量流為24578公斤/小時，與不含任何可檢測雜質(zhì)的總質(zhì)量流相等。
離開兩個蒸餾塔的氣體在進(jìn)入渦輪膨脹機(jī)之前混合。此外，離開吸收器G2的氣體進(jìn)入渦輪膨脹機(jī)。離開渦輪膨脹機(jī)的氣體經(jīng)燃燒清除掉。膨脹所述氣體的目的在于回收能量。在該優(yōu)選實施例中，3％的能量被回收。未描述的冷流和熱流被利用使能耗降至最低。
權(quán)利要求
1.一種用于從含CO2氣體中回收CO2的方法，該方法包括如下步驟a.將加壓含CO2的氣體供給到設(shè)備和/或在供給期間壓縮含CO2氣體；b.冷卻在步驟a中獲得的壓縮氣體；c.利用冷凝工序分離在步驟b中獲得的氣體，由此，所述氣體被分離成富CO2液體(L1)和含CO2氣體(G1)；d.通過吸收劑吸收在步驟c中獲得的氣體G1，由此，氣體G1被分離成液體(L2)和貧CO2氣體(G2)；e.分離在步驟d中獲得的液體L2，以便獲得含CO2氣體(G3)和液體(L3)；以及f.壓縮在步驟e中獲得的氣體G3，以便獲得含CO2氣體(G4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述含CO2氣體在步驟a中或以壓力為至少20巴的加壓氣體供給到設(shè)備，或是在供給期間進(jìn)行壓縮，以這樣的方式即壓力為至少20巴。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，冷卻步驟b中的壓縮氣體，直至溫度已達(dá)到低于-20℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述的方法，其特征在于，步驟c中的冷凝工序為閃蒸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一所述的方法，其特征在于，在步驟c中獲得的含CO2氣體G1的溫度范圍為-30℃至-70℃，優(yōu)選為44.1℃至-56℃，更優(yōu)選為-46.1℃至-50.1℃，最優(yōu)選為-47.6℃至-48.6℃，并且所述氣體的壓力范圍為10巴至200巴，優(yōu)選為12巴至50巴，更優(yōu)選為20巴至40巴，最優(yōu)選為28巴至32巴，而步驟c中獲得的液體L1的溫度范圍為-30℃至-55℃，優(yōu)選為-45℃至-53℃，更優(yōu)選為-47℃至-51℃，最優(yōu)選為-48.5℃至-49.5℃，并且所述液體的壓力范圍為10巴至200巴，優(yōu)選為14巴至27巴，更優(yōu)選為16巴至22巴，最優(yōu)選為17.5巴至18.5巴。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一所述的方法，其特征在于，步驟d中的吸收劑為選自包括SELEXOL、甲醇和碳酸丙烯酯組類中的液態(tài)劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一所述的方法，其特征在于，步驟e中液體L2的分離為閃蒸工藝。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一所述的方法，其特征在于，液體L2在一個或多個連續(xù)閃蒸步驟中閃蒸，并且其中，從每一閃蒸步驟中獲得的氣體在所述氣體混合之前和/或混合之后被壓縮。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在步驟b中氣體冷卻之前除水的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一所述的方法，其特征在于，在步驟e中獲得的液體L3再循環(huán)并與在步驟d中用于吸收氣體G1的吸收劑相混合。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一所述的方法，其特征在于，所述方法還包括對步驟f中獲得的氣體G4進(jìn)行過濾的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一所述的方法，其特征在于，所述方法還包括對步驟c中獲得的液體L1和步驟f中獲得的氣體G4進(jìn)行蒸餾的步驟，以便回收液體CO2(L5)和基本不含CO2的氣體(G5)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，液流L1和氣流G4在蒸餾塔中單獨蒸餾或者結(jié)合。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一所述的方法，其特征在于，在步驟d中獲得的氣體G2和氣體G5被處理重復(fù)使用或者通過燃燒清除掉。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，氣體G2和G5在燃燒之前膨脹，以便回收能量。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一所述的方法，其特征在于，所產(chǎn)生的液體CO2(L5)純度優(yōu)選為至少99.5％。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一所述的方法，其特征在于，含CO2氣體為來自制氫中的廢氣，而氣體G2和G5再循環(huán)至制氫設(shè)備。
18.一種用于從含CO2氣體中回收CO2的設(shè)備，該設(shè)備任選地包括壓縮機(jī)(A)，其與冷卻裝置(B)相連，所述冷卻裝置與具有氣體出口和液體出口的冷凝裝置(C)相連，所述冷凝裝置(C)的氣體出口與具有氣體出口和液體出口的吸收塔(D)相連，所述液體出口與一個或多個連續(xù)的閃蒸塔(E)相連，每個閃蒸塔均具有氣體出口和液體出口，所述閃蒸塔(或多個)(E)的氣體出口與一個或多個壓縮機(jī)(F)相連，而所述壓縮機(jī)(或多個)(F)的出口和冷凝裝置(C)液體排出的出口任選地與一個或多個蒸餾塔(G)相連。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，該設(shè)備還包括位于冷卻裝置(B)之前的脫水機(jī)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19中任一所述的設(shè)備，該設(shè)備還包括用于從離開一個或多個壓縮機(jī)(F)的氣體中除去微量吸收劑的過濾器，該過濾器位于所述一個或多個壓縮機(jī)(F)與一個或多個蒸餾塔(G)之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求18至20中任一所述的設(shè)備，該設(shè)備還包括膨脹器，用于膨脹離開吸收塔(D)的氣體G2和離開一個或多個蒸餾塔(G)的氣體G5，以便回收能量。
22.根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一所述的方法的用途，用于回收來自制氫或制合成氣設(shè)備的氣體中的CO2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于從氣流中回收二氧化碳的方法。該方法為兩步法，其中，二氧化碳在第一步驟(A)中被壓縮，而殘余的二氧化碳在后一步驟(D)中通過吸收工序而被回收。本發(fā)明還涉及一種用于回收二氧化碳的方法的用途以及用于回收二氧化碳的設(shè)備。
文檔編號C01B31/00GK101039735SQ200580034266
公開日2007年9月19日 申請日期2005年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月8日
發(fā)明者R·芬 申請人:聯(lián)合工程公司