从进料气流中回收二氧化碳的方法技术

本发明专利技术的方法是从含低浓度ＣＯ↓［２］的冷入口进料气流中回收ＣＯ↓［２］，包括以下步骤。入口进料气流通过一个热交换器，由入口进料气流的压缩气流，以冷却该压缩气流。该压缩气流进一步冷却并压缩至高压，并送入蒸馏塔，在那里转变成含ＣＯ↓［２］的出口气体和高纯塔底液体ＣＯ↓［２］。膨胀第一部分塔底液体ＣＯ↓［２］，得到第一次冷却的液体ＣＯ↓［２］冷冻剂液流，然后它由出口气体蒸发，从中回收冷凝的ＣＯ↓［２］。然后该冷凝的ＣＯ↓［２］再引入蒸馏塔中。膨胀第二部分塔底液体ＣＯ↓［２］，得到第二次冷却的液体ＣＯ↓［２］冷冻剂物流，然后用它低温冷却输出的ＣＯ↓［２］产品。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
从进料气流中回收二氧化碳的方法专利
本专利技术涉及一种从含较低浓度的CO2的进料气流中回收二氧化碳(CO2)的方法，更具体地，涉及一种为在冷冻设备中再循环而回CO2的方法。专利技术背景在常规用CO2冷冻食品的过程中，从大约0°F和300psig的贮槽中得到液体CO2并注入冷冻机。当加压的液体CO2急剧降到大气压时，它生成固体CO2(“干冰”)和冷的蒸气CO2的混合物。固体CO2的升华和把蒸气CO2从升华温度(-109.3°F)加温到希望的冷冻机温度(通常在-100°F和-50°F之间)，为冷冻食品提供了需要的冷却。要冷冻的食品连续地在冷冻机的传送带上进进出出。加温到冷冻机的温度后，CO2的蒸气通过进出的开口，有时也通过排气管道离开冷冻机。食品的冷冻典型地要求液体CO2与食品的重量比为1∶1左右。因此，采用常规的冷冻方法会使大量CO2蒸气损失到大气中。例如，一个单个标准的螺旋形冷冻设备每年要消耗10,000吨CO2。CO2费用占了冷冻费用的大部分。从冷冻机中回收和使CO2再循环可以显著地降低食品冷冻的费用。此外，再循环可以产生环境效益，例如减少CO2向大气的排放和液体CO2的卡车运输。遗憾的是，对冷冻机的再循环来说，在常规商品装置中从气流中液化和纯化CO2的方法是不经济的。商品液体CO2典型地是从含有98％或更高浓度的CO2(所有CO2的浓度是以摩尔百分数给出的，以干燥物质为基础)工业副产品来源中生产的。相反，由于从冷冻机的开口中漏进空气，典型的食品冷冻机是在40-80％的CO2浓度下运行。排出的CO2蒸气典型地被房间里的空气进一步稀释去加热排出的气体和防止在排出气体系统中产生冰。常规液化和纯化方法中的CO2出口损失随进料气体中CO2浓度的减少而大大增加。这些损失使得经济地利用从典型的冷冻机中回收CO2的常规方法费用太高。可以改进冷冻机以减少空气漏入并向CO2再循环系统提供高浓度-->的CO2。然而，即使冷冻机中CO2浓度达到90％，常规的CO2液化和纯化方法仍有大约29％的损失，损失仍然太大，很不经济。为了在食品冷冻时液化和纯化从蒸气中回收的CO2，需要一种简单、经济和可靠的方法。为了经济，该方法基本上必须具有比常规方法更低的CO2损失。图1表示了生产液体CO2的常规方法。原料气源1是工业副产品，例如来自氨厂、石油精炼厂、或发酵池。原料气的性能不同，但是，为了采用常规方法时的经济效益，CO2浓度典型地要在95％以上。原料气典型地在环境温度或高于环境温度下得到，并经常被水饱和。为示范起见，假定图1中原料气1在20psia和90°F下含98％的CO2。气体通过热交换器2由氨致冷剂冷却至50°F。其结果使水从气体中冷凝，并在分离器4中除去。冷却后的气流5被压缩机6压缩至75psia，压缩热在热交换器8中被带走。从交换器8出来的气流9被冷却至95°F，使冷凝水在分离器10中分离。气流11被压缩机12压缩至大约315psia(气流13)，在热交换器14中冷却至50°F，并作为气流15加到分离器16中，在那里分离冷凝水。冷却后的气流17被吸附干燥器18处理，进一步除水后达到低的露点，典型地在-80°F左右。干燥器以周期性交替的方式操作，一个床在操作，另一个床再生。用干燥的气流19为CO2纯化塔20的重沸器加热。离开重沸器的干燥气流21接近CO2冷凝的露点。干燥气21在交换器22中在-5°F由氨致冷剂部分地冷凝，为塔20提供一个两相进料流23。纯化塔20是一个蒸馏塔，对于本领域的技术人员来说是熟知的设计。典型地，蒸馏塔20是一个填充塔，虽然也可以采用其它类型的蒸馏塔设计。随着液体CO2延塔向下流动，它的纯度愈加增高，从塔塔底流出的高纯度液流27，典型地为99.9％的CO2。蒸气流24从塔顶出来，并含有原料气进料中所有的不凝部分，例如甲烷、氢、氮等气体。这个出口气流中的一些CO2含量在交换器25中由氨致冷剂被冷凝出来，产生的CO2液体作为回流液又流回塔20。最后的出口气流26排放到大气中。CO2液体流27在交换器28中由氨致冷剂经常被低温冷却到-20°F,305psia。这种低温冷却允许生产厂使用低压容器，并在用泵抽-->出时使液体的蒸发减至最少。送到用户所在地后，液体CO2以295-305psig(310-320psia),0.8-2.7°F的饱和液体贮存。为简化起见，用户所在地的贮存条件定为300psig、0°F。原料气源的不同性质要求上述常规方法有许多变化。可能不需要一些除水的分离步骤，或许原料和温度与实例不同。同样地，为了除去如烃或硫化物这类污染物，常常需要增加另外的单元操作。采用的冷却剂通常是氨或冷却水，或是两者的结合，这取决于特定交换器的温度范围。此外，采用了如烃和含氯氟烃等其它冷却剂。未在图1中显示的是氨致冷的另一个实用方法，典型地提供不同压力范围的液态氨，以提供25°F到100°F的冷冻。这个方法的设计在本领域是熟知的，它广泛应用于生产CO2和许多其它工业和商业的流程。用-25°F的氨致冷使CO2液化的常规方法，CO2的损失随着原料气纯度降低而增加。假定氨致冷是在1psig,-25°F吸入，5°F进入冷凝器，典型的常规系统可以保持低至-20°F的出口冷凝器温度。-20°F的出口冷凝器温度产生CO2的出口组成是73％。对于98％CO2进料的典型商品装置来说，正如图2中-20°F的温度线所示，必须把损失限制在CO2进料含量的5.5％。然而，如果进料是从冷冻机中在90％CO2时回收的蒸气，常规方法的出口损失将达30％。因而，这些损失使得再循环从使用CO2冷冻食品回收的蒸气的常规方法很不经济。增加塔子压力或降低冷凝温度可能减少出口冷凝器中CO2的损失。正如Kirshnamurthy等人在U.S.P.4,952,223中所提到，增加压力有缺点，包括增加动力消耗、减少产品质量和生成CO2和O2的共沸混合物的可能。较高的压力也会增加设备的费用。降低出口冷凝器的温度是最好的解决办法。图3表示了在90％CO2进料气流的情况下(从冷冻机回收的典型蒸气，它被用作以下公开的专利技术的进料)，出口损失(在塔出口气流中，进料气流CO2含量损失的百分数)与出口冷凝器温度的关系。如图3所示，常规冷凝器的温度为-20°F时，出口冷凝器的损失对于90％CO2进料气流是30％，但是，温度降到-50°F时，损失只有8.3％。损失率低于10％都不会妨碍系统实现经济运行，这是许多商品CO2装置的-->典型情况。图2也表示其它进料浓度在-50°F的出口冷凝器温度下所能达到的降低了的损失率。为达到低于-20°F的出口冷凝器温度，在常规设计中要求氨致冷系统在真空下操作。真空操作是不希望的，它会引起一些问题，如空气漏入氨系统、较大尺寸的蒸气管道、较高的动力需求和润滑问题。这些问题增加设备和运行费用，并降低可靠性。为降低出口温度，可以用其它冷冻剂，如含氯氟烃代替氨。但是，采用这些替代冷冻剂的冷冻系统十分昂贵，当用于CO2液化时，可能还有操作问题和环境问题。为了在食品冷冻中再循环CO2，已经采用了常规的CO2液化方法，仅管在经济上并不成功。Duron等人的“Reliquefies CO2 ForCryogenic Freezing,Food Eng本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种回收来自含低浓度ＣＯ↓［２］的入口进料气流中的ＣＯ↓［２］的方法，包含的步骤是：ａ．把入口进料气流压缩到高压，并冷却压缩后的气流；ｂ．把在步骤ａ）中压缩后的进料气流送入蒸馏塔，其中进料气流转变成含有ＣＯ↓［２］的出口气体和高纯度 的塔底ＣＯ↓［２］液体；ｃ．使一部分高纯度的塔底ＣＯ↓［２］液体膨胀，获得冷却的ＣＯ↓［２］液体冷冻剂流；ｄ．通过热交换器由冷却的液体ＣＯ↓［２］冷冻剂冷凝来自该出口气体中的ＣＯ↓［２］，并把冷凝后的ＣＯ↓［２］再送入蒸馏塔；其 中高纯度的塔底ＣＯ↓［２］液体的保留部分形成液体ＣＯ↓［２］产品流出物流。

【技术特征摘要】
US 1998-6-8 09/0929341．一种回收来自含低浓度CO2的入口进料气流中的CO2的方法，包含的步骤是：a．把入口进料气流压缩到高压，并冷却压缩后的气流；b．把在步骤a)中压缩后的进料气流送入蒸馏塔，其中进料气流转变成含有CO2的出口气体和高纯度的塔底CO2液体；c．使一部分高纯度的塔底CO2液体膨胀，获得冷却的CO2液体冷冻剂流；d．通过热交换器由冷却的液体CO2冷冻剂冷凝来自该出口气体中的CO2，并把冷凝后的CO2再送入蒸馏塔；其中高纯度的塔底CO2液体的保留部分形成液体CO2产品流出物流。2．权利要求1的方法，其中包括以下附加步骤：e．通过热交换器由冷却后的液体CO2冷冻剂，低温冷却高纯度的塔底CO2液体。3．权利要求1的方法，其中包括以下附加步骤：e．在冷凝步骤d之后，使该液流经受步骤a-d，再循环CO2冷冻剂的物流。4．权利要求3的...

【专利技术属性】
技术研发人员：RA诺瓦克，G朗，E洛萨诺，B哈格斯特罗姆，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]