專利名稱：從含氧混合物中回收二氧化碳的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種回收二氧化碳的方法，尤其涉及一種從含有氧氣的混合原料中回收二氧化碳的方法。
二氧化碳的用途很多。例如，用二氧化碳制備碳酸鹽飲料，冷藏、冷凍和包裝海產(chǎn)品、肉、家禽、烘烤制品、水果以及蔬菜，還能用二氧化碳延長日常產(chǎn)品的存放期。在工業(yè)廢物和水處理過程中，二氧化碳是重要的環(huán)境成分，可用二氧化碳代替硫酸控制pH值。二氧化碳的其它用途還包括處理飲用水，是有益于環(huán)境的殺蟲劑， 用作溫室中改善蔬菜生長狀況的大氣添加劑。
通常都是通過凈化有機(jī)或無機(jī)化學(xué)工藝中的副產(chǎn)品廢物來生產(chǎn)二氧化碳。用多個步驟，濃縮并凈化含有高濃度二氧化碳的廢物，然后對其進(jìn)行蒸餾，生產(chǎn)出產(chǎn)品品位的二氧化碳。
隨著二氧化碳需求的持續(xù)增加，人們正在用二氧化碳的替代源向凈化系統(tǒng)提供粗二氧化碳原料。這種替代原料的二氧化碳濃度很低，因此需要提高等級，也就是說，在有效地生產(chǎn)出產(chǎn)品品位的二氧化碳之前，必須增加二氧化碳的濃度。這種二氧化碳濃度很低的替代原料被稱之為貧原料。這種貧原料的一個實(shí)例是來自燃燒源，例如鍋爐、內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)或石灰窯的煙道氣。
可用多種途徑提高原料中二氧化碳的等級。一種特別優(yōu)選的方法是化學(xué)吸收，將粗二氧化碳原料中的二氧化碳吸收到鏈烷醇胺基吸收劑中。然后將得到的吸收有二氧化碳的吸收劑分離成可回收的二氧化碳產(chǎn)品和含有鏈烷醇胺的吸收劑，在回收系統(tǒng)中循環(huán)使用該吸收劑。
通常粗二氧化碳原料中含有相當(dāng)多的氧氣，氧能使鏈烷醇胺降解，由此降低它們在回收系統(tǒng)中的效用，同時還會使系統(tǒng)產(chǎn)生腐蝕問題。本專業(yè)普通技術(shù)人員已經(jīng)提出這一問題的兩種解決方法。一種方法是，在吸收劑中加入化學(xué)抑制劑，通過抑制鏈烷醇胺氧化，防止其降解。另一種方法是，在粗二氧化碳原料中加入燃料，在催化燃燒反應(yīng)中，使燃料與氧氣一同燃燒。雖然這兩種方法都行之有效，但是這兩種方法的投資費(fèi)用高，而且運(yùn)行復(fù)雜。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種采用鏈烷醇胺基吸收劑，從含氧原料中更有效地回收二氧化碳或其它被吸收物質(zhì)以提高原料的等級。
本專業(yè)普通技術(shù)人員通過閱讀本發(fā)明的說明書，將清楚地了解以本發(fā)明可達(dá)到上述目的和其它目的，本發(fā)明的一個方面是一種回收二氧化碳的方法，包括(A)使含有氧和二氧化碳的混合原料與至少含有一種鏈烷醇胺的吸收劑以逆流傳質(zhì)相接觸，將混合原料中的氧和二氧化碳吸收到吸收劑中，得到吸收有二氧化碳并含有溶解氧的吸收劑；(B)從吸收有二氧化碳的吸收劑中分離氧，得到貧含氧的吸收有二氧化碳的吸收劑；(C)加熱該貧含氧的吸收有二氧化碳的吸收劑，得到加熱的吸收有二氧化碳的吸收劑；(D)從吸收劑中分離二氧化碳，得到富含二氧化碳的流體；以及，(E)回收富含二氧化碳的流體。
本發(fā)明的另一方面是一種從含氧混合原料中回收被吸收物質(zhì)的裝置，包括(A)吸收塔，將含有氧和被吸收物質(zhì)的混合原料輸送到吸收塔下部的部件，以及將包含至少一種鏈烷醇胺的吸收劑輸送到吸收塔上部的部件；(B)氧分離器，和將流體從吸收塔下部輸送到氧分離器的部件；(C)熱交換器，和將流體從氧分離器輸送到熱交換器的部件；(D)汽提塔，和將流體從熱交換器輸送到汽提塔上部的部件；(E)從汽提塔的上部回收被吸收物質(zhì)的部件。
本文中，術(shù)語“吸收塔”指的是用一種合適的溶劑，即吸收劑，從含有一種或多種其它組分的流體中，有選擇地吸收被吸收物質(zhì)的傳質(zhì)設(shè)備。
本文中，術(shù)語“汽提塔”指的是通過利用能量，從吸收劑中分離出一種組分，如被吸收物質(zhì)的傳質(zhì)設(shè)備。
本文中，術(shù)語“抑制劑”指的是能夠抑制或降低反應(yīng)速率的化學(xué)藥品或化學(xué)藥品的混合物。例如，在有或沒有堿金屬碳酸鹽的情況下，與一種或多種二羥基乙基甘氨酸、堿金屬的高錳酸鹽、堿金屬的硫氰酸鹽、鎳或鉍氧化物相組合的碳酸銅，能抑制鏈烷醇胺的氧化降解。
本文中，術(shù)語“除氧氣體”指的是氧濃度小于2％(摩爾)，優(yōu)選的小于0.5％(摩爾)的氣體，用這種氣體從液體中汽提溶解氧。
本文中，術(shù)語“上部”和“下部”分別指的是塔中點(diǎn)之上和塔中點(diǎn)以下的區(qū)段。
本文中，術(shù)語“間接熱交換”指的是兩種流體在沒有任何相互接觸或相互混合狀況下進(jìn)行的熱交換的關(guān)系。
本發(fā)明唯一的圖是一個優(yōu)選實(shí)施方案的示意圖，其中氧分離器包括一個氧汽提塔。
下面參照附圖
詳細(xì)描述本發(fā)明的內(nèi)容。參見附圖，使通常已經(jīng)被冷卻和處理后的并除去了顆粒和其它雜質(zhì)如硫氧化物(SOx)和氮氧化物(NOx)的混合原料氣1，流入壓縮機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)2中，并將其壓縮到14.7-30磅/英寸2的絕對壓力(psia)。通?；旌显蠚?中含有2-50％(摩爾)的被吸收物質(zhì)二氧化碳，并且一般二氧化碳的濃度在3-25％(摩爾)范圍內(nèi)。通?；旌显蠚?含有濃度小于1-約18％(摩爾)的氧氣。混合原料氣1還含有一種或多種其它組分，如微量烴、氮、一氧化碳、水蒸汽、硫氧化物、氮氧化物和顆粒。
壓縮后的混合原料氣3從鼓風(fēng)機(jī)2流進(jìn)吸收塔塔4的下部，吸收塔頂部的運(yùn)行溫度是40-45℃，通常吸收塔底部的運(yùn)行溫度是50-60℃。將吸收劑6輸送到吸收塔4的上部。吸收劑6至少包含一種鏈烷醇胺類?？捎糜诒景l(fā)明吸收液6中的鏈烷醇胺類的例子包括單乙醇胺、二乙醇胺、二異丙醇胺、甲基二乙醇胺和三乙醇胺。通常采用鏈烷醇胺的水溶液。在吸收劑6中，鏈烷醇胺(多種)的濃度在5-80％(重量)范圍內(nèi)，優(yōu)選的在10-50％(重量)范圍內(nèi)。優(yōu)選的用于本發(fā)明吸收液中的伯鏈烷醇胺是單乙醇胺，優(yōu)選的其濃度在5-25％(重量)范圍內(nèi)，更優(yōu)選的在10-15％(重量)范圍內(nèi)。優(yōu)選的用于本發(fā)明吸收液中的仲鏈烷醇胺是二乙醇胺和二異丙醇胺。
在吸收塔4中，混合原料氣與下降的吸收劑呈逆流上升。吸收塔4內(nèi)裝有內(nèi)部部件或傳質(zhì)元件，如塔板或無規(guī)則填料或結(jié)構(gòu)填料。當(dāng)原料氣上升時，原料氣中的大部分二氧化碳、氧氣和少量的其它成分如氮?dú)?，會被吸收到下降的吸收液中，由此在?的頂部得到貧含二氧化碳的蒸氣，在塔4的底部得到含有溶解氧的吸收有二氧化碳的吸收劑。從塔4的上部以物流5排出頂部蒸氣，從塔4的下部以物流7排出吸收有二氧化碳的吸收劑。
由于溶解氧最終能使鏈烷醇胺降解，由此導(dǎo)致腐蝕和其它運(yùn)行問題。例如，在傳質(zhì)設(shè)備如附圖所示的氧汽提塔中，通過使吸收劑與除氧氣體相接觸，能降低吸收有二氧化碳的吸收劑中溶解氧的濃度。
使含有溶解氧的吸收有二氧化碳的吸收劑以物流7從吸收塔4的下部流進(jìn)附加汽提塔151的上部。本發(fā)明的一個重要方面是，含物流7的液流從吸收塔4排出，不經(jīng)加熱便流入氧汽提塔151。除氧氣體氣流以物流152引入汽提塔151的下部。一種除氧氣氣源是不含氧的二氧化碳物流。這種物流的實(shí)例包括富含二氧化碳的蒸氣16，如圖中以物流71所示、來自儲罐的二氧化碳，或者來自下游工藝的二氧化碳。還可以采用其它不含氧氣的氣體如氮?dú)狻?br> 在汽提塔151中，除氧氣體與下降的吸收有二氧化碳的吸收劑呈逆流上升。汽提塔151內(nèi)裝有內(nèi)部部件或傳質(zhì)元件，如塔板或無規(guī)則填料或結(jié)構(gòu)填料。當(dāng)除氧氣體上升時，吸收劑中的氧將從下降的吸收劑中被汽提到向上流動的除氧氣體中，由此在汽提塔151的頂部得到含有氧氣的除氧氣體，在汽提塔151的底部得到了貧含氧的吸收有二氧化碳的吸收劑。從汽提塔151的上部以物流150排出含有氧氣的除氧氣體。通常在該物流150中，除含有氧氣和其它物質(zhì)以外，還含有一些二氧化碳?？蓪⒃摎饬髋欧诺酱髿庵?，或原樣利用，或者如圖所示，作為氣流72，與最終產(chǎn)品的二氧化碳?xì)饬?6相混合。從汽提塔151的下部以物流153排出的貧含氧的吸收有二氧化碳的吸收劑 通常的含氧量小于2ppm，優(yōu)選的小于0.5ppm，并使其流過液泵8，以物流9流入熱交換器10，在此通過間接熱交換，將其通常加熱到90-120℃，優(yōu)選地加熱到100-110℃。
使加熱后的吸收有二氧化碳的吸收劑以物流11從熱交換器10流入第二或主汽提塔12的上部，通常該汽提塔頂部的運(yùn)行溫度是100-110℃，底部的運(yùn)行溫度是119-125℃。當(dāng)加熱后的吸收有二氧化碳的吸收劑向下流動時，穿過汽提塔12中的傳質(zhì)元件時，吸收劑中的二氧化碳將會從吸收劑中汽提到向上流動的通常為水蒸汽的蒸氣中，該傳質(zhì)元件可以是塔板或者無規(guī)則填料或結(jié)構(gòu)填料，由此生成富含二氧化碳的頂部蒸氣和剩余吸收劑。從汽提塔12的上部以頂部蒸汽物流13排出富含二氧化碳的流體，使其流入回流冷凝器47，在此對其進(jìn)行部分冷凝。使由此產(chǎn)生的兩相流14流入回流液儲器或相分離器15，在此將其分離成富含二氧化碳?xì)怏w和冷凝液。從相分離器15以物流16排出富含二氧化碳的氣流，將其作為二氧化碳產(chǎn)品回收，通常其中二氧化碳的干基濃度為95-99.9％(摩爾)。本文中，術(shù)語“回收”指的是作為最終產(chǎn)品回收，或者由于任何原因，如處置、進(jìn)一步使用、進(jìn)一步加工或螯合進(jìn)行的分離。從相分離器15以物流17排出主要含有水和鏈烷醇胺的冷凝液，使其穿過液泵18，并以物流19流入汽提塔12的上部。
從汽提塔12的下部以物流20排出含有鏈烷醇胺同時還含有水的吸收劑，使其流入再沸器21，在此通過間接熱交換，通常將其加熱到119-125℃。在本發(fā)明圖示的實(shí)施方案中，用絕對壓力大于或等于28磅/英寸2(psig)的飽和蒸汽48驅(qū)動再沸器21，并以物流49從再沸器21中排出。在再沸器21中，含鏈烷醇胺吸收劑的加熱餾出了某些水，它以蒸汽物流22的形式，從再沸器21流入汽提塔12的下部，在此用作上述向上流動的蒸氣。從再沸器21中以液流23排出的由此得到的含有鏈烷醇胺的吸收劑。將物流23中的一股物流24輸送到回收設(shè)備25，并對其進(jìn)行汽化。在回收設(shè)備中加入蘇打灰或苛性蘇打，使所有降解產(chǎn)物和熱穩(wěn)定胺鹽沉淀。如圖所示，將汽化后的胺溶液26再次引入汽提塔12。還可將其冷卻，并直接與進(jìn)入吸收塔4頂部的物流6相混合。此外，為替代圖示的回收設(shè)備25，還可以采用其它凈化手段，如離子交換或者電滲析。
使加熱后的含有鏈烷醇胺的吸收劑23的其余液流148流經(jīng)溶劑泵35，由此以物流29進(jìn)入熱交換器10，在此用以加熱上述吸收有二氧化碳的吸收劑，從該熱交換器流出冷卻后的含有鏈烷醇胺的吸收劑34。
使物流34流經(jīng)冷卻器37，并冷卻到大約40℃，形成冷卻后的吸收劑38。使物流38的一股物流40穿過機(jī)械過濾器41，并以物流42進(jìn)入碳過濾床43，由此以物流44再進(jìn)入機(jī)械過濾器45，除去雜質(zhì)、固體、降解副產(chǎn)物和熱穩(wěn)定胺鹽。再使得到的凈化后物流46與物流38的其余部分即物流39相匯合，形成物流55。儲罐30裝有用于補(bǔ)充的鏈烷醇胺。從儲罐30中以物流31引出鏈烷醇胺吸收劑，并用液泵32將其作為物流33泵送入物流55中。儲罐50含有補(bǔ)充水。從儲罐50中以物流51引出水，并用液泵52，將其作為物流53泵送入物流55中。液流33和53與液流55一起，構(gòu)成如上述進(jìn)入吸收塔4上部的混合吸收劑液6。
盡管參照某一特定的優(yōu)選實(shí)施方案詳細(xì)描述了本發(fā)明的內(nèi)容，但是本專業(yè)普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，在權(quán)利要求書的構(gòu)思和范圍內(nèi)，本發(fā)明還有許多其它實(shí)施方案。例如，還可以利用本發(fā)明分離除二氧化碳以外的其它化合物，例如硫化氫。這種通用回收過程的嚴(yán)格定義為一種回收被吸收物質(zhì)的方法，包括(A)使含有氧和被吸收物質(zhì)的混合原料與至少含有一種鏈烷醇胺的吸收劑以逆流傳質(zhì)相接觸，將混合原料中的氧和被吸收物質(zhì)吸收到吸收劑中，得到吸收有被吸收物質(zhì)并含有溶解氧的吸收劑；(B)從吸收有被吸收物質(zhì)的吸收劑中分離氧，得到貧含氧且吸收有被吸收物質(zhì)的吸收劑；(C)加熱該貧含氧且吸收有被吸收物質(zhì)的吸收劑，得到加熱的吸收有被吸收物質(zhì)的吸收劑液流；并且(D)從吸收劑流體中分離被吸收物質(zhì)，得到富含被吸收物質(zhì)的流體。
權(quán)利要求
1.一種回收二氧化碳的方法，包括(A)使含有氧和二氧化碳的混合原料與至少含有一種鏈烷醇胺的吸收劑以逆流傳質(zhì)相接觸，將混合原料中的氧和二氧化碳吸收到吸收劑中，得到吸收有二氧化碳并含有溶解氧的吸收劑；(B)從吸收有二氧化碳的吸收劑中分離氧，得到貧含氧的吸收有二氧化碳的吸收劑；(C)加熱該貧含氧的吸收有二氧化碳的吸收劑，得到被加熱的吸收有二氧化碳的吸收劑；(D)從吸收劑中分離二氧化碳，得到富含二氧化碳的流體；以及(E)回收富含二氧化碳的流體。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過使吸收有二氧化碳的吸收劑與蒸汽以逆流傳質(zhì)相接觸，并將二氧化碳從吸收劑汽提到蒸汽中，由此從吸收劑中分離二氧化碳，得到富含二氧化碳的流體。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中從吸收劑中分離二氧化碳之后的剩余吸收劑用于對貧含氧且吸收有二氧化碳的吸收劑進(jìn)行加熱。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過使含有溶解氧且吸收有二氧化碳的吸收劑以逆流傳質(zhì)與除氧氣體相接觸，從吸收有二氧化碳的吸收劑中分離氧。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中除氧氣體包括來自從吸收劑中分離二氧化碳得到的富含二氧化碳的流體。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中進(jìn)一步包括使至少某種除氧氣體流入富含二氧化碳的流體。
7.一種從含氧混合原料中回收被吸收物質(zhì)的裝置，包括(A)吸收塔，將含有氧和被吸收物質(zhì)的混合原料輸送到吸收塔下部的部件，以及將包含至少一種鏈烷醇胺的吸收劑輸送到吸收塔上部的部件；(B)氧分離器，和將流體從吸收塔下部輸送到氧分離器的部件；(C)熱交換器，和將流體從氧分離器輸送到熱交換器的部件；(D)汽提塔，和將流體從熱交換器輸送到汽提塔上部的部件；(E)從汽提塔的上部回收被吸收物質(zhì)的部件。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中氧氣分離器包括氧汽提塔。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中進(jìn)一步包括再沸器、將流體從汽提塔下部輸送到再沸器的部件、將流體從再沸器輸送到熱交換器的部件、以及將流體從熱交換器輸送到吸收塔上部的部件。
10.一種回收被吸收物質(zhì)的方法，包括(A)使含有氧和被吸收物質(zhì)的混合原料與至少含有一種鏈烷醇胺的吸收劑以逆流傳質(zhì)相接觸，將混合原料中的氧和被吸收物質(zhì)吸收到吸收劑中，得到吸收有被吸收物質(zhì)并含有溶解氧的吸收劑；(B)從吸收有被吸收物質(zhì)的吸收劑中分離氧，得到貧含氧且吸收有被吸收物質(zhì)的吸收劑；(C)加熱該貧含氧且吸收有被吸收物質(zhì)的吸收劑，得到加熱的吸收有被吸收物質(zhì)的吸收劑；并且(D)從吸收劑中分離被吸收物質(zhì)，得到富含被吸收物質(zhì)的流體。
全文摘要
一種從含氧混合物中回收被吸收物質(zhì)如二氧化碳的系統(tǒng),使二氧化碳濃集在含有鏈烷醇胺的吸收流體中,從吸收流體中分離氧,然后用蒸氣從吸收流體中汽提二氧化碳,并進(jìn)行回收。
文檔編號C01B31/20GK1277151SQ0011809
公開日2000年12月20日 申請日期2000年6月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月10日
發(fā)明者S·查克拉瓦蒂, A·古普塔 申請人:普拉塞爾技術(shù)有限公司