气体流纯化设备和方法技术

提供了用于从气体流去除污染物的设备和方法，其包括(a)将气体流引入洗涤器的反应室；(b)在用于提供氧化溶液的洗涤器的贮槽中用活性物质氧化液相的第一污染物；(c)氧化贮槽上方的气体流的气相的第二污染物；(d)氧化和洗涤设置在气体流上方的气液接触组件中的第三污染物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】说明书
技术介绍
本专利技术的设备和方法的实施例涉及用于在化学、医药和饮料用途中使用的诸如二 氧化碳的气体的纯化。用于二氧化碳(CO2)回收的已知方法利用一系列吸收和吸附步骤从原料气去除杂 质。原料气流通常是来自其中CO2是重要的副产物的过程的废物流。原料气流还包含杂质， 该杂质不合乎最终产品的需要并且必须通过纯化方法去除。原料气流源于包括例如氨生 产、肥料生产、发酵和燃烧过程的制造活动。原料气流包括杂质，该杂质不适用于使用CO2的一些工业，包括药物生产、饮料的 碳酸化和食品加工。这样的杂质包括硫化合物、诸如芳香烃和脂肪烃的挥发性有机化合物、 有气味化合物(包括但不限于硫化氢(H2S)、硫化羰(COS)、二甲基硫醚(DMS)、硫醇)、重金 属、颗粒物和氮氧化物等。杂质的种类和浓度随产生原料气的过程而变化。例如，发酵过程 产生醇，即一种挥发性烃。燃烧过程可能在源自用于燃烧的燃料的原料气中产生硫。这些 杂质必须被减小到最终用途可接受的浓度；特别是对于饮料、食品和药物应用来说，其中法 规和自愿性标准(regulatory and voluntary guidelines)规定了杂质的最大容许浓度。 这些杂质中的一些即使在以低于法规、强制性或自愿性标准(regulatory, mandatory or voluntary guidelines)的量存在时有时也是根本不期望的,例如赋予饮料味道或其中CO2 用于与药品直接接触的杂质。在采购CO2以用于加工和用于使用验收时，还存在由顾客自 己强加的偏好。因此，生产者被迫继续推动CO2的质量改善。常规的CO2生产设施使用一系列步骤浓缩和纯化CO2产品。所有普通杂质需要特 定的处理以便从原料气流中去除。一些杂质非常易溶于水并且可在湿式洗涤器中使用利用 水或苛性碱溶液的吸收而去除。其它杂质可使用吸附而去除，其中，杂质结合到表面或表面 上的化学组分或保持在吸附剂材料的孔中。通过在再生步骤期间使用加热或变压，这些过 程中的一些是可逆的。其它过程材料不能容易地再生，因此吸附剂在达到其饱和极限时必 须被牺牲。由于更换材料的费用和由维修材料床所需的停产造成的机会成本，这对CO2生 产设施造成负担。牺牲床还对引入的杂质的浓度非常敏感，因为其具有有限的保持杂质的 能力。在图1中示出已知的CO2纯化和生产过程。所述过程的阶段包括提供来自生产过 程的CO2原料气；压缩前清洗阶段，其中通过在低压下的水洗、含水碱性洗涤和使用高锰酸 钾(KMnO4)的氧化洗涤来完成CO2原料气的初级清洁。根据原料气的来源和气体中的杂质， 可能不需要所有三种类型的洗涤。杂质的压缩后清洗阶段主要通过吸附过程进行，所处理的杂质的浓度比压缩前阶 段低得多。图2示出发生在图1的压缩前清洗阶段中的已知原料气洗涤的布置。诸如图1的吸收过程提供了去除诸如醇、醛、硫化合物等的大部分可溶杂质的不太昂贵的方式。使用诸如高锰酸钾(KMnO4)的化学试剂，诸如氮氧化物(NOx)的微溶杂质被 氧化和去除。然而，由于杂质的低溶解度和消耗的洗涤介质的低容许清扫(low allowable purge)，吸收过程的有效性有时是有限的。为了处理增加的杂质含量，压缩前阶段的稳健和 可靠的性能在维持产品质量和下游纯化阶段的有效性方面是至关重要的。如图1所示，在压缩前阶段中，通过湿式洗涤(吸收过程)来完成CO2原料气的初级 清洁。湿式洗涤的初级清洁通过使用一个或多个使用一种或多种试剂的洗涤塔来完成。通常，包含CO2的原料气流首先以用于直接接触的顺流或逆流方式与水接触。水 充当洗涤剂，溶解可溶杂质并带走废物流中的颗粒。该步骤在直流模式下需要大量的清洗 水并且生成大量必须处理的液体流出物流。如果水洗流在闭环中再循环，那么杂质的浓度 逐渐地增大并且去除效率降低。当洗涤器水已吸收所有的杂质时，称之为饱和。饱和的水 必须从洗涤器排掉并用干净的水替换，以便去除更多的杂质。在再循环系统中，水始终为部 分饱和的，因此，必须在新鲜补给水和离开洗涤器的CO2中的杂质的浓度之间进行很好的平 衡。在水洗中去除的典型的杂质为例如乙醛、醇、酮、氨和氯化氢(HCl)。为了去除酸性物(杂质)，在水洗洗涤器的下游使用苛性/钠基水洗涤器。碳酸钠 (Na2CO3)或氢氧化钠(NaOH)被计量加入含水再循环介质中以保持微碱性。诸如二氧化硫 (SO2)和HCl的酸性杂质连同一些硫化氢(H2S)和CO2 —起通过湿式碱性洗涤而去除以形成 水溶性化合物。高锰酸钾(KMnO4)是强氧化剂并且能将许多杂质氧化成在高锰酸钾溶液中可溶解 或不溶解的化合物。在许多通过在KMnO4洗涤器中洗涤而被氧化的杂质中，氮氧化物的去 除是特别独特的。所去除的其它杂质包括硫化合物和一些有气味且赋予味道的化合物。为 了保持高效率，高锰酸盐洗涤器必须在碱性条件下操作。原料气流中的CO2通过形成碳酸 盐和碳酸氢盐而具有中和洗涤器溶液的作用。在中性条件下，二氧化锰(MnO2)沉淀，从而 产生由于洗涤器填料结垢和洗涤器部件堵塞导致的严重操作问题。高锰酸盐洗涤器的有效性受引入的NOx浓度的影响。经常，当原料气浓度超出设 计范围时，必须减小CO2设备的容量。当NOx含量超出正常范围时，通常还需要对高锰酸盐 洗涤器进行频繁的维修。经历原料气中的氮氧化物浓度中的峰值的一些生产设施必须每隔 几小时关闭一次系统，以去除旧的高锰酸钾溶液并用新的或新鲜的溶液替代。每天需要多 达不止一次或两次停机以维修高锰酸盐洗涤器并不稀奇。在一些情况下，CO2生产者减小设 备容量以增加在高锰酸盐洗涤器需要重新加料之前洗涤器在维修中可持续的时间长度。压缩后清洗一定程度上为精处理阶段并且主要由吸附过程组成以进一步减少杂 质。最常使用的床包括氧化锌(ZnO)、二氧化硅、氧化铝和碳，以用于去除许多不同的杂质。此外，也可使用高压水洗来减少可溶杂质。一些配置包括催化反应器，用于转换一 些难以处理的杂质。吸附床去除原料气中的一种或多种杂质或杂质组分。对于用于去除H2S的ZnO、氧 化亚铁和氧化铁床来说，活性炭在吸附例如乙醛、芳香烃和其它挥发性烃的杂质方面是有 效的。二氧化硅床在去除水、诸如醇的充氧剂方面是有效的。活性炭床的容量随杂质的种类 和浓度而变化。给定的床的容量也受其所保持的吸收剂的量的限制，因此其用作精处理床。 有利地是，在原料气到达精处理床之前，在压缩前清洗阶段中尽可能多地去除这些杂质。即使可再生的床也受杂质的浓度影响，因为操作循环受床达到容量所花费的时间量的影响。再生循环由于其对加热能量或加压的需求而趋于增加过程的成本。例如，碳吸 附床需要大量的蒸汽以将床的温度升高到去除所吸附的杂质所需的温度。经常，CO2生产者 受超过设计用于去除杂质的精处理床的设计容量的“杂质峰值”的不利影响。因此，CO2生产者在吸附和精处理步骤上游的压缩前清洗阶段中将要去除尽可能 多的杂质。KMnO4基氧化洗涤器通常设置在水洗洗涤器或碱性洗涤器的下游。提高氧化洗 涤的可靠性将不但由于氧化化学而减少杂质，而且提供用于可溶杂质的去除的额外阶段。如以上所提及的，对于氧化洗涤来说，在含水洗涤器中使用KMnO4溶液。KMnO4为 强氧化剂。然而，氧化发生在液相中并具有以下问题。需要首先溶解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·J·苏查克，S·芬利，
申请(专利权)人：琳德股份公司，
类型：
国别省市：