[发明专利]用于分离气态混合物的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于分离气态混合物的方法和设备，该气态混合物以二氧化碳为主要成分。特别涉及用于例如来自发生在氧燃化石燃料或生物质电厂中的含碳燃料的燃烧的二氧化碳净化方法和设备。

背景技术

含碳燃料(生物质、废品、化石燃料，例如煤炭、褐煤、烃...)的燃烧产生CO₂和例如SO₂、SO₃、NOx的气体，这些将污染大气，且是温室效应的主要促成因素，特别是CO₂。这些CO₂的排放集中在四个主要行业：发电、工业过程、运输、以及民用和商用建筑。实施CO₂捕获(capture)主要用于发电和大型耗能工业，特别是水泥、铁和钢以及化学产品和炼油。直接捕获来自运输以及住宅和商业建筑行业中的小型活动源中的CO₂被认为是明显较为困难和昂贵的。现在，来自发电和工业行业的对大气的大部分CO₂排放是来自燃烧的烟气/废气的形式，其中CO₂的浓度通常以体积计是4％-14％，但是少数工业过程产生的CO₂的浓度很高。原则上，烟气可被储存以便避免将CO₂排放至大气中，烟气必须被压缩至通常大于100bar abs的压力，这将消耗大量的能源。此外，大量的烟气意味着储气库将快速被充满。由于这些原因，优选地生产较高纯度的CO₂流以用于运输和埋存；这种方法称为CO₂捕获。此二氧化碳可用于强化采油或只是注入枯竭气田和油田或含水层中。

本发明是基于对发电行业的应用。但是，本发明也可应用于来自其它工业过程的具有较高纯度、以体积计(折干计算)50％以上的烟气。

在电厂中捕获CO₂存在三个主要技术：

-燃烧后：通过例如胺的水溶液的化学溶剂对来自发电站的烟气进行洗气，该化学溶剂将通过吸收而去除CO₂；

-燃烧前：氧和燃料一起被送至气化器，在该气化器中产生合成气(该混合物的主要成分：H₂、CO和CO₂)。然后CO转变为H₂和CO₂(CO+H₂O＜＞CO₂+H₂)且CO₂被物理或化学溶剂洗气。主要包括H₂和N₂的混合物被送至燃气涡轮，该混合物在燃气涡轮中燃烧。

-氧燃/富氧燃烧：为了提高烟气中的二氧化碳的浓度，燃料与主要是二氧化碳和氧的混合物(而不是与空气)一起燃烧。通过将富含二氧化碳的烟气的一部分再循环并将该烟气与来自低温空气分离单元的氧(通常纯度在95％)混合以获得氧和二氧化碳的这种混合物。然后，该烟气被净化以便去除诸如水和氧的成分，并被压缩至100bar abs至200bar abs之间的压力以便被注入地下(参见图1)。应当注意对于锅炉的(耐)高温材料来说，烟气的再循环不是必要的。但是，它们在本发明时并不存在。烟气的再循环对于在此公开的本发明并不是强制性的。

EP-A-0503910描述了一种通过氧燃技术从来自电厂的烟气中回收二氧化碳和其它酸性气体的方法。

关于相同主题的更近的文献是“Oxy-Combustion Processes for CO₂Capture from Power Plant”，IEA Report No.2005/9，2005年9月。

发明内容

本发明的目的在于在比能方面和/或二氧化碳回收和/或二氧化碳产品纯度方面改进这个专利中提出的方案。

根据本发明的目的，提供一种用于从包含二氧化碳的流体中分离二氧化碳的方法，该方法包括以下步骤：

i)在压缩机中压缩该流体以形成压缩流体；

ii)将所述压缩流体的至少一部分干燥以形成压缩和干燥的流体；

iii)将所述压缩和干燥的流体的至少一部分冷却以形成压缩、干燥和冷却的流体；

iv)将温度低于0℃的所述压缩、干燥和冷却的流体分离成富二氧化碳流、贫二氧化碳流以及至少一股中等纯度的液态流，该至少一股中等纯度的液态流的二氧化碳纯度低于所述富二氧化碳流的纯度，且高于所述贫二氧化碳流的纯度；

v)使至少一股中等纯度的液态流膨胀以产生至少一股膨胀流；

vi)使用至少一股膨胀流在步骤iii)中冷却所述压缩和干燥的流体，以及