[发明专利]由燃烧废气生产二氧化碳并回收氮和氩副产物

说明书

本发明涉及一种由燃烧废气生产二氧化碳、氮以及任选地氩的方法。更具体地说，本发明涉及一种从贫氧的燃烧废气中分离出二氧化碳以制得富氮和氩的原料气的方法。

二氧化碳和氮的工业制备是本领域所熟知的。二氧化碳通常是作为生产氨、氢、乙醇、环氧乙烷和汽油的化学过程以及发酵反应和碳酸盐分解过程的副产物而制得的。氮通常通过空气分离而制备。

二氧化碳的制备通常包括粗制气的生成、纯化和分离、压缩和液化、干燥、以及精馏等几个步骤。

粗制二氧化碳的生成包括液态燃料（如燃油）或固态燃料（如无烟煤、焦炭、炭）等与过量空气一起燃烧，以促使燃料完全氧化，得到富二氧化碳的燃烧废气。

燃烧废气的纯化通常包括几个分离的处理步骤以使气体具有高纯度。这些纯化处理包括洗涤、吸收、吸附、解吸和除去还原性物质。洗涤通常包括水吸收喷啉（水洗）以便除去固体（烟炱、夹带灰等）并同时将该燃烧气冷却。通常用各种洗涤溶液除去污染物并且将燃烧废气混合物中的组分减少到二氧化碳、氮和氧。也可以将这种燃烧废气通过含有再循环氧化溶液（例如高锰酸钾）的塔，以除去气体夹带的痕量有机杂质。

然后将洗涤和精制的燃烧气分离，以得到富二氧化碳的级分。在一种分离方法中，将燃烧气混合物循环通过逆流喷淋的吸收溶液，例如碳酸钾、单乙醇胺等。将二氧化碳饱和的溶液加热到100℃以上，可以使二氧化碳解吸。在另一种分离方法中，利用二氧化碳在压力回转吸附体系的沸石床上的选择性吸附将燃烧废气混合物分离。

然后将纯化和分离出的二氧化碳压缩到约230～400磅/平方英寸的压力，用可再生的干燥剂接触该气体将其干燥，降低该气体的温度使气体液化。最后，经精馏步骤除去少量的氮、氧和氩，得到纯度约99.9%（体积）的二氧化碳。

最常用的从空气中分离氮的方法是低温分馏法、惰性气体生成法（在空气中燃烧天然气或丙烷）、和压力回转吸附法。

在低温分馏中，空气被压缩到约100磅/平方英寸并且在反向热交换器中用排出的产物氮气和废气冷却。空气中的水、二氧化碳和烃通过在该反向热交换器中冷凝而除去。或者是，可以利用将空气通过沸石床的方法除去水、二氧化碳和烃。将热的废氮气通过该沸石床可以使沸石床再生。将该空气通过一个冷端凝胶阱，剩余的少量烃及二氧化碳于其中被除去。干净的空气在过冷却器中进一步冷却，通入蒸馏柱中，空气于蒸馏柱中被液化，分离成高纯度的氮气产物级分和含有约38%（重量）氧的废气级分。将这两个气体级分都通过过冷却器和反向热交换器，从而将其温热至环境温度。

在惰性气体发生器中，天然气或丙烷与空气一起燃烧，除去燃烧产物，留下纯化了的氮。控制天然气和空气的燃烧以便在燃烧室内形成特定的空气与天然气之比，从而达到基本上完全的燃烧。燃烧气含有氮、二氧化碳、水蒸汽、以及少量的一氧化碳和氢。将离开燃烧室的气体于表面冷凝器中冷却以便除去水。然后使气体流到冷冻干燥机中，在其中露点降到4℃。再将该气体通过一个压力回转吸附装置中的分子筛床，除去二氧化碳和任何残余的水蒸汽，得到纯的氮气产物。

在压力回转吸附体系（PSA）中，空气在高压下通过一个选择性吸附氧的吸附剂床。然后由床中排出氮气产物。该吸附床可以通过降低床的压力而再生。

美国专利3，493，339（Weir等）公开了一种生产二氧化碳和分离氩的方法，包括将含碳物质在氧和氩的混合物中燃烧，分离燃烧产物得到二氧化碳和氩。

美国专利4，414，191（Fuderer）公开了一种压力回转吸附方法，用于纯化合成氨所用的氢。用高压氮气作为压力回转吸附分离中的吹扫气体，而纯化过的气体中的氮则用于合成氨气流。

美国专利4，797，141（Mercader等）公开了一种从内燃机或涡轮机的富氧废气中获得二氧化碳和氮的方法。该方法包括下列步骤：将该废气冷却、利用在碱溶液中吸收二氧化碳而从冷却的气体中分离出二氧化碳，通过从碳酸化的溶液中释放气体而回收二氧化碳，将二氧化碳压缩并液化，通过纯化该气体除去污染物而回收氮气，将氮气压缩并液化。