用于凈化富含二氧化碳的流的方法和設(shè)備的制作方法
【專利摘要】在一種用于凈化富含二氧化碳并且包含至少一種比二氧化碳輕的雜質(zhì)的流的方法中，所述流在熱交換器（7）中冷卻并部分冷凝，所述部分冷凝的流被傳送至在第一壓力下操作的第一相分離器（9），來自所述第一相分離器的氣體被壓縮并傳送至第二相分離器（31），所述第二相分離器在高于所述第一壓力的第二壓力下操作，來自所述第一相分離器的第一液體（11）被傳送至在低于所述第一壓力的壓力下操作的殼體（15），并且第二液體（33）被傳送至該殼體。
【專利說明】用于凈化富含二氧化碳的流的方法和設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于凈化富含二氧化碳的流的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]富含二氧化碳的流包括至少20%vol.(按體積計)的二氧化碳，甚至至少40%vol.的二氧化碳，甚至至少50%vol.的二氧化碳，或者甚至至少60%vol.或至少70%vol.的二氧化碳。
[0003]該流在用于凈化富含二氧化碳的流的設(shè)備中被冷卻和部分地冷凝。由此形成的液相中的二氧化碳增濃，氣相中的至少一種較輕組分增濃，該較輕組分可以是氧、氮、氬、一氧化碳、氫、甲烷、及類似物，這取決于待被凈化的流的組成。
[0004]從W0-A-20090007937已知的用于凈化富含二氧化碳的流的設(shè)備包括數(shù)個相分離
器，其中兩個串聯(lián)連接。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明，該設(shè)備可包括至少兩個相分離器，所述相分離器在不同的壓力下操作以便改進(jìn)分離效率。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的主題，提供了一種用于凈化流的方法，所述流富含二氧化碳并且包含至少一種比二氧化碳輕的雜質(zhì)，在所述方法中:
[0007]i)所述流在熱交換器中冷卻并部分地冷凝；
[0008]ii)所述部分冷凝的流被傳送至在第一壓力下操作的第一相分離器；
[0009]iii)來自第一相分離器的氣體被再加熱、壓縮、冷卻然后被傳送至第二相分離器，第二相分離器在高于第一壓力的第二壓力下操作；
[0010]iv)來自第一相分離器的第一液體被減壓且被傳送至在低于第一壓力的壓力下操作的腔室；
[0011]V)源自第二相分離器的第二液體或由第二液體得到的第三液體被減壓且被傳送至腔室；以及
[0012]vi)富含二氧化碳的經(jīng)凈化的液體離開腔室。
[0013]被從第一相分離器傳送至腔室的液體可由與第三液體混合的第一液體組成，如圖
3所示。第三液體由第二液體在第一相分離器中通過分離得到。
[0014]根據(jù)其他可選的特征:
[0015]-第二液體可選地在熱交換器中被再加熱，然后在閥中減壓至腔室的壓力且被傳送至腔室，
[0016]-由于第二相分離器在第二液體進(jìn)入熱交換器的入口上方的定位導(dǎo)致的靜液壓，第二相分離器在低于第二液體進(jìn)入熱交換器的入口的壓力下操作，
[0017]-第二液體首先減壓至介于第二壓力和腔室的壓力之間的中間壓力，并且隨后減壓至腔室的壓力，[0018]-第二液體減壓至第一壓力并被傳送至第一相分離器，由第二液體得到的第三液體被從第一相分離器傳送至腔室，
[0019]-該方法生成富含二氧化碳的液態(tài)最終產(chǎn)品，
[0020]-腔室是相分離器，
[0021]-腔室是蒸餾塔或洗滌塔，
[0022]-壓縮機(jī)的入口溫度大致等于將要在熱交換器中被冷卻的流的入口溫度。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的另一個主題，提供了一種用于凈化流的設(shè)備，所述流富含二氧化碳并且包含至少一種比二氧化碳輕的雜質(zhì)，所述設(shè)備包括腔室、壓縮機(jī)、第一相分離器、第二相分離器、熱交換器、用于將待冷卻的富含二氧化碳的流傳送至熱交換器的管道、用于將經(jīng)冷卻的流從熱交換器輸送至第一相分離器的管道、用于將來自第一相分離器的氣體輸送至熱交換器以便再加熱的裝置、用于將所述氣體從熱交換器輸送至壓縮機(jī)的裝置、用于將氣體從壓縮機(jī)輸送至熱交換器的管道、用于將經(jīng)壓縮的氣體從熱交換器輸送至第二相分離器的管道、用于將第一液體從第一相分離器輸送至腔室的管道、用于在腔室的上游使第一液體減壓的閥、用于使富含二氧化碳的經(jīng)凈化的液體從腔室離開的管道，以及
[0024]i)用于從第二相分離器提取第二液體并用于將所述第二液體輸送至腔室的裝置，以及用于在腔室的上游使第二液體減壓的閥；或者
[0025]ii)用于從第二相分離器提取第二液體并用于將第二液體傳送至第一相分離器的管道、用于將由第二液體得到的第三液體從第一相分離器輸送至腔室的管道、以及用于在腔室的上游使第三液體減壓的閥。
[0026]根據(jù)其他可選的特征:
[0027]-用于從第二相分離器提取第二液體并用于將第二液體輸送至腔室的所述裝置包括連接于熱交換器的入口位置和第二相分離器的管道，以及連接于熱交換器的中間位置和腔室的管道，
[0028]-熱交換器的入口位置位于從第二相分離器提取第二液體的位置下方，
[0029]-該設(shè)備包括用于將第二液體的壓力減小至比第二相分離器的操作壓力低的中間壓力的裝置，以及用于將第二液體或由第二液體得到的第三液體的壓力減小至腔室的壓力的裝置，
[0030]-該設(shè)備包括將第二相分離器連接到第一相分離器以便使液體能夠通過的裝置，
[0031]-腔室是蒸餾塔或洗滌塔，
[0032]-腔室是第三分離容器。
[0033]來自第一相分離器的氣體可被壓縮至較高的壓力并且可選地在相同溫度下再凝結(jié)。
[0034]當(dāng)需要高純度(多于98%vol.)的二氧化碳時，蒸餾塔可能是必要的。在這種情況下，源自相分離器的所有液體流被減壓并輸送至相分離器或該蒸餾塔。在此情況下，在處于較高壓力下的流減壓期間，可能期望在接近凝固/固化溫度的溫度下操作，以便增加純二氧化碳的輸出。在減壓期間冷卻的液體然后可凝固。即使分壓使得二氧化碳不凝固，所達(dá)到的溫度對于分離器或蒸餾塔中存在的其他流體而言可能太低；因此，分離器或蒸餾塔中的混合物可能部分地凝固?；蛘?，在冷箱中靠近二氧化碳管線安裝的液體管線可能凝固。
[0035]主要風(fēng)險與其說是富含二氧化碳的液體的完全凝固，不如說是可能損壞管線(尤其是彎曲部中)和儀器(閥、傳感器及類似物)的二氧化碳針狀物的形成。
[0036]基本解決方案是避免在較高壓力下過度冷卻流，從而液相能在無風(fēng)險的情況下減壓。
[0037]該方法減少了工藝的二氧化碳輸出，因?yàn)槠浣档土瞬糠掷淠膲毫蜏囟取?br> [0038]一種解決方案是在減壓(操作)的上游逐漸地加熱處于較高壓力下的至少一種液體，使得其保持在凝固點(diǎn)之上。該方法使冷卻液體的熱交換器復(fù)雜化。
[0039]在這種情況下，設(shè)想安裝相分離器和熱交換器，使得存在足夠的靜液高度以防止液體蒸發(fā)。如果來自分離器的液體在相同壓力下被加熱(即使稍微加熱)，其將立即開始蒸發(fā)。對于液體而言，需要較高的壓力以便維持液體處于較高的溫度。
[0040]另一種解決方案是使各級中處于較高壓力下的液體的至少一種減壓。一個可能性是使中間階段分離器中處于較高壓力的液體減壓，該分離器的液體被傳送至塔。
[0041]該解決方案的一個優(yōu)點(diǎn)是其減少了冷箱中管道的數(shù)量和至塔的連接裝置的數(shù)量以及主交換器上的連接裝置的數(shù)量，以及，最后，與靜液高度需求有關(guān)的布置結(jié)構(gòu)限制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明。圖1至4示出根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備。
【具體實(shí)施方式】
[0043]在圖1中，壓縮機(jī)I壓縮富含二氧化碳的流，該流包括至少20%vol.(按體積計)的二氧化碳，甚至至少40%vol.的二氧化碳，可選地至少60%vol.的二氧化碳，以及至少一種輕質(zhì)雜質(zhì)，該輕質(zhì)雜質(zhì)可以是氧、氮、氬、一氧化碳、氫、甲烷、或這些雜質(zhì)中的數(shù)種。該流可例如源自富氧燃燒、煉鋼廠、水泥廠、SMR、及類似工藝。
[0044]在被壓縮至介于8bar abs (絕對壓力)和40bar abs之間的壓力之后,該流在冷卻器4中被冷卻，在吸附單元5中被凈化掉水，然后被傳送以在交換管線7中冷卻，交換管線7可由釬焊鋁制成的板翅式交換器組成。
[0045]經(jīng)冷卻和部分冷凝的流被傳送至第一相分離器9。來自第一相分離器9的第一液體11在閥13中減壓然后被傳送至在比第一相分離器的壓力低的壓力下操作的腔室，該腔室可以是第三相分離器15。
[0046]在第三相分離器15中生成非常富含二氧化碳的液體17，該液體包含的雜質(zhì)比在壓縮機(jī)I中被壓縮的流包含的雜質(zhì)少。
[0047]富含至少一種雜質(zhì)的氣體19離開第三相分離器15并且可在交換管線7中被再加熱。
[0048]來自第一相分離器9的氣體25在交換管線7中被再加熱并在壓縮機(jī)27中被壓縮以形成處于比先前壓縮壓力高介于5bar和50bar之間的壓力下的壓縮氣體29。氣體29在交換管線7中冷卻并被傳送至第二相分離器31。來自第二相分離器的第二液體33在閥35中減壓至腔室15的壓力。來自第二相分離器31的氣體36在交換管線7中被再加熱、在渦輪機(jī)37中減壓并且作為氣體39尚開該設(shè)備。
[0049]交換管線7和相分離器9、15、31位于隔離的腔室(未示出)內(nèi)部以便使得可以在低于環(huán)境溫度的溫度下操作。[0050]設(shè)備的冷性能通過包含三個壓縮機(jī)的制冷循環(huán)23提供，以便將循環(huán)氣體壓縮至三個壓力，循環(huán)氣體在交換管線中被冷卻和再加熱?？稍O(shè)想用于產(chǎn)生冷量的其它方法。
[0051]圖2與圖1的不同之處在于，其示出了用于防止二氧化碳凝固的裝置。離開第二相分離器31 (其在比第一相分離器高的壓力下操作)的第二液體33在交換管線7中被再加熱，然后在比該交換管線的冷端暖的溫度下離開該交換管線(用虛線表示，以便示出被再加熱的第二液體33沒有在交換器中冷卻)。
[0052]此外，第二相分離器31可定位在第二液體進(jìn)入交換管線7的入口上方高度H處，以便確保液體33的壓力足以防止其在交換管線7中蒸發(fā)。
[0053]如果液體33的壓力在閥35中降低至IObars abs，則需要預(yù)先在交換管線7中再加熱該液體，以便避免其(溫度)降低至-54.5°C之下，并且，為了防止降壓時生成氣體，需要介于2.9m和44m之間的對應(yīng)于高度H的靜壓高度，這取決于液體的組成。
[0054]如果離開閥35的液體33的壓力處于20bar abs,則壓力降低導(dǎo)致形成氣體,但是不需要預(yù)先將該液體傳送至交換管線7，因?yàn)闇囟茸銐蚋咭员惴乐构潭ㄎ锏男纬伞?br> [0055]圖3與圖1的不同之處在于，來自第二相分離器的液體33在其于閥35中減壓后不是直接被傳送至第三相分離器15，而是被傳送至第一相分離器。因此，閥35將液體33的壓力降低至介于第二相分離器31的壓力和腔室的壓力之間的一中間壓力，從而減小了溫度的下降。
[0056]因此，在這種情況下，從第一相分離器被傳送至腔室15的液體由第一液體和第三液體組成。第三液體由第二液體在第一相分離器中通過分離得到。
[0057]在比第一壓力低的壓力下操作的腔室可以是第三相分離器15或者，如果不是的話，如果液化的產(chǎn)品17必須更純，則其可以是蒸餾塔或洗滌塔。
[0058]在圖4中，壓縮機(jī)I壓縮富含二氧化碳的流，該流包括至少20%vol.的二氧化碳，甚至至少40%νο1.或至少50%νο1.的二氧化碳,可選地至少60%νο1.或70%νο1.的二氧化碳，以及至少一種輕質(zhì)雜質(zhì)，該輕質(zhì)雜質(zhì)可以是氧、氮、氬、一氧化碳、氫、甲烷、或這些雜質(zhì)中的數(shù)種。該流可例如源自富氧燃燒、煉鋼廠、水泥廠、SMR、及類似工藝。
[0059]在被壓縮至介于8bar abs和40bar abs之間的壓力之后，該流在冷卻器中被冷卻，在吸附單元中被凈化掉水，然后被傳送以在交換管線7中冷卻，交換管線7可由用釬焊鋁制成的板翅式交換器組成。
[0060]經(jīng)冷卻和部分冷凝的流被傳送至第一相分離器9。來自第一相分離器9的第一液體11在閥13中減壓然后被傳送至在比第一相分離器的壓力低的壓力下操作的腔室15，該腔室是蒸餾塔。
[0061]在蒸餾塔15中生成非常富含二氧化碳的液體17，該液體包含的雜質(zhì)比在壓縮機(jī)I中被壓縮的流(所包含的雜質(zhì))少。
[0062]富含至少一種雜質(zhì)的氣體(未示出)離開塔15的頂部并且可在交換管線7中被再加熱。
[0063]來自第一相分離器9的氣體25在交換管線7中被再加熱并在壓縮機(jī)27中被壓縮以形成處于比先前壓縮壓力高介于5bar和50bar之間的壓力下的壓縮氣體29。氣體29在交換管線7中冷卻并被傳送至第二相分離器31。來自第二相分離器的第二液體33在閥35中減壓至塔15的壓力。來自第二相分離器31的氣體36在交換管線7中被再加熱、在至少一個渦輪機(jī)37中減壓并且作為氣體離開該設(shè)備。
[0064]交換管線7、塔15和相分離器9、31位于隔離的腔室(未示出)內(nèi)部以便使得可以在低于環(huán)境溫度的溫度下操作。
[0065]設(shè)備的冷性能通過來自塔15的液體17在三個不同壓力下的蒸發(fā)提供。蒸發(fā)后的液體隨后在壓縮機(jī)116中被壓縮并且用作產(chǎn)品118?？稍O(shè)想用于產(chǎn)生冷量的其它方法。
【權(quán)利要求】
1.一種用于凈化流的方法，所述流富含二氧化碳并且包含至少一種比二氧化碳輕的雜質(zhì)，在所述方法中: i)所述流在熱交換器(7)中冷卻并部分冷凝； ?)所述部分冷凝的流被傳送至在第一壓力下操作的第一相分離器(9)； iii)來自所述第一相分離器的氣體被再加熱、壓縮、冷卻然后被傳送至第二相分離器(31)，所述第二相分離器在高于所述第一壓力的第二壓力下操作； iv)來自所述第一相分離器的第一液體(11)被減壓且被傳送至在低于所述第一壓力的壓力下操作的腔室(15); V)源自所述第二相分離器的第二液體(33)或由所述第二液體得到的第三液體(11)被減壓且被傳送至所述腔室；以及 vi)富含二氧化碳的經(jīng)凈化的液體(17)離開所述腔室。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第二液體(33)可選地在所述熱交換器(7)中被再加熱，然后在閥(35)中減壓至所述腔室(15)的壓力且被傳送至所述腔室。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，由于所述第二相分離器(31)在所述第二液體(33)進(jìn)入所述熱交換器(7)的入口上方的定位導(dǎo)致的靜液壓，所述第二相分離器在低于所述第二液體進(jìn)入所述熱交換器的入口的壓力下操作。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第二液體(33)首先減壓至介于所述第二壓力和所述腔室(15)的壓力之間的中間壓力，并且隨后減壓至所述腔室的壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述第二液體減壓至所述第一壓力并被傳送至所述第一相分離器(9)，由所述第二液體(11)得到的所述第三液體被從所述第一相分離器傳送至所述腔室(15)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述腔室(15)是相分離器。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述腔室(15)是蒸餾塔或洗滌塔。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述壓縮機(jī)(27)的入口溫度大致等于將要在所述熱交換器中被冷卻的流的入口溫度。
9.一種用于凈化流的設(shè)備，所述流富含二氧化碳并且包含至少一種比二氧化碳輕的雜質(zhì)，所述設(shè)備包括腔室(15)、壓縮機(jī)(27)、第一相分離器(9)、第二相分離器(31)、熱交換器(7)、用于將待冷卻的富含二氧化碳的流傳送至所述熱交換器的管道、用于將經(jīng)冷卻的流從所述熱交換器輸送至所述第一相分離器的管道、用于將來自所述第一相分離器的氣體輸送至所述熱交換器以便再加熱的裝置、用于將所述氣體從所述熱交換器輸送至所述壓縮機(jī)的裝置、用于將經(jīng)壓縮的氣體從所述壓縮機(jī)輸送至所述熱交換器的管道、用于將所述經(jīng)壓縮的氣體從所述熱交換器輸送至所述第二相分離器的管道、用于將來自所述第一相分離器的第一液體輸送至所述腔室的管道、用于在所述腔室的上游使所述第一液體減壓的閥、用于使富含二氧化碳的經(jīng)凈化的液體從所述腔室離開的管道，以及 i)用于從所述第二相分離器提取第二液體并用于將所述第二液體輸送至所述腔室的裝置，以及用于在所述腔室的上游使所述第二液體減壓的閥；或者 ?)用于從所述第二相分離器提取第二液體并用于將所述第二液體傳送至所述第一相分離器的管道、用于將由所述第二液體得到的第三液體從所述第一相分離器輸送至所述腔室的管道、以及用于在所述腔室的上游使所述第三液體減壓的閥。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，用于從所述第二相分離器(31)提取所述第二液體并用于將所述第二液體輸送至所述腔室(15)的所述裝置包括連接于所述熱交換器(7)的入口位置和所述第二相分離器的管道，以及連接于所述熱交換器的中間位置和所述腔室的管道。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述熱交換器的所述入口位置位于從所述第二相分離器(31)提取所述第二液體的位置下方。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11所述的設(shè)備，包括用于將所述第二液體的壓力減小至比所述第二相分離器(31)的操作壓力低的中間壓力的裝置，以及用于將所述第二液體或由所述第二液體得到的第三液體的壓力減小至所述腔室(15)的壓力的裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，包括將所述第二相分離器(31)連接到所述第一相分離器(9)以便使液體能夠通過的裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求9至13中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述腔室(15)是蒸餾塔或洗滌+?+R ο`
【文檔編號】F25J3/06GK103492825SQ201180055121
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2010年11月16日
【發(fā)明者】A·布里格利亞, P·科特, A·達(dá)德, L·格萊納多斯, J-P·特拉尼耶, X·特拉維薩 申請人:喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司