專利名稱：用于蒸餾分離含有二氧化碳的混合物的設備和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于通過蒸餾分離二氧化碳混合物的設備和方法。
背景技術：
已知在低于環(huán)境溫度的溫度下通過蒸餾分離含有二氧化碳以及至少一種其它氣體的混合物。塔頂部處的回流是通過來自塔的頂部氣體的至少一部分冷凝而形成。目前，使用由不銹鋼制成的殼管式冷凝器執(zhí)行用于分離含有二氧化碳的混合物的塔頂部氣體的液化，如US-A-3317278中所述。該熱交換器(其具有下列顯著優(yōu)點能夠抵抗高壓以及管和主體的自由膨脹，并且其接受所有類型的動力)具有一些缺點，比如體積和造價。使用包括殼管式交換器的技術使來自塔的頂部氣體液化需要使用占地面積約為30m2的重而且昂貴的支承件。冷凝器的長度超過10m，現場設備的組裝和結合的優(yōu)化很難施行，維修時需要租借吊車和特殊舉升裝置。其次，蒸餾過程通常包括氨冷卻線路。交換器越大，冷卻劑的體積增加就越多，這和目前降低工業(yè)現場氨體積的策略相矛盾。最后，利用殼管式技術，CO2和氨之間的熱交換不是非常有效。

發(fā)明內容
本發(fā)明優(yōu)選適用于其中二氧化碳構成總量的至少90%的混合物。混合物的至少一種其它組分可以從包括氮、甲烷、氧以及氬的組中選取。所有的百分比為摩爾百分比。待分離的混合物可以是來自富氧燃燒、鐵和鋼制造工藝、生物乙醇(bioethanoI)生產或合成氣處理的廢氣或者是發(fā)酵或水泥作業(yè)過程中產生的氣體。根據本發(fā)明的主題，提供了一種用于通過蒸餾分離混合物的設備，所述混合物作為主要成分包括二氧化碳和選自由氮、氧、氬、氫、甲烷和一氧化碳組成的組的至少一種其它流體，所述設備包括蒸餾塔、冷凝器、再沸器、用于將要分離的混合物輸送到蒸餾塔或冷凝器的裝置、用于將來自蒸餾塔的頂部氣體輸送到冷凝器的裝置以及用于將在冷凝器中冷凝的液體輸送到蒸餾塔的頂部的裝置，冷凝器由釬焊鋁制成的板翅式交換器組成，每Hl3交換器的交換表面積大于400m2/m3，并且冷凝器布置在液態(tài)冷卻劑的浴中，所述冷卻劑為氨。根據其它可選的特征-冷凝器與用于供給液態(tài)或兩相氨的裝置相連接；-在使用中，冷凝器布置在蒸餾塔的的上方；-在使用中，構成冷凝器的交換器的最大尺寸沿大致垂直的軸線。根據本發(fā)明的另一個主題，提供了一種用于在包括蒸餾塔、冷凝器和再沸器的組件中通過蒸餾分離混合物的方法，所述混合物作為主要成分包括二氧化碳和選自由氮、氧、氬、氫、甲烷和一氧化碳組成的組的至少一種其它流體，其中，待分離的混合物被輸送到蒸餾塔或冷凝器，來自蒸餾塔的頂部氣體加熱冷凝器、被液化并返回蒸餾塔，冷凝器由釬焊鋁制成的板翅式交換器組成，每m3交換器的交換表面積大于400m2/m3，并且通過將氨流輸送至冷凝器來冷卻該冷凝器?？蛇x地，在將待分離的混合物輸送到蒸餾塔或冷凝器之前通過所述待分離的混合物加熱蒸餾塔的貯槽。冷凝器可處于氨的浴中。液態(tài)或兩相氨能在冷凝器中被再加熱。液態(tài)或兩相氨能來自一罐，并且在冷凝器中蒸發(fā)的氨能返回該罐。在冷凝器中未冷凝的氣體能被排出。蒸餾塔的貯槽液體的一部分能夠被從蒸餾塔抽取出作為產品。優(yōu)選地，沒有蒸餾塔的貯槽液體被輸送到冷凝器。 混合物可包含至少90%的二氧化碳。


下面參照附圖更詳細地描述本發(fā)明，圖1至3示出根據本發(fā)明的分離設備。
具體實施例方式圖1示出用于分離混合物的設備，該混合物作為主要成分包括二氧化碳、醇、氫氣、氧氣、氬氣、氮氣、一氧化碳和其他雜質。在2000Nm3/h到5000Nm3/h之間的來自生物乙醇或合成氣制備類型工業(yè)源的混合物進入管道I并且在壓縮機2中被壓縮?；旌衔锉辉偌訜岬酱蠹s80° C (未示出)，隨后在第一洗滌塔3中通過與受控的食品級水直接接觸而被冷卻及洗滌，所述食品級水通過與氨間接接觸而冷卻。在洗滌過程中，可溶的一部分雜質比如醇和揮發(fā)性的含氧成分被水吸收并排出。隨后，源自第一級洗滌塔的混合物通過壓縮機4被壓縮到大約20bara (bar，絕對壓力)并被引入第二洗滌塔5，在這里殘余的雜質以及微量的含氧分子大部分被吸收。在第二洗滌塔中洗滌后的混合物通過經過凈化單元6而經歷凈化階段，該凈化單元由數個活性炭以及氧化鋁床組成，這些床的作用是阻擋脂肪族、含氧及芳香碳氫化合物、硫和氮化合物、微量的油和極性顆粒，比如水。離開凈化單元6時，混合物41是干燥的而且符合 ISBT (International Society of Beverage Technologists,國際飲料技術協(xié)會)的質量標準，除了不可冷凝的產品，例如氫氣、氧氣、氬氣、氮氣和一氧化碳，這些成分將在蒸餾過程中被排出。接下來，源自凈化單元6的混合物41進入冷箱(未示出)，在第一交換器7中冷卻，并且被輸送到蒸餾塔8的頂部。蒸餾塔是包括堆疊的填料或板的塔。混合物41含有至少90%的二氧化碳，其以氣態(tài)形式進入蒸餾塔，然后大部分流入冷凝器9。冷凝器9由釬焊鋁制成的板翅式交換器構成，其最大尺寸沿垂直方向取向，并被放置在蒸餾塔8上方。雖然混合物中的二氧化碳在冷凝器9中冷凝，但是較輕的氣體(氧氣、氮氣、氬氣、一氧化碳)保持不可冷凝并且大部分經由排氣管道10從冷凝器9離開。存在于在冷凝器9中冷凝的液態(tài)CO2中的微量不可冷凝產品通過蒸餾去除，以便在蒸餾塔貯槽中獲得需要的純度?；旌衔镌诶淠?中的冷凝通過氨在1.1bara和-31. 8° C下的蒸發(fā)實現。液態(tài)氨23被輸送到罐27，該罐通過管道29經由底部供給冷凝器。氨在冷凝器中通過與蒸餾塔的塔頂氣體換熱而蒸發(fā)，并且以氣態(tài)形式通過管道31離開，管道31使氣體返回罐27的頂部。罐內的氣體通過管道25被傳送到冷卻線路。富含二氧化碳的液體在蒸餾塔的貯槽內形成。該液體的一部分13在交換器12中利用液態(tài)氨21過冷卻并且然后壓力降低到16bara后用作產品。富含二氧化碳的流的另一部分15在交換器11中與液態(tài)氨19相互作用而被加熱，所生成的富含二氧化碳的氣體返回蒸餾塔。富含二氧化碳的流的另一部分17在交換器7中與來自凈化單元6的原料混合物相互作用而被加熱，所生成的富含二氧化碳的氣體返回蒸餾塔的頂部，如前文描述的那樣。二氧化碳的純度由用作再沸器的交換器7和11來調節(jié)。圖2和3描述了分離設備的兩個可選的形式。圖2中，冷凝器9是熱虹吸管類型。冷凝器9安裝在蒸餾塔的上方，氣體通過蒸餾塔的延伸部朝冷凝器9上升，該延伸部允許氣體上升以及液體下降。冷凝器通過針對圖1已經描述的管道29和31與氨罐27連接。冷凝器9是由釬焊鋁制成的板翅式交換器，該交換器每立方米的換熱面積大于400m2/m3。混合物41要么被輸送到蒸餾塔8的頂部，要么輸送到冷凝器9的入口。對于圖3，冷凝器9放置在制冷流體(在該情形中為氨)的浴33中。冷凝器9是由釬焊鋁制成的板翅式交換器，該交換器每立方米的換熱面積大于400m2/m3。要分離的混合物41要么被輸送到蒸餾塔8的頂部，要么經由管道39輸送到冷凝器9的入口。頂部氣體經由連接冷凝器頂部和蒸餾塔8頂部的管道39被輸送到冷凝器。在冷凝器中冷凝后的液體經由管道43返回蒸餾塔，而另一管道10用于排出不可冷凝的產物。入口 35為浴33供給制冷流體，一出口排出在浴中蒸發(fā)的氣體。在圖2和圖3兩種情形中，冷凝器9都定位在蒸餾塔8的上方，但是可以設想其它布置結構。為了簡化附圖，圖2和3中沒有示出貯槽再沸器。對于圖2和3給出的示例，蒸餾塔8在18bara到30bara之間的壓力下操作，更高的壓力是可以的但是需要更昂貴的設備。為了簡化起見，這些圖中沒有示出再沸器。使用由釬焊鋁制成的板翅式交換器使得可以減輕設備的總重量，可以減少所使用的氨的體積并且將氨的使用主要限制在蒸餾塔所處的冷箱內，可以減小設備的占地面積，并且降低其成本。
權利要求
1.一種用于通過蒸餾分離混合物的設備，所述混合物作為主要成分包括二氧化碳和選自由氮、氧、氬、氫、甲烷和一氧化碳組成的組的至少一種其它流體，所述設備包括蒸餾塔(8)、冷凝器(9)、再沸器(7，11)、用于將要分離的所述混合物輸送到所述蒸餾塔或冷凝器的裝置、用于將來自所述蒸餾塔的頂部氣體輸送到所述冷凝器的裝置以及用于將在所述冷凝器中冷凝的液體輸送到所述蒸餾塔的頂部的裝置，所述冷凝器由釬焊鋁制成的板翅式交換器組成，每m3交換器的換熱表面積大于400m2/m3，并且所述冷凝器(9)布置在液態(tài)冷卻劑的浴中，所述冷卻劑為氨。
2.根據權利要求1所述的設備，其中，所述冷凝器(9)連接到用于供給液態(tài)或兩相氨的>j-U ρ α裝直。
3.根據權利要求1或2所述的設備，其中，在使用中，所述冷凝器(9)布置在所述蒸餾塔(8)的上方。
4.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其中，在使用中，構成所述冷凝器(9)的交換器的最大尺寸沿基本垂直的軸線。
5.一種用于在包括蒸餾塔(8)、冷凝器(9)和再沸器(7，11)的組件中通過蒸餾分離混合物的方法，所述混合物作為主要成分包括二氧化碳和選自由氮、氧、氬、氫、甲烷和一氧化碳組成的組的至少一種其它流體，其中，待分離的所述混合物被輸送到所述蒸餾塔或冷凝器，來自所述蒸餾塔的頂部氣體加熱所述冷凝器、被液化并返回所述蒸餾塔，所述冷凝器由釬焊鋁制成的板翅式交換器組成，每m3交換器的換熱表面積大于400m2/m3，并且通過將氨流輸送至所述冷凝器來冷卻所 述冷凝器。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，所述冷凝器處于氨的浴中。
7.根據權利要求5或6所述的方法，其中，液態(tài)或兩相氨在所述冷凝器中被再加熱。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，液態(tài)或兩相氨來自罐(2，27)并且在所述冷凝器(9)中蒸發(fā)的氨返回所述罐。
9.根據權利要求5到8中任一項所述的方法，其中，在所述冷凝器(9)中未冷凝的氣體被排出。
10.根據權利要求5到9中任一項所述的方法，其中，在將待分離的混合物輸送到所述蒸餾塔或冷凝器(9)之前通過所述待分離的混合物加熱所述蒸餾塔(8)的貯槽。
11.根據權利要求5到10中任一項所述的方法，其中，所述混合物包含至少90%的二氧化碳。
12.根據權利要求5到11中任一項所述的方法，其中，從所述蒸餾塔抽取所述蒸餾塔的貯槽液體的一部分作為產品。
13.根據權利要求5到12中任一項所述的方法，其中，沒有所述蒸餾塔(8)的貯槽液體被輸送到所述冷凝器(9)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于蒸餾分離混合物的設備，所述混合物作為主要成分包括二氧化碳和選自包含氮、氧、氬、氫、甲烷及一氧化碳的組的至少一種其它流體，所述設備包括蒸餾塔(8)、冷凝器(9)、再沸器(7，11)、用于將要分離的混合物輸送到塔或冷凝器的裝置、用于將來自塔的頂部氣體輸送到冷凝器的裝置、以及用于將在冷凝器中冷凝的液體輸送到塔的頂部的裝置。冷凝器由釬焊鋁制成的板翅式交換器構成，每m3交換器的換熱表面積大于400m2/m3，采用氨作為冷卻劑。
文檔編號F25J3/00GK103080677SQ201180011702
公開日2013年5月1日 申請日期2011年2月11日 優(yōu)先權日2010年3月1日
發(fā)明者B·貝托梅, L·佩呂, F·里沃阿爾 申請人:喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司