的裝置和方法
【專利說明】通過吸附凈化CO2的裝置和方法
[0001]本發(fā)明涉及(》2的凈化裝置和方法。
[0002]其特別涉及包含氫氣和水以及任選一氧化碳和/或甲烷的富含CO2的氣體混合物的凈化裝置。
[0003]在干燥的基礎上，富含⑶2的氣體包含至少35摩爾％的二氧化碳，甚至至少65摩爾％的二氧化碳。
[0004]該氣體混合物優(yōu)選包含至少2000ppm氫氣。其還可包含至少2000ppm—氧化碳和/或至少2000ppm甲烷。
[0005]本文中提到的所有純度為摩爾純度。
[0006]在一個實例中，CO2凈化裝置處理富含CO2的進料氣，從中凈化掉某些對食品用途不合意的成分并通過傳熱流體，通常氨的蒸發(fā)將其液化。
[0007]在進料氣中存在的雜質中，一些成分比CO2更具揮發(fā)性并因此在最終蒸餾過程中在廢氣中除去。
[0008]這種廢氣通常用作位于最終蒸餾塔上游的通過吸附進行的凈化系統(tǒng)(干燥器)的再生氣體。
[0009]當這些揮發(fā)性成分主要是出和⑶(甚至CH4)時，已用于再生該凈化系統(tǒng)的富集這些成分的再生氣體在與空氣接觸時進入可燃范圍。
[0010]在這種情況下，該廢氣不能再循環(huán)到進料氣中，因為這種再循環(huán)不排出這些成分并因此累積可燃成分。
[0011]可能可以考慮排出這種廢氣，而不將其用于再生以避免與可燃氣體的使用有關的風險和額外成本(ATEX分類)。然后使用來自液體輸出物儲罐并由在該液面上方天然形成的或如果沒有的話，來自有意蒸發(fā)的液體的氣體構成的純CO2進行。
[0012]在這兩種情況下，這種配置都損害該裝置的凈生產量，損害總量等于再生所需的流量，即大約5至6 %。
[0013]US-A-4952223描述了在吸附單元上游和在蒸餾塔下游的分離裝置以改變再生氣體的組成。該進料流不含氫氣，并且不排出再生流和/或不脫氫。
[0014]W007/126972也描述了在吸附單元上游和在蒸餾塔下游的分離裝置，其是相分離器，但表I中給出的組成值不符合附圖，因為來自該相分離器的氣體必須脫除co2，而該表所示相反。此文獻中的教導因此不清楚。
[0015]根據本發(fā)明的一個主題，提供由包含至少35摩爾、氫氣和水以及至少一種，甚至兩種下列雜質:一氧化碳和甲烷的富含CO2的氣體為原料凈化CO2的裝置，其包含:
[0016]i)至少一個用于將所述富含CO2的氣體壓縮到第一壓力P的壓縮機，
[0017]ii)至少一個凈化系統(tǒng)，其能運行在基本等于P的壓力下的吸附階段和在低于P的壓力下的再生，以在源自所述至少一個壓縮機的第一壓力下凈化所述氣體以產生至少凈化掉水的氣體，
[0018]iii)用于經凈化氣體的塔系統(tǒng)，包含至少一個蒸餾塔，能在基本等于P的壓力下運行，以產生富集CO2并脫除氫氣和任選脫除一氧化碳和/或脫除甲烷的液體和富集氫氣和任選富集一氧化碳和/或富集甲烷并脫除二氧化碳的氣體，
[0019]iv)分離設備，
[0020]其特征在于所述裝置包含用于將所述富集氫氣和任選富集一氧化碳和/或富集甲烷并脫除二氧化碳的氣體從所述塔系統(tǒng)傳送到所述分離設備的第一管道和連接到所述分離設備上以送回脫除氫氣和任選脫除一氧化碳和/或脫除甲烷的氣體的第二管道，第二管道連向所述通過吸附進行的凈化系統(tǒng)以向其傳送僅由至少一部分所述脫除氫氣和任選脫除一氧化碳和/或脫除甲烷的氣體構成或由與另一氣體混合的至少一部分所述脫除氫氣和任選脫除一氧化碳和/或脫除甲烷的氣體構成的再生氣體，且所述凈化系統(tǒng)包含用于排出已用于再生的再生氣體的工具。
[0021]根據其它任選主題:
[0022]-該分離設備是滲透設備，
[0023]-由所述分離設備生成的脫除氫氣并任選脫除CO的氣體的組成不處于在空氣中的可燃范圍內，
[0024]-所述塔系統(tǒng)位于隔離室內且所述分離設備位于任何隔離室外，
[0025]-所述裝置包含在所述分離設備上游的用于加熱脫除二氧化碳的氣體的工具，
[0026]-所述加熱氣體的工具能夠實現所述氣體和氨和/或在第一壓力下的富含CO2的氣體之間的熱交換，
[0027]-所述裝置包含用于檢測送往所述分離設備的所述富集氫氣和任選富集一氧化碳和/或富集甲烷并脫除二氧化碳的氣體的內含物的工具，
[0028]-所述裝置包含用于檢測所述脫除氫氣并任選脫除一氧化碳的氣體的內含物的工具，
[0029]-將上述檢測工具連向用于關閉所述脫除氫氣并任選脫除一氧化碳的氣體的管道的工具，
[0030]-將上述檢測工具連向用于打開另一氣體的管道的工具。
[0031]根據本發(fā)明的另一主題，提供由包含至少35摩爾、氫氣和水和任選至少一種，甚至兩種下列雜質:一氧化碳和甲烷的富含CO2的氣體為原料凈化CO2的方法，其包含至少下列階段:
[0032]i)將所述富含CO2的氣體壓縮到第一壓力P以產生富含CO2的壓縮氣體，
[0033]ii)在至少一個凈化系統(tǒng)中通過在基本等于P的壓力下的吸附和在低于P的壓力下的再生凈化所述富含CO2的壓縮氣體以產生凈化掉水的富含CO2的氣體，
[0034]iii)所述凈化氣體在包含至少一個蒸餾塔的塔系統(tǒng)中在基本等于P的壓力下蒸餾以產生富集CO2并脫除氫氣和/或脫除一氧化碳和/或脫除甲烷的液體和富集氫氣和/或富集一氧化碳和/或富集甲烷并脫除二氧化碳的氣體，
[0035]iv)在分離設備中的分離階段，
[0036]其特征在于將所述脫除二氧化碳的氣體從所述塔系統(tǒng)送往分離設備，所述分離設備產生脫除氫氣和任選脫除一氧化碳和/或脫除甲烷的氣體，將任選與另一氣體混合的所述脫除氫氣和任選脫除一氧化碳和/或脫除甲烷的氣體送往所述通過吸附進行的凈化系統(tǒng)以充當再生氣體，并至少不時地排出已用于再生的再生氣體。
[0037]根據本發(fā)明的其它任選方面:
[0038]-所述再生氣體在所述凈化系統(tǒng)的入口處的氫氣含量低于對應于在空氣中的可燃范圍的閾值，
[0039]-可源于由所述塔系統(tǒng)產生的液體的二氧化碳氣流用于構成所述再生氣體的一部分，
[0040]-將所述二氧化碳流與所述分離設備產生的脫除氫氣和任選脫除一氧化碳和/或脫除甲烷的氣體混合以產生再生氣體，
[0041]-檢測下列氣體的氫氣和任選一氧化碳和/或甲烷的含量:
[0042]i)來自所述塔系統(tǒng)的富集氫氣和任選富集一氧化碳和/或富集甲烷并脫除二氧化碳的氣體或
[0043]ii)所述分離設備產生的脫除氫氣和任選脫除一氧化碳和/或脫除甲烷的氣體，
[0044]如果所述含量超過給定閾值，例如在空氣中的可燃性極限，則不使用所述分離設備產生的脫除氫氣和任選脫除一氧化碳和/或脫除甲烷的氣體或將二氧化碳氣體與所述分離設備產生的脫除氫氣和任選脫除一氧化碳和/或脫除甲烷的氣體混合以充當再生氣體，
[0045]-送往所述分離設備的富集氫氣和任選富集一氧化碳和/或富集甲烷并脫除二氧化碳的氣體在空氣中可燃，
[0046]-送往所述分離設備的富集氫氣和任選富集一氧化碳和/或富集甲烷并脫除二氧化碳的氣體包含至少5%的氫氣，甚至至少10%的氫氣，
[0047]-來自所述分離設備的脫除氫氣和任選脫除一氧化碳和/或脫除甲烷的氣體在空氣中可燃，
[0048]-檢測所述脫除氫氣并任選脫除一氧化碳的氣體的內含物，
[0049]-如果所述脫除氫氣的氣體的氫氣含量在閾值以上，則關閉所述脫除氫氣并任選脫除一氧化碳的氣體的管道，
[0050]-如果所述脫除氫氣的氣體的氫氣含量在閾值以上，則打開另一氣體的管道。
[0051 ]參照附圖更詳細描述本發(fā)明。
[0052]包含至少35%C02、水、1000ppmH2、2000ppm CO和2000ppm CH4的富含CO2的氣體I
必須分離以產生富集二氧化碳的液體。該氣體在壓縮機3中壓縮到20巴(絕對)以產生壓縮氣體3。壓縮氣體3在通過吸附運行的凈化裝置5中在20巴(絕對)下凈化。將凈化掉水的氣體6冷卻(未顯示)并送往包含至少一個蒸餾塔的塔系統(tǒng)7中蒸餾。該系統(tǒng)產生富集二氧化碳并脫除一氧化碳、脫除氫氣和脫除甲烷、包含至少55% 二氧化碳的液體8，將其儲存在儲罐11中并作為產品10送交客戶。
[0053]所述塔系統(tǒng)7還產生富集氫氣、一氧化碳和甲烷并脫除二氧化碳的氣體24。氣體24包含15%氫氣、3%甲燒和3% —氧化碳。氣體24包含至少5%氫氣，優(yōu)選至少10%氫氣。
[0054]本發(fā)明的目標是以下列方式使與可燃化合物相關的損失最小化:
[0055]將0)2與出、0)和甲烷分離的分離設備13，例如HF膜，分離廢氣24。在廢氣24的壓力(大約20巴(絕對))與大氣壓之間的壓力差的作用下，一部分可燃化合物發(fā)生滲透且該膜能夠獲得:
[0056]-脫除出和⑶的加壓氣流22，其已變得不可燃并因此適用于再生，
[005