[发明专利]由含二氧化碳气体混合物得到二氧化碳的方法

说明书

背景

已提出膜以将CO₂与废气流中的其它组分分离。从废气流中回收二氧化碳由多个因素推动，包括工业二氧化碳市场、强化采油(EOR)和减少温室气体减排的政府和工业努力。

存在许多方法以将CO₂从废气流的其它组分中除去。当废气流含有大量CO₂时，可将料流冷却以提供液体CO₂产物。当废气流含有少量CO₂时，在冷却以前使用各种方法以提高CO₂含量，例如膜分离或吸附。通常，当使用多种方法时，忽略了两种方法的联合以得到更有效的节能。例如，US 4,639,257公开了使用膜分离和蒸馏从气体混合物中回收二氧化碳。然而，各个步骤分开地有效进行，其中在各膜和蒸馏方法以前具有温度和压力调整。如‘257专利所公开，用于膜分离的气体温度和压力分别为约300K(26.85℃)和约28巴，而用于蒸馏的分别为约-3℃(270.15K)至-40℃(233.15K)和约1-3巴。该方法的能量需求使得它是效率低的。

根据美国能源部，2007年现有的技术不能以小于35%电力成本增加从现有粉煤(PC)发电装置的烟道气中除去至少90%的CO₂。需要经济的联合CO₂回收方法。

概述

公开由含CO₂气体混合物得到二氧化碳的方法。该方法包括如下步骤。得到含CO₂气体混合物。冷却气体混合物。使冷却的气体混合物流入由聚合材料构成的气体分离膜组件中以产生富二氧化碳料流和贫二氧化碳料流。聚合材料具有在35℃和10巴压力下>0.03[(cm³STP下的CO₂)/(cm³聚合材料)(cmHg)]的CO₂溶解度和>210℃的玻璃化转变温度。压缩富二氧化碳料流。通过冷却将压缩的富二氧化碳料流至少部分冷凝。使冷却、压缩的富二氧化碳料流经受低温相分离以产生富CO₂液体和贫CO₂蒸气料流。

公开了由含CO₂气体混合物得到二氧化碳的另一方法。该方法包括如下步骤。得到含CO₂气体混合物。冷却气体混合物。使冷却的气体混合物流入由聚合材料构成的气体分离膜组件中以产生富二氧化碳料流和贫二氧化碳料流。气体分离膜具有以Barrer表示的氧渗透率，在30℃的温度和30psia的膜一侧压力，同时膜另一侧上小于1mm Hg的真空下对80摩尔%氮气和20摩尔%氧气的混合物，氧渗透率为小于2000/(选择性)3.5，其中选择性为氧-氮选择性。通常，这些条件下的选择性为约5至约9。压缩富二氧化碳料流。通过冷却将压缩的富二氧化碳料流至少部分冷凝。使冷却、压缩的富二氧化碳料流经受低温相分离以产生富CO₂液体和贫CO₂蒸气料流。

公开了由含CO₂气体混合物得到二氧化碳的又一方法。该方法包括如下步骤。得到含CO₂气体混合物。冷却气体混合物。使冷却的气体混合物流入气体分离膜组件中。将尾气送入膜的渗透物侧，尾气具有低CO₂浓度。从膜中回收富二氧化碳渗透物。从膜中回收贫二氧化碳非渗透物。

公开了由含CO₂气体混合物得到二氧化碳的又一方法。该方法包括如下步骤。得到含CO₂气体混合物。在换热器中冷却气体混合物。使冷却的气体混合物流入气体分离膜组件中以产生富二氧化碳渗透物和贫二氧化碳非渗透物。使贫二氧化碳料流膨胀以产生冷贫二氧化碳料流。压缩富二氧化碳渗透物。通过在换热器中冷却而将压缩的富二氧化碳渗透物至少部分冷凝。将部分冷凝压缩的富二氧化碳渗透物分离成富CO₂液体和贫CO₂蒸气料流。用选自冷贫二氧化碳料流、贫CO₂蒸气料流和一部分富CO₂液体的一种或多种料流将冷能供入换热器中。

上述方法中任何两种或更多种可组合以提供联合方法。

任何上述方法或上述联合方法中任何两种或更多种的联合可包括一个或多个以下方面：

-聚合材料选自聚酰亚胺；氟代聚砜；聚(苯醚)；聚(氟碳酸酯)；和2,2,2-三氟苯乙酮和联苯醚或三联苯醚的缩聚物。

-聚合材料为具有式(I)重复单元的聚合物或共聚物：

其中：