[发明专利]使用液态二氧化碳纯化二氧化碳的方法

说明书

发明领域

本发明涉及从主要包含二氧化碳的气流中除去至少一种污染物的方法。更具体来说，所述方法包括对气流进行吸收的步骤，该吸收步骤中的吸收剂是液态二氧化碳。

技术背景

二氧化碳回收设施广泛用于清洁和/或回收例如从烃类燃烧、发酵和气体加工释放的二氧化碳。这些设施经常包括采用化学吸收剂或物理吸收剂的吸收步骤；在该吸收步骤中，除去主要杂质。如果打算用于例如食品和饮料工业或增强油回收(EOR)中，则对离开吸收器的二氧化碳气体进行进一步的下游纯化步骤。

生产食品级二氧化碳或为了其他应用生产二氧化碳的时候，需要高的纯度，必须在上游和/或下游设备中进一步除去污染物，从而获得要求的纯度。用于除去这些污染物的常规可用技术包括例如涤气、氧化、吸附和/或蒸馏。例如在WO2007/009461中还已经报道了在吸收器和汽提器之间引入闪蒸塔步骤，其中的NO₂难以在纯化过程中的下游分离，在该纯化过程中，二氧化碳为液体形式，NO₂几乎不可逆转地溶解在其中，NO₂在位于胺吸收器和汽提器之间的闪蒸塔被除去。

用于含二氧化碳的气体的另一种纯化步骤是脱水。在脱水步骤中，气体中存在的任何水分都被吸收，从而从气流中除去水。同样，若气体中存在任何乙醛、挥发性物质和/或氧化产物(oxygenate)的残余物，则这些化合物的一部分也在脱水器中被除去，具体取决于所用的脱水器。

另一种纯化步骤是用水进行涤气；在水涤气器中，从气态原料中除去所有水溶性污染物。使用水涤气器的缺点是要使用大量的干净水并形成大量的废水。

但是，若气体包含显著溶解于二氧化碳中的杂质，即主要为非极性的有机化合物以及沸点高于在优势条件(prevailing condition)下的二氧化碳沸点的化合物，则使用水涤气器无法有效地从气流中除去这些杂质。对于这些化合物，必须使用吸附过滤器，例如活性炭。

在大型设施中，纯二氧化碳产率提高几个百分点具有相当大的经济效益，但是最后的痕量杂质非常难以除去，而且除去成本很高。因此，仍然需要寻找改进的方法和参数，以获得要求的高纯度二氧化碳，同时获得最高的产物产率，以及最简单的保证获得所要求的高纯度的方法。

发明概述

在一个方面中，本发明涉及从主要包含二氧化碳的进料气流中除去至少一种污染物的方法，所述方法包括在一定条件下对进料气流进行吸收步骤，该吸收步骤使用液态二氧化碳作为吸收剂，提供富含二氧化碳的气流和富含污染物的液流，该液流包含来自进料气流的至少95％(w/w)的至少一种污染物；本发明优选提供一种方法，该方法中的至少一种污染物选自非极性的有机化合物或沸点高于二氧化碳沸点的化合物。

根据本发明的“主要包含二氧化碳”表示包含大于80％(w/w)二氧化碳的二氧化碳进料流。

少量杂质可能难以在单个工艺步骤中除去，但是本发明的方法为液流中的至少一种污染物各自提供至少95％、甚至最高约为100.0％的回收率。

在一种优选的实施方式中，进入塔的进料气流的温度高于二氧化碳在优势吸收条件时的露点温度。

不希望受限于任何理论，二氧化碳洗去污染物的实际能力似乎取决于组分在液态二氧化碳中的单独的沸点、分压和溶解度。一些组分会因为比分压引起温度降低而冷凝；其他组分会因为分子之间的吸引力而被吸收在液态二氧化碳中，或者发生这两种情况的组合。本发明的发明人进行的实验令人吃惊地揭示了以下内容，二氧化碳涤去不同化合物的能力是溶解度和沸点的组合效果，通过以下事实可以说明这一点，即，若非极性物质具有较高的沸点，则该非极性物质与极性物质一样容易涤去。

因此，本发明方法利用了一些应用于水涤气器中的相同原理，即，极性物质之间的吸引力。但是，水涤气器需要大量水，而本发明利用二氧化碳。另外，本发明不会导致产生任何废水；唯一的废物是少量的液态二氧化碳和杂质，最后可以进行部分再蒸发，以进一步减少液体废物的量。

具体来说，使用温度高于二氧化碳在优势条件下的露点的进料气体进行操作时，被较冷的吸收剂液态二氧化碳冷凝的二氧化碳的量将减少，因此纯的气态二氧化碳的产率提高。

要除去的杂质可选自沸点高于二氧化碳沸点的物质以及极性物质，例如氮化合物(如NO_x)、芳族烃类、酯类、醇类和挥发性氧化产物，及其组合。

更具体来说，氮化合物可选自氨和NO_x，例如NO、NO₂和N₂O。

芳族烃类可选自苯、乙苯、二甲苯和甲苯。