从气态二氧化碳流中去除各种污染物的方法技术

用于从二氧化碳中除去痕量（ｐｐｍ水平）烃和硫化合物的系统，它包括采用耐硫催化氧化系统，该催化氧化系统将各种污染物氧化成二氧化碳、水和二氧化硫，然后通过吸附和／或吸收技术将其去除。本系统可用于二氧化碳生产设施以及用户的现场二氧化碳提纯。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
二氧化碳提纯系统本专利技术涉及从二氧化碳气流中去除痕量烃和硫化合物的方法。更具体地说，本专利技术涉及通过采用耐硫的催化氧化系统从二氧化碳气流中去除烃和硫化合物的方法。二氧化碳具有各种不同的应用，许多应用都要求二氧化碳不含杂质。然而，从天然来源(如油井)中或是通过工业生产(如通过发酵的方法或通过蒸汽/甲烷还原移动(shift)制造H2的方法)获得的二氧化碳通常都含有痕量的各种杂质。根据应用范围的不同，对于CO2的技术指标随不同的用户而异。如在食品或饮料工业中的应用对于某些污染化合物的技术指标比在通常的未精制气流中的浓度有着更严格的要求。因此，工业生产的二氧化碳可能含有各种需要除去以获得满足用户技术指标的液体产品的杂质。由于这些必须去除的杂质的浓度较低(即ppb)以及这些杂质在CO2气流中的变化性，因此对于CO2生产提纯系统而言，去除各种杂质如还原的硫化合物(如硫化氢、硫化羰、二硫化碳和硫醇)及某些烃(如苯、乙醛)存在相当大的挑战性。除了CO2生产提纯外，二氧化碳用户可能拥有并操作其自己的CO2贮存槽，并从各种供应渠道得到他们所需的二氧化碳。因此，CO2提纯对于需要将其CO2供应品净化到其所需的纯度要求并同时提供能防止杂质发生偶然的的变化和/或杂质的浓度和/或防止在输送环节上发生污染的质量保证的用户而言也存在挑战性。各种从二氧化碳中去除杂质的提纯方法在本领域中是公知的。更具体地说，对于CO2生产设施而言，通常采用两种不同的提纯方案。第一种方案是将粗制的CO2气流进行压缩并去除任何游离(液体)水-->分。然后使CO2进入除硫步骤。在该步骤中，使含有还原硫化合物的CO2与金属氧化物(如FeO、ZnO、CuO或这些氧化物的混合物)进行接触，硫化合物在此与金属发生反应，生成金属硫化物和水蒸汽。金属氧化物材料被消耗并定时(通常为数月或数年)进行更换以确保硫能得到去除。离开除硫步骤的CO2气流现进入催化氧化系统以除去烃。在该系统中，将氧(如果进料中存在的氧不足时)以空气、PSA氧或汽化的液氧的形式注入，将气流的温度提高至约600-750°F，并通过贵金属催化剂(钯或铂)。烃与氧反应生成二氧化碳和水蒸汽。由于通常所使用的催化剂能被还原态的硫所中毒或污损，因此该置换步骤一般都在除硫单元之后。通过换热器将离开催化氧化系统的CO2气进行冷却，通过水分离器除去任何液态水。将CO2气流导入到热转换干燥器中除去水蒸汽。将已经不含各种杂质的CO2气流送入CO2气提塔/液化器系统，在其中将CO2液化并从各种不可冷凝的杂质(如N2、O2和CH4)中分离出来。在第二种通常的CO2生产设施提纯方案中，重新将粗制的CO2气流压缩并除去任何游离(液体)水分。然后CO2进入除硫步骤。在该步骤中，使含有还原硫化合物的CO2与金属氧化物(如FeO、ZnO、CuO或这些氧化物的混合物)进行接触，硫化合物在此与金属发生反应，生成金属硫化物和水蒸汽。金属氧化物材料被消耗并定时(通常为数月或数年)进行转移以确保硫能得到去除。除硫后，通过换热器使存在于该步骤中的CO2气流得到冷却，并在水分离器中除去任何游离水分。现将CO2气流导入到活性炭床，在其中通过物理吸附将烃从CO2中除去。应注意的是，在一般的条件下，活性炭对于去除较重的烃如苯、甲苯、乙醇、甲醇是有效的，但在去除其它各种烃(如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙醛、氯乙烯和环氧乙烷)上则无法达到所需的技术指标的水平。在CO2气流离开活性炭吸附系统后将其干燥、液化并从各种不可冷凝物中分离出来。对于使用其自有的CO2贮存设施进行操作的用户而言，一般的二-->氧化碳提纯方案包括首先将液体CO2流导入到电加热器中使其汽化，并将压力调节至用户的供应压力(25-150psig)。然后该气体流过活性炭床，在其中通过物理吸附将烃从CO2中分离出来。CO2气流进入用户的供应管线，并输送至各使用点。同时也应注意的是，在一般的条件(～70°F,100psig)下，活性炭无法有效地将几种烃(如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙醛、氯乙烯和环氧乙烷)去除至所要求的技术指标的水平。硫化氢和硫化羰也无法去除至所要求的产品技术指标。催化氧化法已广泛用于破坏废气流中的各种挥发性有机烃(VOCs)和有气味的化合物，而其它的催化氧化系统如Katasulf、North Thames Gas Board和Soda Iron，一直采用(在历史上)各种方法从废气流中除去硫化氢和有机硫化物。例如Cordonna等人的美国专利第5,061,464号描述了能够氧化硫和一氧化碳的耐硫铂族金属催化剂。Deeba等人在美国专利第5,145,285号中描述了位于耐硫的二氧化钛或氧化锆载体上的铂。据报道该催化剂极其适用于处理汽车尾气和来自利用废热发电的工厂(co-generation plant)的废气。在Cordonna和Deeba等人所述的方法中，所产生的硫的氧化物、二氧化碳、水分、氮气和氧气都排放至大气中，没有尝试通过将各种杂质从基体气体(base gas)中去除来生产高纯度的可用产品。Matros等人在美国专利第5,658,541号中描述了用于将挥发性的二价硫化合物从废气中除去的方法和装置。在该方法中挥发性有机化合物也能得到去除(转化成二氧化碳和水蒸汽)。来自燃烧过程中的所产生的硫氧化物通过吸收或吸附而被去除。剩余的各种废气如氮气、氧气、二氧化碳和水蒸汽被排放至大气中。此外，在Matros所描述的方法中，允许亚硫酸盐和硫酸盐聚集在催化剂上。通过将催化剂床的温度升高至再活化温度(此时各种硫盐将分解成硫的氧化物并从催化剂床中清除出去)而定时将这些-->盐除去。该方法也采用了由位于催化剂床每一侧的陶瓷材料组成的交流换热器。定时地将通过催化剂床的流动方向反转以补偿被陶瓷材料所吸收的热。同时，当床的温度提高到催化剂的再活化温度时，任何聚集在该材料上(在低的氧化温度下)的任何亚硫酸盐或硫酸盐将被“烧掉”。因此，需要提供一种从二氧化碳气流中除去痕量烃和硫化合物的有效及高效的方法。特别是需要提供同时可用于二氧化碳生产设施和CO2用户现场提纯CO2的这样一种方法。现已开发出一种改进的碳气流的提纯方法。该新的系统能有效地去除各种杂质如各种还原硫化合物和大多数烃，并包括采用单一的耐硫催化氧化步骤以氧化各种污染物，并将其转化成随后通过吸附/吸收技术得以除去的副产物。用户对于CO2生产商所要求的一般食品与饮料级二氧化碳的技术指标列举于下表A中。表A杂质技术指标测定(纯度)99.90％水20ppm总烃(以甲烷计)20ppm不饱和烃5ppm氧30ppm氮100ppm一氧化碳10ppm硫化氢0.1ppm硫化羰0.3ppm二氧化硫1ppm二硫化碳0.2ppm-->硫醇0.3ppm苯0.02ppm二氧化氮和氧化氮1ppm乙醇10ppm甲醇10ppm乙醛0.2ppm环氧乙烷1ppm氯乙烯1ppm当通过催化氧化法将各种烃(如苯和乙醛)转化成CO2时，存在于CO2气流中的各种硫化合物(如硫化氢、二硫化碳、硫化羰和硫醇)与氧发生反应，根据下表B中所报道的各反应生成其各自的燃烧产物：表B硫化合物污染物氧化反应硫化氢2H2S+3O2→2SO2+2H2O二硫化碳CS2+3O2→2SO2+CO2硫化羰2CO本文档来自技高网...

【技术保护点】
从气态二氧化碳流中去除各种污染物的方法，它包括： 将二氧化碳流与能使各种烃和硫化合物转化成其各自的氧化物金属氧化催化剂进行接触； 通过吸附或吸收技术除去硫的氧化物；和 回收二氧化碳产品。

【技术特征摘要】
US 1998-4-24 09/0654401．从气态二氧化碳流中去除各种污染物的方法，它包括：将二氧化碳流与能使各种烃和硫化合物转化成其各自的氧化物金属氧化催化剂进行接触；通过吸附或吸收技术除去硫的氧化物；和回收二氧化碳产品。2．权利要求1的方法，它包括将硫含量约为100-约5000ppm的二氧化碳流在催化氧化后与能去除二氧化硫的吸收剂及能从该流中去除水分的吸附剂进行接触。3．权利要求1的方法，它包括将硫含量约为1-约100ppm的二氧化碳流在催化氧化后与能从该流中去除二氧化硫和水分的吸附剂进行接触。4．权利要求1的方法，它包括将二氧化碳流与包括选自铂、钯、钒、镍及其各种组合物的金属催化剂的氧化催化剂进行接触。5．从气态二氧化碳气流中除去各种污染物的方法，它包括：使二氧化碳流与选自铂和钯的耐硫金属氧化催化剂在约375-约500℃的温度下以及在约250psig...

【专利技术属性】
技术研发人员：CJ黑姆，A古普塔，
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]