[发明专利]低温下分离CO2的设备及包括渗透分离步骤的方法

说明书

在用于分离含有二氧化碳的混合物(1)的方法中，将该混合物在热交换器(H)中冷却并且部分地冷凝，并且在以低温运行的第一系统中从该混合物分离第一液体(17)，该第一系统包括至少一个第一相分离器(PS1)，并且将来自该第一系统的气体(23)在膜系统(M)中进行处理以产生渗透物(55)和非渗透物(53)，来自该第一系统的该气体被分成两部分，第一部分(26)在没有被加热的情况下被送至该膜系统并且第二部分(24)被至少加热到该热交换器的中间温度并且然后在没有被冷却的情况下被送至该膜系统。

本发明涉及用于低温下纯化CO₂的装置和方法，该方法包括渗透分离的步骤。

本发明特别涉及在用于低温下纯化CO₂的设备中必须低温运行的膜的启动方法。

本发明涉及在低温(<-10℃)运行的膜中处理来自单元的未冷凝气体用于低温下纯化CO₂。

本发明使得可以纯化含有至少30％的二氧化碳、或甚至至少50％的二氧化碳、或甚至至少75％的二氧化碳的气体混合物以产生相对于该混合物富含二氧化碳的流。所提及的百分比涉及基于干基的气体混合物，后者非常经常含有水。

本文件中所有涉及纯度的百分比都是摩尔百分比。

大气中二氧化碳浓度的增加在很大程度上是全球变暖的原因。人为来源的CO₂基本上通过热电站中以及一定数量的工业单元(例如水泥厂、氢气生产单元或炼钢单元)中燃烧化石燃料排放到大气中。

在减少温室气体排放量和/或用于提高采收率的CO₂产生的上下文中，可以在CO₂排放设施的下游使用通过低温途径来捕获和纯化CO₂的单元。通过低温途径的CO₂捕获和纯化基本上基于CO₂在接近其三相点的温度下的部分冷凝，该部分冷凝可以补充有一次或多次蒸馏，以增加终产物的CO₂纯度。

对于这些部分冷凝和蒸馏，将有必要压缩待纯化的气体，将它们干燥并且然后将它们冷却以形成富含CO₂的液相和富含不可冷凝气体的气相，这些气体将在一个或多个部分冷凝阱中进行分离。使用此类型方法，可获得80％与95％之间的捕获效率。

大多数时候，针对待纯化气体加热不可冷凝气体，这些不可冷凝气体在排放至大气前冷却。在将它们排放到环境空气中之前，还将有可能使用它们来再生捕获单元的干燥器。

为了最大化CO₂捕获效率，膜也可以用于来自该一个或多个部分冷凝阱的不可冷凝气体。此类型方法是从EP-A-2404656中已知的。

来自膜(则负载有CO₂并且在低于不可冷凝气体的压力下)的渗透物可以被再循环到捕获单元的压缩链中。如此穿过膜并且被再循环到压缩机的CO₂然后可以在该一个或多个部分冷凝阱中液化。通过将部分冷凝方法与膜方法结合，可以预期约为99％的捕获效率。

两个重要参数允许加工膜的尺寸并且量化它们的性能：产率/膜和对CO₂的选择性。CO₂产率越高，用于提高单元的整体效率而必须添加的膜模块将越少。然后减少初始投资。对CO₂的选择性越高，将通过膜的其他气体越少。对CO₂的高选择性使得可以获得CO₂更纯的渗透物并且减少待纯化气体的压缩机的能量消耗。实际上，穿过膜的不可冷凝气体也被再循环到此压缩机中，并且因此将增加后者内待处理的流量，从而影响其能量消耗。根据同一概念，如果提高膜的选择性，则可以减小该压缩机的尺寸。