[发明专利]二氧化碳纯化方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于在汽提塔中对含二氧化碳的进料流进行纯化以产生二氧化碳产物的二氧化碳纯化方法。更具体地，本发明涉及一种纯化方法，其中进料流被压缩并引入压力低于该进料流的汽提塔中，以使足量的热从进料流传递到汽提塔的再沸器，以产生具有高纯度的二氧化碳，并用于在高于常压(superatmospheric)的压力下回收产物二氧化碳，以使压缩能量最小化。

背景技术

二氧化碳是一种有价值的具有众多用途的工业产品，这些用途要求二氧化碳具有高纯度(即超过95体积％的纯二氧化碳)。在某些情况下，需要从二氧化碳中去除不想要的杂质。而在某些情况下，希望不损失产物二氧化碳中的有用成分。二氧化碳的一种重要用途是在强化采油(enhanced oil recovery)领域中，其中二氧化碳注入油田的井下以将油驱赶到生产井。通常，在强化采油操作中，新鲜的二氧化碳流与产油时产生的循环二氧化碳流混合。该循环的二氧化碳流含有约80-95体积％的二氧化碳，而剩余的杂质主要由C1-C7烷烃的碳氢化合物构成。在这方面，公知杂质的甲烷成分会影响强化采油的表现，因而对于这类操作优选去除甲烷。

如上所述，除强化采油外二氧化碳还有许多应用，并且可引入管线中以在距离生产二氧化碳的生产点有一定距离的地点使用。在这类应用中，二氧化碳流中的水分对于管线可引起腐蚀问题。因此，去除水分也是很重要的。此外，还优选从待注入管线的二氧化碳流中去除其他杂质，因为许多二氧化碳应用需要接近纯净的二氧化碳。此外，将物流压缩入含有杂质(通常需要除去)的管线中时，由于加入的杂质体积提高了与压缩物流相关的电力成本。

通过例如燃煤发电厂中的氧-燃料燃烧可生产二氧化碳。通常，根据供应的氧气纯度和任何泄漏进锅炉的空气，燃烧产生的烟气的二氧化碳纯度为约70％到约90％。因而，这类过程产生的二氧化碳流内的 杂质可能包括氧气、氮气、氩气、Sox和NOx。在这类工艺物流中，硫氧化物和氮氧化物是特别有害的杂质。在强化采油过程中，氧含量必须低于100ppm，且优选低于10ppm，且所需二氧化碳纯度必须至少约95％纯度。因此，对于强化采油操作去除氧气杂质是特别重要的。

也可由氢气设备产生二氧化碳，在氢气设备中含碳氢化合物的物流经过蒸汽甲烷重整，或者替代地经过部分氧化以产生含氢气、一氧化碳、二氧化碳和水的称为合成气的物流。在任何这类设备中，随后合成气可进行水煤气变换反应以使蒸汽与一氧化碳反应，从而提高该物流中所含的氢气和二氧化碳。在设计用于生产的设备中，通常通过变压吸附从合成气中分离氢气。变压吸附产生的废物流含有一氧化碳和甲烷杂质。通常回收这些成分，并用其满足所述设备的部分燃料需求。可在水煤气变换反应器之前或之后从合成气中回收二氧化碳。

在U.S.6,301,927中，提供了用于分离二氧化碳的自冷冻方法，其中对含二氧化碳的进料流进行压缩、冷却、并在涡轮膨胀机中膨胀，从而其部分液化并随后引入相分离器中。随后将液体组分引入汽提塔中，以产生液态二氧化碳产物。通过压缩的部分进料流对汽提塔进行再沸，该部分的温度大大高于塔操作温度。这种操作导致低热效率，这代表了不可避免的损失，这必须通过加强致冷来补偿，并最终导致提高的压缩和动力需求。

在U.S.4,441,900中，公开了用于从天然气中去除二氧化碳的方法，其中通过冷却对进料物流进行部分冷凝，随后在相分离器中分离。使相分离得到的液体物流过冷(subcool)，并随后进料入汽提蒸馏塔以回收二氧化碳富集的液体和第一甲烷富集蒸汽。将甲烷富集的第一蒸汽与由相分离得到的蒸汽合并，进一步冷却合成蒸汽并随后在精馏塔中精馏，以产生第二二氧化碳液体和第二甲烷富集蒸汽。通过膨胀所述第二甲烷富集蒸汽和二氧化碳富集的液体流来提供致冷。该专利中描述的所有塔均在进料流压力下操作，因而塔内的再沸在相对高的温度下进行。因此，进料流仅能给精馏塔的再沸器提供有限量的热能，且二氧化碳产物物流总是含有显著量的甲烷。

U.S.3,130,026公开了从天然气分离二氧化碳的另一方法，其中进料被冷却和部分液化，随后进料入相分离器。在汽提塔中对来自相分离器的液体流进行汽提。对来自汽提塔的二氧化碳液体流进行蒸发， 随后膨胀做工以回收功率并产生致冷，而该致冷用于进料流的部分液化。由于在分离过程中二氧化碳膨胀，分离过程得到的二氧化碳接近常压。二氧化碳在低于室温的条件下膨胀产生的功率远低于将二氧化碳压缩到高于常压所需的功率。因此，当所需的产物是压缩二氧化碳时，该方法需要大量能量用于压缩。此外，使用多个涡轮膨胀机也会增加分离系统的投资成本。