[发明专利]高纯度二氧化碳的回收方法

说明书

本发明涉及从气体源中回收高纯度二氧化碳的方法及其用途。更 具体地，本发明涉及生产基本上不含氮氧化物、含硫化合物和挥发性 有机污染物的高纯度二氧化碳。本发明还涉及从气体中回收高纯度二 氧化碳的装置和所述高纯度二氧化碳在食品中的用途。

发明背景

众所周知，二氧化碳是存在于大气中的气体。它通过发酵工艺、 石灰石煅烧和碳和碳化合物的所有形式的燃烧过程而大量地释放到大 气中。因为经由温室效应的未来气候变化所导致的环境问题，最近数 十年中，对所述排放的关注已经增加。因此，多年以来已经进行了大 量工作以开发从燃烧气体中除去二氧化碳的工艺。如果可能，随后二 氧化碳的回收可使得这些工艺在经济上是可行的。

一种从气体源中回收二氧化碳的常规方法是吸收方法，其中将二 氧化碳吸收在吸收剂中。如果其它气体如氧气存在于所述气体源中， 所述其它气体也可被化学吸收和/或物理吸收。使用胺基试剂作为吸收 剂便是这种情况。

从现有技术中众所周知的是，当O₂存在于含二氧化碳的气体源中 并当使用链烷醇胺作为吸收剂时，所述O₂将在吸收过程中传递到含链 烷醇胺的吸收剂中。结果是，由于O₂的存在，将发生不希望的链烷醇 胺的降解以及腐蚀问题。

许多现有技术文献涉及这个问题。EP1 059 110公开了使用链烷 醇胺吸收剂流体回收吸收质如二氧化碳的系统，其中在吸收质与吸收 剂分离之前，在两步骤加热过程中加热饱和的吸收剂，和其中在第一 加热步骤之后且在第二加热步骤之前对该饱和的吸收剂进行脱氧。该 脱氧通过减压来实现。

在EP1 061 045中描述了从含氧气的混合物中回收吸收质例如二 氧化碳的系统，其中将二氧化碳浓缩在含链烷醇胺的吸收流体中，将 氧从所述吸收流体中分离，并从该吸收流体中蒸汽解吸二氧化碳并回 收。在这个系统中，通过将包含溶解氧的二氧化碳饱和的吸收剂逆流 质量传递与清除氧气的气体接触来从该吸收流体中分离出氧气。

在其它实例中，除了O₂以外，在气体源中还可能存在作为污染物 的氮氧化物(也称作NOx)、含硫化合物和挥发性有机物。当使用胺基 试剂作为吸收剂时，这些污染物也将在该吸收剂中发生化学吸收和/ 或物理吸收。

在生产高纯度二氧化碳的常规装置中，首先将二氧化碳吸收入吸 收剂中，然后在解吸塔中对二氧化碳和吸收剂进行分离。然而，在所 述吸收步骤期间，存在于原料气中的一部分污染物与二氧化碳一起被 吸收。当在后面的解吸塔工艺中将二氧化碳与该吸收剂分开时，所吸 收的污染物的一部分也将与二氧化碳一起以解吸塔出口气体的形式被 排放。该解吸塔出口气体还将含有一定量的N₂和O₂。

当生产食品等级的二氧化碳或其它要求高纯度的二氧化碳应用 时，在下游设备中必须从解吸塔出口气体中除去这些污染物以得到所 要求的纯度。可得到的用于除去这类污染物的常规工艺包括洗气、氧 化、吸附和蒸馏。

在下游对所述解吸塔出口气体进行净化的第一步骤最经常地为氧 化过程。在这种氧化步骤中，将所存在的任何NOx氧化成硝酸盐，其 随后可作为液相除去。此外，如果硫以硫化氢的形式存在，将这种化 合物氧化成游离硫。不幸的是，这种氧化需要大量的化学药品。可以 使用多种氧化剂。特别地，广泛使用高锰酸钾。然而，这种特殊化学 品的危险性高，而且，由于高锰酸钾可以用于生产炸药，因此某些时 候希望禁止将这种化学品的商业用途。

在接下来的下游净化步骤中，将含气体的二氧化碳送到脱水器。 在该脱水器中，对存在于气体中的任何水分进行吸收，由此将所述水 分从气流中除去。然而，如果在气体中存在有任何乙醛和/或挥发性含 氧化合物的残留物，则这些化合物也将在所述脱水器中除去。

在所述下游净化的最后步骤中，将气态二氧化碳在冷凝器中液化。 在所述冷凝器中，有可能将仍存在的任何NO残余物除去。然而，对于 任何NO₂残余物，情况却不是如此。事实上，如果到达冷凝器的气体 中存在任何NO₂，或如果因为例如由于NO的氧化而在冷凝器内部产生 任何NO₂，则所述NO₂在该冷凝器中转变成液相且随后几乎不可能除去。