[发明专利]制备高纯度二氧化碳的方法

说明书

本发明涉及高纯度二氧化碳的制备，更具体地是涉及从玻璃制造炉废气中回收和提纯二氧化碳的方法。    

玻璃一般是用电力辅助加热的燃烧天然气或燃料油的炉子，将原料和碎的废玻璃料在很高的温度下(1500℃以上)熔融而制得。通常空气被广泛用作这类炉子中的氧化剂，因为它易于获得而且成本低廉。在工业炉子中使用空气的一个重大缺点是在炉内产生高浓度的氮的氧化物(NO_x)并释放至大气中。

近年来，随着严格的环境法律和规定的通过，要求工业用其它方法代替那些将大量气态污染物释放至大气中的方法。在玻璃制造工业中，用氧气或富氧空气作为玻璃制造炉中的氧化剂，可以显著地减少释放至环境中的NO_x的数量。有许多美国专利讨论使用氧或富氧空气作为玻璃制造炉中的氧化剂，其中可举出的为3,337,324，3,592,622，3,592,623，3,627,504。

在玻璃制造炉中使用氧或富氧空气的一个潜在的优点，是可能从炉子的废气产生高纯度二氧化碳。当使用富氧空气或基本上纯的氧气作为氧化剂时，废气中通常含有约30-50％二氧化碳，40-60％水蒸汽，以及各仅为0-3％的氧、氩和氮。因此，这种气体是很好的二氧化碳源。但是，这废气中也含有约500-3500ppmNO_x和约500-1000ppm硫的氧化物(SO_x)。这些杂质以及剩余的粒状杂质(如硫的盐类)，必须从气体中基本上完全清除掉，才能使气体符合高纯度二氧化碳的标准。例如，食品级二氧化碳不能含有5ppm以上的NO_x或1ppm以上的硫的化合物。遗憾的是，目前还没有成本低而效率高的工业规模的方法将气流中的NO_x和SO_x降低到这样的水平。

美国专利4,806,320揭示了将烟道气与氨或甲烷混合，然后通过一个蛭石床，以减少烟道气中NO_x的方法。该专利讨论了一些现有技术专利中所揭示的内容，如美国专利3,118,727和3,806,582，其中指出了用甲烷与废气混合以降低废气中NO_x的浓度；美国专利3,864,451和3,008,796，其中指出了用氨与烟道气混合，并用一种催化剂与混合物接触，以减少烟道气中的NO_x；以及美国专利3,880,618，其中指出了使烟道气通过一种碱金属碳酸盐，如碳酸钠，而同时去除烟道气中的NO_x和SO_x。上述这些方法，都可在一定程度上清除烟道气中的NO_x和SO_x，但并不总能把NO_x的浓度降低到目前严格的环境法规所要求的水平并符合食品级二氧化碳纯度的标准。

美国专利5,149,512讨论了用称为“选择性催化还原(SCR)”的技术来使烟道气中的NO_x还原的方法，这方法是将氨与烟道气混合，并让该混合物通过一种催化剂。该专利也揭示了一种SCR方法的变化形式，其中使某种烃类(如甲烷)与烟道气的混合物通过承载在铝上的铂、钯或铑催化剂。

虽然上述的各专利揭示了减少烟道气中一种或多种污染物的方法，但这些专利都没有揭示能有效并经济地将玻璃制造炉烟道气中所含有的杂质都降低到环境保护局规定的标准，而且同时制得食品级二氧化碳的方法。本发明提供了一种方法，它能比现有技术更有效地去除来自燃烧含氧燃料(oxyfuel)的玻璃制造炉的NO_x，SO_x和微粒，并同时制得符合食品级标准的二氧化碳。

实施本发明时，将玻璃在燃烧氧燃料的炉子中熔融，产生熔融的玻璃和一种热的富含二氧化碳的玻璃炉废气流，废气流中含有各种杂质(包括SO₂和NO_x)。首先处理热的废气流把SO₂转化为硫的盐类，并把硫的盐类循环至玻璃炉，然后处理废气流使NO_x转化为氮。再把氮和其它残余的气态杂质从产物气流中去除，从而制得基本上纯的二氧化碳作为本方法的产物。