[发明专利]通过低温冷凝回收二氧化碳的方法

说明书

本发明涉及一种捕捉包含至少一种比二氧化碳CO₂更具挥发性的化合物，例如甲烷CH₄、氧气O₂、氩气Ar、氮气N₂、一氧化碳CO、氦气He和/或氢气H₂的流体中的二氧化碳的方法。

本发明可特别适用于由碳燃料如煤、烃类(天然气、燃料油、石油化学残留物等)、家庭废物、生物质产生电和/或蒸汽的单元，而且还可适用于来自精炼厂、化工厂、炼钢厂或水泥工厂的气体，处理离开生产井时的天然气。它还可适用于来自加热建筑物用的锅炉中的烟道气或甚至适用于来自交通工具的废气，更通常适用于产生含CO₂烟道气的任何工业方法。

二氧化碳为温室气体。由于环境和/或经济原因，日益变得希望通过捕捉CO₂，然后，例如通过将CO₂储存在适当地质层中或通过实现它的自身资产价值而降低或甚至消除CO₂向大气中的排放。

已知一定数量的捕捉二氧化碳的技术，例如基于用通过化学反应分离CO₂的化合物溶液洗涤流体的方法，例如使用MEA洗涤的方法。这些方法通常具有以下缺点：

-高能耗(与用于与CO₂反应的化合物的再生有关)，

-与二氧化碳反应的化合物的降解，

-由于与二氧化碳反应的化合物的腐蚀。

在低温冷凝，即冷却直至出现固体CO₂的领域中，可提及文献FR-A-2820052，它公开了一种使CO₂通过反升华(anti-sublimation)(即通过由气体凝固而不经由液态)的提取的方法。所需冷量借助制冷流体的分馏提供。该方法消耗大量能量。

文献FR-A-2894838公开了相同类型的方法，其中将产生的部分液体CO₂再循环。将产生的部分贫CO₂气体用于冷凝该工艺混合物中的水。冷量可通过气化LNG(液化天然气)而供应。该协同作用降低了该方法的单位能耗(specific energy consumption)，然而尽管这样它还需要大量能量并需要LNG终端。

本发明的一个目的是提供一种从含有CO₂和至少一种比二氧化碳更具挥发性的化合物的流体中捕捉二氧化碳的改善方法。

本发明首先涉及一种由含有CO₂和至少一种比CO₂更具挥发性的化合物的工艺流体生产至少一种贫CO₂气体和一种或多种富CO₂初级流体并按照下列步骤实施的方法：

a)所述工艺流体的通过热交换而不改变状态的第一冷却；

b)在步骤a)中冷却的至少部分所述工艺流体的第二冷却以获得至少一种主要含有CO₂的固体和至少所述贫CO₂气体；和

c)包括液化至少部分所述固体并使其能够获得所述一种或多种富CO₂初级流体的步骤；

所述方法特征在于在步骤a)中进行的所述第一冷却至少部分通过加热至少部分所述一种或多种富CO₂初级流体而得到。

该工艺流体通常来自锅炉或产生烟道气的任何装置。这些烟道气可进行各种预处理，特别是为了除去NOx(氮氧化物)，粉尘，SOx(硫氧化物)和/或水。

分离之前，工艺流体为单相的，呈气态或液体形式，或者为多相的。“气态”形式是指“基本气态”形式。具体而言，如果工艺流体由预处理过的烟道气构成，则它可特别含有粉尘、固体颗粒如烟灰和/或液滴。

该工艺流体含有CO₂，将其与所述流体的其他组分通过低温冷凝分离。这些其他组分包含一种或多种就冷凝而言比二氧化碳更具挥发性的化合物，例如甲烷CH₄、氧气O₂、氩气Ar、氮气N₂、一氧化碳CO、氦气He和/或氢气H₂。该工艺流体通常主要包含氮气或主要包含CO或主要包含氢气。

在步骤a)中，将该工艺流体首先冷却而不该变状态。本发明人已证实该冷却可有利地至少部分通过与来自分离工艺的富CO₂流体的热交换而进行。此外，它可有利地至少部分通过与来自分离工艺的贫CO₂流体热交换而进行。使来自分离工艺的这些冷流体加热，而使该工艺流体冷却。这使得可降低冷却操作所需能量。