二氧化碳的纯化制造技术

通过方法从粗二氧化碳除去挥发性低于二氧化碳的杂质，例如硫化氢，所述方法包括在超大气压下运行的蒸馏塔系统中蒸馏所述粗二氧化碳以生产二氧化碳富集的塔顶蒸气和富含所述杂质的塔底液体。其中所述方法包括单一热泵循环，当通过至少部分汽化位于或取自塔系统中间位置的液体使蒸馏塔系统再沸时，实现显著的功耗节约。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术涉及用于二氧化碳纯化的方法和设备。特别地，本专利技术涉及在低于环境的温度和超大气压下通过蒸馏从包含至少一种挥发性低于二氧化碳的杂质的粗二氧化碳除去至少一种这样的杂质。本专利技术对于从二氧化碳除去硫化氢具有特别的应用。来自天然存在的二氧化碳来源，比如天然二氧化碳田和天然气矿床，的二氧化碳在世界某些区域用于增强的石油采收(EOR)。这些来源中的一些含有硫化氢，它对于管道输送来说是不期望的，因为硫化氢在水的存在下具有毒性和腐蚀性。另外，在通过EOR方法提取的原油中引入硫化氢是不期望的。从二氧化碳除去硫化氢的方法是已知的。例如，US3417572A(Pryor,1968)公开了处理包含二氧化碳和硫化氢的富氢气体的方法。将硫化氢和二氧化碳冷凝并从富氢气体分离。随后将冷凝的气体进料至蒸馏塔，分离成基本上不含硫化氢的二氧化碳塔顶蒸气和含有至少10vol.%硫化氢的塔底液体。经分离的富氢气体经净化以除去任何残余的二氧化碳和硫化氢，所述残余的二氧化碳和硫化氢随后也进料至蒸馏塔。塔顶蒸气使用丙烷制冷剂的外部封闭循环冷凝，而塔底液体使用过程冷却水再沸。蒸馏塔具有100个塔板并在约590psia(~41bar)运行使得塔顶温度为42℉(~6℃)和塔底温度为约45℉(~7℃)。US3643451A(Foucar,1972)公开了从酸气体的浓缩低压混合物生产高纯度，高压二氧化碳的方法。将气态混合物压缩，冷却和冷凝并进料至蒸馏塔，其中将它分离成高纯度(至少99.95%)二氧化碳塔顶蒸气和含有冷凝的含硫气体的塔底液体。塔顶蒸气使用氨制冷剂的外部封闭循环来冷凝，用于冷却和冷凝进料的制冷负荷通过汽化塔底液体、二氧化碳塔顶液体和外部制冷剂来提供。蒸馏塔系统在约300-350psia(~21-24bar)运行，使得塔顶温度为-5至-10℉(~-21至-24℃)且塔底温度为40-70℉(~5-21℃)。在实施例中产生97%硫化氢的塔底产物。WO81/02291A(Schuftan,1981)公开了分离气体混合物的方法，所述气体混合物包含二氧化碳，至少一种沸点低于二氧化碳的气体和至少一种沸点高于二氧化碳的杂质(典型地为硫化氢)。在第一塔中将气体混合物冷却并蒸馏成不含杂质的产物气体和含有杂质的液体馏分。纯二氧化碳在第二蒸馏塔中获得，所述第二蒸馏塔稍高于二氧化碳的三相点压力(~518kPa)运行。来自第一塔的液体产物在中间压力下闪蒸以除去溶解的轻杂质，然后进一步减压和蒸发，然后作为蒸气进料至第二塔。二氧化碳塔顶蒸气事实上不含杂质，而塔底液体馏分富含杂质，典型地含有硫化合物(主要是硫化氢)，纯度最多50vol.%。回流和再沸通过热泵循环实现，所述热泵循环使用纯化的二氧化碳作为工作流体。工作流体通过压缩机，换热器和浸入塔底液体的再沸器，其中将它冷凝然后回料至塔顶作为回流。实质上纯的二氧化碳产物在紧邻压缩机上游从循环中的二氧化碳取出，压力为约5atm且接近环境温度。专利技术概述本专利技术优选实施方案的目的是减少蒸馏过程能耗，所述蒸馏过程用于从粗二氧化碳除去较低挥发性杂质比如硫化氢，所述蒸馏过程包括热泵循环来提供再沸负荷。根据本专利技术第一方面，提供纯化粗二氧化碳的方法，所述粗二氧化碳包含至少一种挥发性低于二氧化碳的杂质，所述方法包含将低于环境的温度下的粗二氧化碳进料进料至在超大气压下运行的蒸馏塔系统，分离以产生二氧化碳富集的塔顶蒸气和富含所述至少一种杂质的塔底液体；提供二氧化碳富集的液体作为蒸馏塔系统的回流；通过间接热交换至少部分再沸一部分塔底液体以提供蒸气用于蒸馏塔系统；从蒸馏塔系统除去二氧化碳富集的塔顶蒸气；和从蒸馏塔系统除去另一部分塔底液体或衍生自塔底液体的液体。蒸馏塔系统的再沸负荷至少部分通过相对于来自至少一个热泵循环的再循环流体的间接热交换提供，所述热泵循环使用来自蒸馏塔系统的含二氧化碳流体作为工作流体。至少一个再循环流体具有和其它再循环流体不同的压力。在优选的实施方案中，来自蒸馏塔中间位置的液体通过间接热交换至少部分再沸，优选相对于至少一个所述再循环流体进行间接热交换，以提供另外的蒸气用于所述蒸馏塔。本专利技术的第一方面包括一种方法，所述方法包含将低于环境的温度下的粗二氧化碳进料进料至在超大气压下运行的蒸馏塔系统，分离以产生二氧化碳富集的塔顶蒸气和富含所述至少一种杂质的塔底液体；从蒸馏塔系统除去二氧化碳富集的塔顶蒸气并通过间接热交换温热至少一部分二氧化碳富集的塔顶蒸气以产生温热的二氧化碳富集的气体；压缩包含温热的二氧化碳富集的气体的第一工作流体以产生至少一种压缩的二氧化碳富集的气体；通过间接热交换冷却和至少部分冷凝作为第一再循环流体的至少一部分压缩的二氧化碳富集的气体以产生二氧化碳富集的流体；膨胀二氧化碳富集的流体以产生膨胀的二氧化碳富集的流体并将膨胀的二氧化碳富集的流体进料至所述蒸馏塔系统，将其至少一部分用作回流；压缩包含来自所述蒸馏塔系统的富含二氧化碳的气体的第二工作流体以产生至少一个第二再循环流体；通过间接热交换冷却和任选冷凝至少一部分第二再循环流体以产生冷却的富含二氧化碳的流体；按需膨胀后，将至少一部分冷却的富含二氧化碳的流体进料至蒸馏塔系统；通过间接热交换至少部分再沸一部分塔底液体以产生蒸气用于蒸馏塔系统；和从蒸馏塔系统除去另一部分的塔底液体或衍生自塔底液体的液体。蒸馏塔系统的再沸负荷至少部分通过相对于第一和第二再循环流体的间接热交换提供，第一再循环流体具有和第二再循环流体不同的压力。在一些优选的实施方案中，将压缩的二氧化碳富集的气体分成至少第一部分和第二部分，其中第一部分为第一再循环流体，且其中第二部分为用于压缩以产生第二再循环流体的富含二氧化碳的气体。在其它优选的实施方案中，从蒸馏塔系统的中间位置除去富含二氧化碳的蒸气并通过间接热交换温热以产生富含二氧化碳的气体，其用于压缩以产生第二再循环流体。优选地，来自所述蒸馏塔系统中间位置的液体通过间接热交换至少部分再沸以提供另外的蒸气用于所述蒸馏塔系统。本专利技术的第一方面也包括一种方法，所述方法包含将低于环境的温度下的粗二氧化碳进料进料至在超大气压下运行的蒸馏塔系统，分离以产生二氧化碳富集的塔顶蒸气和富含所述至少一种杂质的塔底液体；通过间接热交换冷凝一部分二氧化碳富集的塔顶蒸气以提供蒸馏塔系统的回流；从所述蒸馏系统除去另一部分二氧化碳富集的塔顶蒸气；从蒸馏塔系统的中间位置除去富含二氧化碳的液体并将液体膨胀以产生膨胀的富含二氧化碳的液体；通过间接热交换温热和蒸发膨胀的富含二氧化碳的液体以提供温热的富含二氧化碳的气体；压缩包含温热的富含二氧化碳的气体的工作流体以产生至少一种压缩的富含二氧化碳的气体作为第一再循环流体和至少一种进一步压缩的富含二氧化碳的气体作为第二再循环流体；通过间接热交换冷却和任选至少部分冷凝第一再循环流体以产生冷却的第一富含二氧化碳的流体；将冷却的第一富含二氧化碳的流体和粗二氧化碳流体组合以产生粗二氧化碳进料用于蒸馏塔系统；通过间接热交换冷却和至少部分冷凝第二再循环流体以产生冷却的第二富含二氧化碳的流体；膨胀冷却的第二富含二氧化碳的流体以产生膨胀的富含二氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
纯化粗二氧化碳的方法，所述粗二氧化碳包含至少一种挥发性低于二氧化碳的杂质，所述方法包含：将粗二氧化碳进料至在超大气压下运行的蒸馏塔系统，分离以产生二氧化碳富集的塔顶蒸气和富含所述至少一种杂质的塔底液体；提供二氧化碳富集的液体作为所述蒸馏塔系统的回流；通过间接热交换，通过至少部分汽化杂质富集的塔底液体和位于或取自所述蒸馏塔系统中间位置的至少一种中间液体使所述蒸馏塔系统再沸，以提供蒸气用于所述蒸馏塔系统；从所述蒸馏塔系统除去二氧化碳富集的塔顶蒸气；和从所述蒸馏塔系统除去杂质富集的塔底液体或衍生自杂质富集的塔底液体的液体，其中所述方法包含热泵循环，所述热泵循环使用来自所述蒸馏塔系统的含二氧化碳流体作为工作流体；和其中所述中间液体或至少一种所述中间液体通过相对于来自所述蒸馏塔系统的二氧化碳富集的塔顶蒸气的所述间接热交换而至少部分汽化，从而至少部分冷凝所述二氧化碳富集的塔顶蒸气。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.纯化粗二氧化碳的方法，所述粗二氧化碳包含至少一种挥发性低于二氧化碳的杂质，所述方法包含：
将粗二氧化碳进料至在超大气压下运行的蒸馏塔系统，分离以产生二氧化碳富集的塔顶蒸气和富含所述至少一种杂质的塔底液体；
提供二氧化碳富集的液体作为所述蒸馏塔系统的回流；
通过间接热交换，通过至少部分汽化杂质富集的塔底液体和位于或取自所述蒸馏塔系统中间位置的至少一种中间液体使所述蒸馏塔系统再沸，以提供蒸气用于所述蒸馏塔系统；
从所述蒸馏塔系统除去二氧化碳富集的塔顶蒸气；和
从所述蒸馏塔系统除去杂质富集的塔底液体或衍生自杂质富集的塔底液体的液体，
其中所述方法包含热泵循环，所述热泵循环使用来自所述蒸馏塔系统的含二氧化碳流体作为工作流体；和
其中所述中间液体或至少一种所述中间液体通过相对于来自所述蒸馏塔系统的二氧化碳富集的塔顶蒸气的所述间接热交换而至少部分汽化，从而至少部分冷凝所述二氧化碳富集的塔顶蒸气。
2.根据权利要求1的方法，其中所述中间液体或至少一种中间液体富集所述挥发性低的杂质或每种挥发性低的杂质。
3.根据权利要求1的方法，其中所述热泵循环包含：
通过间接热交换任选至少部分汽化来自所述蒸馏塔系统的所述含二氧化碳工作流体后，通过间接热交换温热所述含二氧化碳工作流体以产生温热的含二氧化碳气体；
压缩所述温热的含二氧化碳气体以形成压缩的含二氧化碳再循环气体；
通过间接热交换冷却并任选至少部分冷凝所述压缩的含二氧化碳再循环气体以产生冷却的含二氧化碳再循环流体；和
再循环至少一部分所述冷却的含二氧化碳再循环流体至所述蒸馏塔系统，
其中，或者在所述任选的汽化和温热以产生所述温热的含二氧化碳气体之前，或者在所述冷却和任选至少部分冷凝以产生所述冷却的含二氧化碳再循环流体之后，在再循环所述冷却的含二氧化碳再循环流体至所述蒸馏塔系统之前，所述工作流体按需膨胀。
4.根据权利要求3的方法，其中所述压缩的含二氧化碳气体的压力为约15bar至约60bar。
5.根据权利要求3的方法，其中冷却和任选至少部分冷凝所述压缩的含二氧化碳再循环气体所需的至少一部分负荷由至少一个“冷”过程流提供。
6.根据权利要求5的方法，其中所述“冷”过程流是来自所述蒸馏塔系统的中间液体。
7.根据权利要求3的方法，其中所述含二氧化碳工作流体是来自所述蒸馏塔系统的所述二氧化碳富集的塔顶蒸气。
8.根据权利要求7的方法，其中在所述压缩后，当通过所述间接热交换冷却时，所述工作流体至少部分冷凝，以产生至少部分冷凝的二氧化碳富集的再循环流体，用于在膨胀后作为所述回流再循环至所述蒸馏塔系统。
9.根据权利要求1的方法，其中所述工作流体是二氧化碳富集的塔顶蒸气，所述热泵循环包含：
通过间接热交换温热所述二氧化碳富集的塔顶蒸气以产生温热的二氧化碳富集的气体；
压缩所述二氧化碳富集的气体以产生压缩的二氧化碳富集的再循环气体；
使用所述压缩的二氧化碳富集的再循环气体来提供汽化所述中间液体所需的至少一部分再沸负荷，从而冷却和冷凝所述压缩的二氧化碳富集的再循环气体以产生二氧化碳富集的液体；
膨胀所述二氧化碳富集的液体以产生膨胀的二氧化碳富集的液体；和
使用至少一部分所述膨胀的二氧化碳富集的液体以向所述蒸馏塔系统提供所述回流。
10.根据权利要求3的方法，其中所述含二氧化碳工作流体是来自所述蒸馏塔系统的所述中间液体。
11.根据权利要求10的方法，其中所述冷凝的二氧化碳富集的塔顶蒸气是向所述蒸馏塔系统提供所述回流的所述二氧化碳富集的液体。
12.根据权利要求10的方法，其中在所述汽化和温热以产生中间气体用于所述压缩之前，所述工作流体膨胀。
13.根据权利要求10的方法，其中汽化所述中间液体所需的至少一部分负荷由所述二氧化碳富集的塔顶蒸气提供。
14.根据权利要求1的方法，其中所述工作流体是来自所述蒸馏塔系统的中间液体，所述热泵循环包含：
膨胀所述中间液体以产生膨胀的中间液体；
通过相对于所述二氧化碳富集的塔顶蒸气的间接热交换来汽化所述膨胀的中间液体以产生中间气体和冷凝的二氧化碳富集的塔顶蒸气；
压缩所述中间气体以产生压缩的中间再循环气体；
通过间接热交换冷却所述压缩的中间再循环气体以产生冷却的中间再循环气体；和
将所述冷却的中间再循环气体进料至所述蒸馏塔系统，其中所述冷凝的二氧化碳富集的塔顶蒸气至少部分用作向所述蒸馏塔系统提供所述回流的所述二氧化碳富集的液体。
15.根据权利要求14的方法，其中通过间接热交换温热所述中间气体以产生温热的中间气体，然后压缩。
16.根据权利要求1的方法，其中将一部分所述工作流体从所述方法吹扫。
17.根据权利要求1的方法，其中所述蒸馏塔系统的所述回流通过来自所述热泵循环的至少一个冷凝的再循环流体在合适的减压后提供。
18.根据权利要求1的方法，其中冷却和至少部分冷凝来自所述热泵循环的至少一个再循环流体所需的制冷负荷通过相对于至少一个“冷”过程流的间接热交换提供。
19.根据权利要求1的方法，其中所述粗二氧化碳是衍生自二氧化碳的天然来源的粗二氧化碳流体且在进料至所述蒸馏塔系统之前膨胀。
20.根据权利要求19的方法，其中，在所述膨胀之前，所述粗二氧化碳流体处于超临界压力和亚临...

【专利技术属性】
技术研发人员：P希金博萨姆，JE帕拉马拉，GH古维利奥卢，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：美国;US