專利名稱：由含二氧化碳?xì)怏w混合物得到二氧化碳的方法
由含二氧化碳?xì)怏w混合物得到二氧化碳的方法背景已提出膜以將CO2與廢氣流中的其它組分分離。從廢氣流中回收二氧化碳由多個(gè)因素推動(dòng)，包括工業(yè)二氧化碳市場(chǎng)、強(qiáng)化采油(EOR)和減少溫室氣體減排的政府和工業(yè)努力。存在許多方法以將CO2從廢氣流的其它組分中除去。當(dāng)廢氣流含有大量CO2時(shí)，可將料流冷卻以提供液體CO2產(chǎn)物。當(dāng)廢氣流含有少量CO2時(shí)，在冷卻以前使用各種方法以提高CO2含量，例如膜分離或吸附。通常，當(dāng)使用多種方法時(shí)，忽略了兩種方法的聯(lián)合以得到更有效的節(jié)能。例如，US 4，639，257公開了使用膜分離和蒸餾從氣體混合物中回收二氧化碳。然而，各個(gè)步驟分開地有效進(jìn)行，其中在各膜和蒸餾方法以前具有溫度和壓力調(diào)整。如‘257專利所公開，用于膜分離的氣體溫度和壓力分別為約300K(26. 85°C )和約28巴，而用于蒸餾的分別為約_3°C (270. 15K)至-40°C (233. 15K)和約1_3巴。該方法的能量需求使得它是效率低的。
根據(jù)美國(guó)能源部，2007年現(xiàn)有的技術(shù)不能以小于35%電力成本增加從現(xiàn)有粉煤(PC)發(fā)電裝置的煙道氣中除去至少90%的C02。需要經(jīng)濟(jì)的聯(lián)合CO2回收方法。概述公開由含CO2氣體混合物得到二氧化碳的方法。該方法包括如下步驟。得到含CO2氣體混合物。冷卻氣體混合物。使冷卻的氣體混合物流入由聚合材料構(gòu)成的氣體分離膜組件中以產(chǎn)生富二氧化碳料流和貧二氧化碳料流。聚合材料具有在35°c和10巴壓力下>0. 03 [ (cm3STP下的CO2) / (cm3聚合材料)(cmHg)]的CO2溶解度和>210°C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。壓縮富二氧化碳料流。通過冷卻將壓縮的富二氧化碳料流至少部分冷凝。使冷卻、壓縮的富二氧化碳料流經(jīng)受低溫相分離以產(chǎn)生富CO2液體和貧CO2蒸氣料流。公開了由含CO2氣體混合物得到二氧化碳的另一方法。該方法包括如下步驟。得到含CO2氣體混合物。冷卻氣體混合物。使冷卻的氣體混合物流入由聚合材料構(gòu)成的氣體分離膜組件中以產(chǎn)生富二氧化碳料流和貧二氧化碳料流。氣體分離膜具有以Barrer表示的氧滲透率，在30°C的溫度和30psia的膜一側(cè)壓力，同時(shí)膜另一側(cè)上小于Imm Hg的真空下對(duì)80摩爾％氮?dú)夂?0摩爾％氧氣的混合物，氧滲透率為小于2000/ (選擇性)3 5，其中選擇性為氧-氮選擇性。通常，這些條件下的選擇性為約5至約9。壓縮富二氧化碳料流。通過冷卻將壓縮的富二氧化碳料流至少部分冷凝。使冷卻、壓縮的富二氧化碳料流經(jīng)受低溫相分離以產(chǎn)生富CO2液體和貧CO2蒸氣料流。公開了由含CO2氣體混合物得到二氧化碳的又一方法。該方法包括如下步驟。得到含CO2氣體混合物。冷卻氣體混合物。使冷卻的氣體混合物流入氣體分離膜組件中。將尾氣送入膜的滲透物側(cè)，尾氣具有低CO2濃度。從膜中回收富二氧化碳滲透物。從膜中回收貧二氧化碳非滲透物。公開了由含CO2氣體混合物得到二氧化碳的又一方法。該方法包括如下步驟。得到含CO2氣體混合物。在換熱器中冷卻氣體混合物。使冷卻的氣體混合物流入氣體分離膜組件中以產(chǎn)生富二氧化碳滲透物和貧二氧化碳非滲透物。使貧二氧化碳料流膨脹以產(chǎn)生冷貧二氧化碳料流。壓縮富二氧化碳滲透物。通過在換熱器中冷卻而將壓縮的富二氧化碳滲透物至少部分冷凝。將部分冷凝的壓縮富二氧化碳滲透物分離成富CO2液體和貧CO2蒸氣料流。用選自冷貧二氧化碳料流、貧CO2蒸氣料流和一部分富CO2液體的一種或多種料流將冷能供入換熱器中。上述方法中任何兩種或更多種可組合以提供聯(lián)合方法。任何上述方法或上述聯(lián)合方法中任何兩種或更多種的聯(lián)合可包括一個(gè)或多個(gè)以下方面-聚合材料選自聚酰亞胺；氟代聚砜；聚(苯醚)；聚(氟碳酸酯)；和2，2，2_三氟苯乙酮和聯(lián)二苯或聯(lián)三苯醚的縮聚物。
-聚合材料為具有式(I)重復(fù)單元的聚合物或共聚物
OO
一N Ri Jsf-
OO式(I)其中各個(gè)R2為獨(dú)立地選自式㈧、式⑶、式(C)、式⑶及其混合物的結(jié)構(gòu)部分
, 、-/ 、-/ 、-f
(A) |_Cl]_(Q
CH3產(chǎn) y
◎發(fā);
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(D)各個(gè)Z為獨(dú)立地選自式(L)、式(M)、式(N)和/或其混合物的結(jié)構(gòu)部分ΛO
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(L)(M)(N)(O)(P)各個(gè)R1為獨(dú)立地選自式(a)、式(b)、式(C)、式⑷、式(e)、式(f)、式(g)的分子鏈段及其混合物的結(jié)構(gòu)部分
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權(quán)利要求
1.由含CO2氣體混合物得到二氧化碳的方法，所述方法包括如下步驟 得到含CO2氣體混合物； 冷卻氣體混合物； 使冷卻的氣體混合物流入氣體分離膜組件中； 將尾氣送入膜的滲透物側(cè)，其中尾氣具有低CO2濃度； 從膜中回收富二氧化碳滲透物；和 從膜中回收貧二氧化碳非滲透物。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其進(jìn)一步包括步驟將含CO2氣體混合物在冷卻步驟以前壓縮至約3至約60巴的壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的方法,其中將氣體混合物冷卻至約5至約_60°C的溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中溫度為約_20°C至約-50°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其進(jìn)一步包括如下步驟 壓縮富二氧化碳料流； 通過冷卻將壓縮的富二氧化碳料流至少部分冷凝以產(chǎn)生富CO2液體和貧CO2蒸氣料流； 使貧CO2蒸氣料流膨脹；和 將膨脹的貧CO2蒸氣料流加熱，其中尾氣為熱膨脹的貧CO2蒸氣料流。
6.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其進(jìn)一步包括如下步驟 冷卻貧二氧化碳非滲透物； 使冷卻的貧二氧化碳非滲透物膨脹；和 加熱膨脹的冷卻的貧二氧化碳非滲透物， 其中尾氣為一部分熱膨脹冷卻的貧二氧化碳非滲透物。
7.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中含CO2氣體混合物中至少90%的CO2在富CO2液體中被回收。
8.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其進(jìn)一步包括步驟使貧二氧化碳料流膨脹以得到溫度為約-30至約_60°C的減壓貧二氧化碳料流。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其進(jìn)一步包括步驟將膨脹的貧二氧化碳料流在換熱器處加熱，其中熱膨脹的貧二氧化碳料流為尾氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中含CO2氣體混合物由燃燒方法的煙道氣、天然氣料流、或發(fā)酵乙醇生產(chǎn)裝置的CO2廢氣得到。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中含CO2氣體混合物由燃燒方法的煙道氣得到，且燃燒方法選自蒸汽甲烷重整(SMR)方法、鼓風(fēng)爐和空氣點(diǎn)火或富氧化石燃料燃燒方法。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中燃燒方法為以全氧燃燒或部分氧燃燒模式操作的富氧化石燃料燃燒方法。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中富氧化石燃料燃燒方法以全氧燃燒模式操作，其初級(jí)和次級(jí)氧化劑為純氧氣或包含氧氣和再循環(huán)煙道氣的合成空氣。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中富氧化石燃料燃燒方法以部分氧燃燒模式操作，其初級(jí)氧化劑為空氣且其次級(jí)氧化劑為包含氧氣和再循環(huán)煙道氣的合成空氣。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中燃燒方法為空氣點(diǎn)火化石燃料燃燒方法，化石燃料為煤，且含CO2氣體混合物包含約8至約16%v/v的CO2。
16.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中燃燒方法為空氣點(diǎn)火化石燃料燃燒方法，化石燃料為天然氣，且含CO2氣體混合物包含約3至約10%v/v的CO2。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中含CO2氣體混合物包含約60至約90%v/v的C02。
18.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中燃燒方法為蒸汽甲烷重整(SMR)方法，且含CO2氣體混合物包含約15至約90%v/v的CO2。
19.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中燃燒方法為鼓風(fēng)爐，且含CO2氣體混合物包含約20至約 90%v/v 的 CO2。
20.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其進(jìn)一步包括如下步驟 將貧二氧化碳料流引入燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室中，在那里燃料和氧化劑燃燒； 將燃燒產(chǎn)物從燃?xì)廨啓C(jī)的出口送入換熱器中；和 在燃?xì)廨啓C(jī)上游較冷的燃料、氧化劑和貧二氧化碳料流與換熱器處較熱的燃燒產(chǎn)物之間熱交換。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其進(jìn)一步包括步驟將一部分冷卻的燃燒產(chǎn)物排到大氣中。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其進(jìn)一步包括如下步驟 壓縮富二氧化碳料流； 通過冷卻將壓縮的富二氧化碳滲透物至少部分冷凝以產(chǎn)生富CO2液體和貧CO2蒸氣料流；和 用來自富CO2液體的冷能將一部分冷卻的燃燒產(chǎn)物冷卻，其中冷卻的燃燒產(chǎn)物的冷卻部分為尾氣。
23.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中尾氣具有比氣體混合物更低的CO2濃度。
24.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其進(jìn)一步包括如下步驟 壓縮富二氧化碳料流； 通過冷卻將壓縮的富二氧化碳滲透物至少部分冷凝以產(chǎn)生富CO2液體和貧CO2蒸氣料流； 冷卻貧二氧化碳非滲透物； 使冷卻的貧二氧化碳非滲透物在低溫膨脹器處膨脹以在相分離器中產(chǎn)生固體二氧化碳和貧CO2氣體； 加熱貧CO2氣體； 使熱貧CO2氣體在冷膨脹器處膨脹； 加熱膨脹的熱貧CO2氣體； 借助與蒸汽熱交換而加熱熱膨脹的熱貧CO2氣體； 使加熱的熱膨脹的熱貧CO2氣體在熱膨脹器處膨脹至環(huán)境或接近環(huán)境壓力，其一部分用作尾氣。
全文摘要
公開了由含CO2氣體混合物得到二氧化碳的方法，所述方法包括如下步驟得到含CO2氣體混合物；冷卻氣體混合物；使冷卻的氣體混合物流入氣體分離膜組件中；將尾氣送入膜的滲透物側(cè)，其中尾氣具有低CO2濃度；從膜中回收富二氧化碳滲透物；和從膜中回收貧二氧化碳非滲透物。
文檔編號(hào)C01B31/20GK102762276SQ201080063764
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者D·J·哈賽, E·S·小桑德斯, J-P·特拉尼耶, P·泰里安, S·S·庫(kù)爾卡尼 申請(qǐng)人:喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司