專利名稱：具有完整排氣冷凝器的二氧化碳生產(chǎn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及二氧化碳的生產(chǎn)。
二氧化碳有許多用途。例如，二氧化碳可用于碳酸飲料、制冷、冷凍和包裝海產(chǎn)品、肉類、家禽、烘烤食物、水果和蔬菜，以及延長奶制品的期限。它在工業(yè)廢氣和水處理工藝中作為硫酸的替代物以控制pH值是一種重要的成分。其它的應(yīng)用包括飲用水處理、環(huán)境低毒殺蟲劑和在溫室中加快蔬菜的生長的氣體添加劑。
二氧化碳一般通過有機(jī)或無機(jī)化學(xué)工藝的副產(chǎn)物的廢氣流的凈化來生產(chǎn)。含有二氧化碳的廢氣流被濃縮然后在蒸餾柱中處理以生產(chǎn)出產(chǎn)品級二氧化碳。
隨著二氧化碳需求的持續(xù)增長，現(xiàn)采用更多勉強(qiáng)可用的二氧化碳源向進(jìn)料凈化裝置提供粗二氧化碳。在蒸餾成產(chǎn)品之前，這樣勉強(qiáng)可用的進(jìn)料可能包括大量的輕度污染物和需要大量的更多的能量以進(jìn)行必需的液化。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種以較用常規(guī)二氧化碳的系統(tǒng)更高能量效率之方式有效地處理含有輕度污染物的粗二氧化碳進(jìn)料流。
通過本發(fā)明的如下方面可獲得上述和其它目的，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員通過閱讀本文內(nèi)容會使這些目的更明了，該方面是一種生產(chǎn)二氧化碳的方法，包括(A)提供含有二氧化碳和輕度污染物的進(jìn)料并使該進(jìn)料進(jìn)入柱；(B)分離柱中的進(jìn)料成為輕塔頂餾出物和二氧化碳產(chǎn)品；(C)從柱中排出輕塔頂餾出物和通過含有二氧化碳和輕度污染物的熱交換流體進(jìn)行間接熱交換部分冷凝輕塔頂餾出物和輕度污染物以生產(chǎn)氣態(tài)熱交換流體；(D)將氣態(tài)熱交換流體通入柱的進(jìn)料上游；和(E)從柱的下部回收二氧化碳產(chǎn)品。
本發(fā)明的另一方面制備二氧化碳的裝置，包括(A)一個柱和用于將含有二氧化碳和輕度污染物的進(jìn)料通入柱中的進(jìn)料供給裝置；(B)一個排氣冷凝器和將來自柱上部的流體通入該排氣冷凝器的裝置；(C)一個相分離器和將流體從排氣冷凝器通入該相分離器的裝置；(D)將流體從相分離器通入排氣冷凝器和從排氣冷凝器通入到進(jìn)料供給裝置的裝置；(E)從柱的下部回收二氧化碳產(chǎn)品的裝置。
在此使用的術(shù)語“柱”表示蒸餾或分餾柱或區(qū)，即接觸的柱或區(qū)，其中液相和汽相反向接觸以有效分離流體混合物，例如，通過汽相和液相在柱中的垂直間隔放置所一系列蒸餾盤或板上接觸，和/或在諸如構(gòu)型的或松散的填充物的填充物件上接觸。蒸餾柱的另一討論見R.H.Perry和C.H.Chilton編輯的《化學(xué)工程手冊》(第十五版，McGraw-Hill出版社，紐約)第13節(jié)“連續(xù)蒸餾法”。
氣液接觸分離法依據(jù)組份蒸氣壓的不同。高蒸氣壓(或高揮發(fā)或低沸點(diǎn))組份趨向于在汽相中濃縮而低蒸氣壓(或低揮發(fā)或高沸點(diǎn))組份趨向于在液相中濃縮。部分冷凝是一種分離工藝，因此冷卻氣體混合物可用作濃縮汽相中的揮發(fā)成分和液相中少量的揮發(fā)成分。精餾、或連續(xù)蒸餾是一個順序結(jié)合部分蒸餾和冷凝的分離過程，通過汽相和液相的反向處理而實(shí)現(xiàn)。汽相和液相的反向接觸一般是絕熱的且包括在相之間積分的(分段地)或微分的(連續(xù)地)接觸。采用精餾原理以分離混合物的分離工藝排列常?？山惶媸褂镁s柱、蒸餾柱、或分餾柱。
在此使用的術(shù)語“上部”和“下部”意為分別是中點(diǎn)上面和下面的柱部分。
在此使用的詞“間接熱交換”意為將兩種流體帶入熱交換而沒有流體間的物理接觸或相互混合。
在此使用的術(shù)語“輕度污染物”意為一種或幾種氣壓高于二氧化碳的物質(zhì)。輕度污染物的例子包括氮?dú)狻⒀鯕?、氬、氫氣和一氧化碳?br> 在此使用的術(shù)語“相分離器”意為一具有足夠截面積的容器以便于輸入的流體能通過重力被分離成分離氣體和液體成分，然后該液體成分可分別從相分離器容器中除去。
在此使用的術(shù)語“過冷”意為冷卻液體到比存在氣壓的液體飽和溫度更低的溫度。
唯一的圖表示本發(fā)明的一個優(yōu)選的實(shí)施例。
參考附圖
對本發(fā)明作更詳細(xì)的描述。參考附圖，通常在約大氣壓下，含有二氧化碳、輕度污染物和水蒸氣的進(jìn)料流50通入壓縮機(jī)1，在其中壓縮到60～90磅/英寸2(絕對壓強(qiáng))的氣壓。進(jìn)料流50通?？扇∽匀缫掖己?或其它醇的有機(jī)或無機(jī)化學(xué)生產(chǎn)系統(tǒng)的廢氣排出物。進(jìn)料中的二氧化碳的濃度一般大于80mol％(在干燥的基礎(chǔ)上)。本發(fā)明對于處理其中輕度污染物含量至少5mol％(在干燥的基礎(chǔ)上)的進(jìn)料特別有用。
壓縮過的進(jìn)料51通過水或空氣驅(qū)動冷卻器2冷卻并在相分離器3中使冷凝濕氣分離。進(jìn)料通過壓縮機(jī)4再次壓縮以使壓力一般在280～325磅/英寸2絕對壓強(qiáng)的范圍內(nèi)。再次壓縮的進(jìn)料52通過冷卻器5和6冷卻。冷凝濕氣在相分離器7中被除去并通過吸附床8再干燥進(jìn)料。
冷卻過的、干燥的進(jìn)料流53通過柱再沸器9冷卻到接近它的露點(diǎn)并通過導(dǎo)管進(jìn)入到進(jìn)料冷凝器10，其中通過與循環(huán)制冷劑的間接熱交換(將在以下作更詳細(xì)的論述)，它至少部分冷凝，優(yōu)選基本上全部冷凝，所得的冷凝進(jìn)料54被通過閥11排出并優(yōu)選地在柱口的頂部通入柱12中，如圖所示。
氣態(tài)制冷劑流體55，優(yōu)選氨氣，通過壓縮機(jī)15壓縮到適當(dāng)?shù)膲毫υ偻ㄈ胫苯咏佑|后冷卻器16。氣體的適當(dāng)壓力的制冷劑流體以氣流56從后冷卻器16排出并在壓縮機(jī)17中壓縮到高壓。通過通道進(jìn)入熱交換器18與如水或空氣進(jìn)行間接熱交換，高壓氣流基本上全部被凝結(jié)，然后通過閥19并進(jìn)入后冷卻器16作為冷卻介質(zhì)。適當(dāng)壓力冷卻的制冷劑流體以氣流57從后冷卻器16排出。如果需要的話，如圖所示，氣流57的一部分58通入冷卻器6以冷卻進(jìn)料然后返回后冷卻器16。氣流57殘存的部分通過閥20然后分為氣流59和60。氣流59通過導(dǎo)管供給進(jìn)料冷凝器10并通過與上述冷凝進(jìn)料的間接熱交換來蒸發(fā)，所得蒸發(fā)的制冷劑流體從進(jìn)料冷凝器10作為氣流61排出。氣流60通入過冷器13，在其中通過與過冷產(chǎn)品的間接熱交換來蒸發(fā)。所得蒸發(fā)的氣流62與氣流61合并以形成氣流55，并目重復(fù)該閉路冷卻循環(huán)。
柱12一般在壓力為250～320磅/英寸2絕對壓強(qiáng)范圍內(nèi)進(jìn)行操作。在柱12中進(jìn)料通過分餾分成輕的塔頂餾出物和二氧化碳產(chǎn)品而分離。進(jìn)料液體流相對于上升蒸汽而流向柱12的下部，而輕度污染物從往下流的液體中汽提出來并進(jìn)入往上流的蒸汽中，以在柱12的頂部形成輕的塔頂餾出物而在柱12的底部形成二氧化碳產(chǎn)品。
一般含有二氧化碳的濃度至少為99.9mol％的二氧化碳產(chǎn)品液體以氣流63從柱12的下部排出。一部分64通過重沸器9與冷凝進(jìn)料進(jìn)行間接熱交換而汽化，所得汽化的部分65回到柱12作為上升氣流。氣流63的另一部分66通過過冷器13進(jìn)行過冷，通過閥14并以氣流67作為二氧化碳產(chǎn)品回收。
含有較高濃度的來自于進(jìn)料的輕度污染物和還含有二氧化碳的輕的塔頂蒸汽以氣流68從柱12的上部排出。輕的塔頂餾出物通過通道進(jìn)入排氣冷凝器30部分冷凝然后通入相分離器31中。如果需要，氣流67的部分氣流28可通過閥33并進(jìn)入相分離器31。來自于相分離器31的主要含有輕度污染物的蒸氣以氣流69從相分離器31中排出，通過閥34并從系統(tǒng)中排出。含有輕度污染物的液體和大部分輕塔頂餾出物的二氧化碳從相分離器31中排出作為熱交換流體70，通入閥29，通過通道進(jìn)入排氣冷凝器30進(jìn)行蒸發(fā)，通入閥32，并循環(huán)至柱12上游的進(jìn)料供給裝置中進(jìn)來的進(jìn)料。
使用含有輕度污染物和二氧化碳的熱交換流體以驅(qū)動排氣冷凝器能夠以使低耗使排氣冷凝器中的輕的塔頂餾出物部分冷凝。通過降低冷卻的部分冷凝塔頂餾出物相對于流經(jīng)排氣冷凝器的汽化的多組份熱交換流體的溫差，使用多組份熱交換流使耗功的工藝過程最少。另外，因?yàn)樵摱嘟M份熱交換流體含有二氧化碳和較輕污染物作為進(jìn)料，為了另外的二氧化碳產(chǎn)品使本發(fā)明工藝更有效，將來自于排氣冷凝器的氣態(tài)多組份熱交換流體與進(jìn)料合并。
本發(fā)明的一個作用是通過從含有顯著數(shù)量的輕度污染物的進(jìn)料中分離出有效地提供產(chǎn)品級二氧化碳。盡管本發(fā)明參考優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)的描述，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員會認(rèn)識到在本發(fā)明權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)仍存在其它實(shí)施例。例如，如果此工藝采用特別的壓縮機(jī)，如油壓螺旋壓縮機(jī)，能提供一支流，熱交換流體流70能在中級壓力水平被蒸發(fā)和升溫以及在適當(dāng)?shù)膫?cè)面入口導(dǎo)入壓縮機(jī)4。另一種方式，熱交換流體流70可單獨(dú)被壓入到類似于壓縮機(jī)4的分離壓縮機(jī)然后加入到進(jìn)料氣流52。同樣，壓縮的熱交換流體流70可獨(dú)立地在類似于單元10的冷凝器中冷凝，然后在進(jìn)入柱中之前加入到進(jìn)料氣流中。
權(quán)利要求
1.一種制備二氧化碳的方法，包括(A)供給一含有二氧化碳和輕度污染物的進(jìn)料并將進(jìn)料通入柱中；(B)在柱中將進(jìn)料分離成輕塔頂餾出物和二氧化碳產(chǎn)品；(C)從柱中排出輕塔頂餾出物和通過與含有二氧化碳和輕度污染物的熱交換流體進(jìn)行間接熱交換而部分冷凝輕塔頂餾出物以制備氣態(tài)熱交換流體；(D)將氣態(tài)熱交換流體通入柱的進(jìn)料上游位置；(E)從柱的下部回收二氧化碳產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中進(jìn)料在通入柱之前進(jìn)行冷凝。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中進(jìn)料與循環(huán)制冷劑通過間接熱交換進(jìn)行冷凝。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中熱交換流體含有來自于柱下部分的二氧化碳。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中熱交換流體含有從部分冷凝的輕塔頂餾出物來的輕度污染物。
6.制備二氧化碳的裝置，包括(A)一個柱和用于將含有二氧化碳和輕度污染物的進(jìn)料通入柱中的進(jìn)料供給裝置；(B)一個排氣冷凝器和將來自柱上部的流體通入排氣冷凝器的裝置；(C)一個相分離器和用于將流體從排氣冷凝器通入相分離器的裝置；(D)用于將流體從相分離器通入排氣冷凝器以及從排氣冷凝器通入進(jìn)料供給裝置的裝置；和(E)用于從柱的下部回收二氧化碳產(chǎn)品的裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其中進(jìn)料供給裝置包括進(jìn)料冷凝器和用于將流體從排氣冷凝器通入進(jìn)料供給裝置的裝置，該裝置與進(jìn)料冷凝器上游的進(jìn)料供給裝置相通。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，還包括將流體從柱的下部通入相分離器的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其中從柱的下部回收二氧化碳產(chǎn)品的裝置包括一個過冷器。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其中進(jìn)料供給裝置包括一個重沸器，還包括一將來自柱的下部的流體通入到重沸器和從重沸器通入到柱的下部的裝置。
全文摘要
一種特別是由含有顯著量的輕度污染物的進(jìn)料制備二氧化碳的系統(tǒng)，其中來自于分餾柱的輕塔頂餾出物相對于含有二氧化碳和輕度污染物的熱交換流體而部分冷凝以及將所得熱交換流體通入分餾柱的進(jìn)料中。
文檔編號B01D53/00GK1239072SQ9910763
公開日1999年12月22日 申請日期1999年4月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月17日
發(fā)明者H·E·霍華德 申請人:普拉塞爾技術(shù)有限公司