用于蒸馏二氧化碳与挥发性较低的组分的混合物的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种用于分离二氧化碳与挥发性低于二氧化碳的挥发性较低的组分的气体混合物的设备，其包括：用于冷却待分离的气体混合物(3)的装置(5)；用于使冷却后的气体混合物膨胀以形成膨胀流的阀(7)；容器(9)；用于将膨胀流输送到容器的装置；用于从容器提取第一液体(11)的第一管线；与第一管线连接的蒸馏塔(15)；管线，经由其从塔的顶部提取增浓了二氧化碳的第二气体(27)；管线，经由其从塔的槽提取增浓了挥发性较低的组分的第二液体(17)；用于冷凝增浓了二氧化碳的第一气体的和/或第二气体的至少一部分的冷凝器(31，41)；和用于将在冷凝器中冷凝的气体的至少一部分(43，45)输送到容器上游的部位的装置。

Method and apparatus for distillation of mixtures of carbon dioxide and volatile components

The present invention relates to an apparatus for separating a gas mixture of carbon dioxide and a component with a lower volatility than carbon dioxide, comprising: a device (5) for cooling a gas mixture (3) to be separated; a valve (7) for expanding a cooled gas mixture to form an expansion flow; a container (9); and an expansion flow. A device for bulging flow to a container; a first line for extracting the first liquid (11) from the container; a distillation tower (15) connected to the first line; a pipeline through which a second gas (27) enriched with carbon dioxide is extracted from the top of the tower; and a pipeline through which a second liquid (17) enriched with a less volatile component is extracted from a tank in the tower. A condenser (31,41) for condensing at least a portion of the first and/or second gases enriched with carbon dioxide; and a device for transporting at least a portion (43,45) of the condensed gas in the condenser to the upstream portion of the container.

【技术实现步骤摘要】
用于蒸馏二氧化碳与挥发性较低的组分的混合物的方法和设备
本专利技术涉及一种用于蒸馏二氧化碳与挥发性较低的组分的混合物的方法和设备。
技术介绍
包括二氧化碳和至少一种挥发性比二氧化碳低的组分(例如，溶剂)作为主要组分的混合物可以通过化学过程来生产。在此情况下，有利的是分离挥发性较低的组分和二氧化碳。溶剂是在其使用温度下为液体或超临界的物质，具有溶解、稀释或提取其它物质而不改变其化学性质且本身不发生任何变化的特性。在本专利技术的上下文中，所考虑的溶剂可以是例如丙酮、水、二甲基乙酰胺(DMAc)或二甲基亚砜(DMSO)。混合物的组成可以相对于一种或多种挥发性较低的组分(例如丙酮)变化约1mol％(摩尔百分比)至30mol％，气体混合物的其余部分基本上是CO2。在某些化学过程中，CO2可以被用作丙酮溶剂(以及一些其它等效分子)。回收这种CO2以最大限度地减少消耗的“新鲜”CO2的量有一定的经济效益。如果压力升高，则溶剂和二氧化碳的分离变得更加困难。然而，本专利技术建议在20与25巴(绝对压力)之间操作蒸馏塔，以节省用于对二氧化碳加压的机器的费用。从CO2与挥发性较低的混合物中回收CO2使其可以回收再利用，从而减少对新鲜CO2的需求。工艺改进可以提高CO2产率并设想溶剂的回收。在CO2/挥发性较低的组分分离的背景中，在预期的CO2纯度不超过97mol％时，使CO2回收率最大化的一种方式是从CO2/挥发性较低的组分的超临界混合物开始(压力高于73bara(巴，绝对压力))并使其膨胀到低于30bara且高于6bara的压力。为了使CO2的回收最大化，在超临界CO2的膨胀之前使用冷却器。所选择的温度尽可能低。所使用的系统包括：-用于将混合物调节到最佳温度的进料冷却器(例如使用水)，-膨胀阀，-分离罐，其允许回收“纯”气态CO2和液态的CO2/溶剂混合物。使CAPEX最小化的该设备以60％与90％之间的产率生产纯度＞97mol％的气态CO2。另外的CO2以及溶剂被输送至流出物。
技术实现思路
根据本专利技术的一个目的，提供了一种用于分离二氧化碳与挥发性低于二氧化碳的挥发性较低的组分的气体混合物的方法，其中：i)冷却并膨胀要分离的气体混合物，以形成膨胀流，任选地两相的膨胀流，ii)将膨胀流输送至容器——其任选地是分相器——以形成任选地增浓了挥发性较低的组分的第一液体和任选地增浓了二氧化碳的第一气体，iii)将任选地增浓了挥发性较低的组分的液体的至少一部分输送到蒸馏塔，iv)从塔的顶部提取增浓了二氧化碳的第二气体并从塔的槽提取增浓了挥发性较低的组分的第二液体，v)冷凝增浓了二氧化碳的第一气体和/或第二气体的至少一部分和/或从塔的顶部提取增浓了二氧化碳的液体，并且vi)将冷凝气体的至少一部分和/或增浓了二氧化碳的液体的至少一部分输送到容器上游的部位或容器。根据本专利技术的其它任选方面：-将冷凝气体的至少一部分和/或液体的至少一部分再循环/回收到从其接收气体混合物的反应器。将增浓了挥发性较低的组分的第二液体的至少一部分再循环到从其接收气体混合物的反应器。-分离增浓了挥发性较低的组分的第二液体以形成贫含挥发性较低的组分的气体和富含挥发性较低的组分的液体产物，冷凝该贫含气体并且使冷凝的贫含气体返回容器。-不从容器提取气体。-使冷凝气体的至少一部分和/或液体的至少一部分返回到容器的上游或甚至反应器的上游。-在位于容器上游的泵中将液体或冷凝气体加压。-加热第二液体的至少一部分以使其部分地气化，在分相器中将它分离，提取液体作为产品，来自分相器的气体与第二液体换热而冷凝，并且将冷凝的气体输送到容器。-混合物包含至少70mol％的二氧化碳，或甚至至少90mol％的二氧化碳。根据本专利技术的另一目的，提供了一种用于分离二氧化碳与挥发性低于二氧化碳的挥发性较低组分的气体混合物的设备，该设备包括：用于冷却待分离的气体混合物的装置；用于使冷却后的气体混合物膨胀以形成膨胀流、任选地两相膨胀流的阀；容器，其任选地为分相器；用于将膨胀流输送到容器的装置；第一管线，经由其从容器提取任选地增浓了挥发性较低组分的第一液体；任选的管线，经由其从容器提取增浓了二氧化碳的第一气体；与第一管线连接的蒸馏塔；管线，经由其从塔的顶部提取增浓了二氧化碳的第二气体；管线，经由其从塔的槽提取增浓了挥发性较低的组分的第二液体；任选的冷凝器，其用于冷凝增浓了二氧化碳的第一气体的和/或第二气体的至少一部分；和/或用于从塔的顶部提取增浓了二氧化碳的液体的装置和用于将在冷凝器中冷凝的气体的至少一部分和/或增浓了二氧化碳的液体的至少一部分输送到容器上游的部位或容器的装置。任选地，在被供给以二氧化碳的反应器中产生该气体混合物。用于将在冷凝器中冷凝的气体的至少一部分和/或增浓了二氧化碳的液体的至少一部分输送到容器上游的位置的装置可以与反应器连接。附图说明将参照附图更详细地描述本专利技术，附图为根据本专利技术的方法的示意图。其中：图1示出了根据用于分离混合物的方法的用于生产二氧化碳与溶剂的气体混合物的方法。图2示出了二氧化碳和挥发性较低的组分的分离方法。图3示出了根据本专利技术的方法的一种实施方案。图4示出纵坐标上的质量流量和CO2的摩尔浓度随着横坐标上的时间的变化。具体实施方式在分离CO2与挥发性较低的组分(这里为溶剂，例如丙酮、二甲基乙酰胺(DMAc)或二甲基亚砜(DMSO))的混合物的背景中，在预期的CO2纯度高于99％的情况下，使CO2回收率最大化的一种方式是从CO2与挥发性较低的组分(例如，溶剂)的超临界混合物开始(压力>73bara)并使其膨胀到低于30bara且高于6bara的压力。为了使CO2的回收最大化，本专利技术基于冷却器在超临界CO2的膨胀并且然后蒸馏之前的使用(温度被选择为尽可能低)，其中在塔的顶部回收纯CO2。本专利技术提出了一种系统，其包括：-用于使混合物3达到低于0℃的最佳温度的进料冷却器5(例如使用水)，-膨胀阀7，-分离罐9，其允许回收“纯”气态CO213和处于液态的CO2与挥发性较低的组分(例如，溶剂)的混合物11，-蒸馏塔15，其结合了冷凝器31和再沸器19。用于生产气体混合物的方法在被供给以处于超临界压力下的液态二氧化碳1以及诸如溶剂的其它流体的反应器R中执行。该反应器R产生溶剂与气态二氧化碳的混合物3。混合物的组成可以在30mol％的挥发性较低的组分和70mol％的二氧化碳与99.9mol％的二氧化碳和0.1％的挥发性较低的组分之间变化，反应器过程是循环的。混合物通过冷却器5中的热交换而冷却，在阀7中膨胀以产生两相流，并且在分相器9中分离。分相器的温度根据气体混合物3的组分而变化。由于料流3中的溶剂与CO2的比率以及料流3的流速随时间变化(不连续过程)，所以对于在反应器R中进行的某些过程而言，有必要稳定对蒸馏塔15的供给，该供给实质上变化很大。组成和流速变化大的蒸馏塔15的操作坦率地讲在不首先将这些波动稳定在较小操作范围内的情况下将是不可能的。更一般而言，本专利技术提出从在反应器R中进行的不连续过程获得的料流3的处理。这是通过阀7中的快速膨胀来分离混合物3(两种化合物或以上)的液相和气相并且将所产生的液体蓄积在分离罐9中以便连续和稳定地供给下游的塔15以确保它连续操作的问题。该本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于分离二氧化碳与挥发性低于二氧化碳的组分的气体混合物的方法，其中：i)冷却要分离的气体混合物(3)并使其膨胀以形成膨胀流，任选地两相的膨胀流，ii)将膨胀流输送至容器(9)——其任选地是分相器——以形成任选地增浓了所述挥发性较低的组分的第一液体(11)和任选地增浓了二氧化碳的第一气体(13)，iii)将任选地增浓了挥发性较低的组分的液体的至少一部分输送到蒸馏塔(15)，iv)从所述蒸馏塔的顶部提取增浓了二氧化碳的第二气体(27)并从所述蒸馏塔的槽提取增浓了所述挥发性较低的组分的第二液体(17)，v)使增浓了二氧化碳的第一气体和/或第二气体的至少一部分冷凝和/或从所述蒸馏塔的顶部提取增浓了二氧化碳的液体，并且vi)将冷凝气体的至少一部分(43)和/或增浓了二氧化碳的液体的至少一部分输送到所述容器上游的部位和/或输送到所述容器。

【技术特征摘要】
2017.03.24 FR 17524631.一种用于分离二氧化碳与挥发性低于二氧化碳的组分的气体混合物的方法，其中：i)冷却要分离的气体混合物(3)并使其膨胀以形成膨胀流，任选地两相的膨胀流，ii)将膨胀流输送至容器(9)——其任选地是分相器——以形成任选地增浓了所述挥发性较低的组分的第一液体(11)和任选地增浓了二氧化碳的第一气体(13)，iii)将任选地增浓了挥发性较低的组分的液体的至少一部分输送到蒸馏塔(15)，iv)从所述蒸馏塔的顶部提取增浓了二氧化碳的第二气体(27)并从所述蒸馏塔的槽提取增浓了所述挥发性较低的组分的第二液体(17)，v)使增浓了二氧化碳的第一气体和/或第二气体的至少一部分冷凝和/或从所述蒸馏塔的顶部提取增浓了二氧化碳的液体，并且vi)将冷凝气体的至少一部分(43)和/或增浓了二氧化碳的液体的至少一部分输送到所述容器上游的部位和/或输送到所述容器。2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述冷凝气体(43)的至少一部分和/或所述液体的至少一部分再循环到反应器(R)，从所述反应器中获得所述气体混合物。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将增浓了所述挥发性较低的组分的所述第二液体的至少一部分(25)再循环到反应器(R)，从所述反应器中获得所述气体混合物。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，分离增浓了所述挥发性较低的组分的第二液体(17)以形成贫含所述挥发性较低的组分的气体(51)和富含所述挥发性较低的组分的液体产物(49)，冷凝所述贫含气体并且使冷凝的贫含气体返回所述容器(9)。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，从所述容器(9)提取气体。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，使所述冷凝气体的至少一部分(45)和/或所述液体...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·格莱纳多斯，A·盖特纳，B·普拉萨德，J·E·托瓦尔拉莫斯，JP·特拉尼耶，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR