[发明专利]用于分离气体混合物的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在一个低温的气体分离过程中由一种绝大部分由二氧化碳(CO₂)及氮气(N₂)组成的原料气体产生二氧化碳产品的方法以及一种用于实施该方法的装置。

背景技术

在工业过程中，通常需要将二氧化碳(CO₂)从含CO₂的气体混合物中分离出去。例如合成粗煤气通常除了包括所需的组成部分即氢气(H₂)和一氧化碳(CO)外还包括大量的CO₂份额，这些CO₂份额必须被从合成粗煤气中除去，所述合成粗煤气被以高的技术标准在制煤气设备中由碳或/和碳氢炉料例如通过与水蒸汽的重整或通过部分的氧化产生。

背景技术是，合成粗煤气受到一个物理上的煤气洗，其中，用一种起物理作用的洗涤剂将CO₂从合成粗煤气中分离出去。该方法提供了优点，因为目前合成粗煤气通常在高压下产生，并且物理的煤气洗的有效性近似线性地随着工作压力提高。

甲醇洗对于合成粗煤气的净化具有特别的意义，在甲醇洗的情况下，被低温冷却的甲醇用作洗涤剂。它利用了这样的事实，即，在低温冷却的甲醇中CO₂的溶解度系数与H₂和CO的溶解度系数以很大的数量级不同。因此，在甲醇洗中，CO₂能很大程度上选择地从合成粗煤气中分离出去，因为在低温冷却的甲醇中二氧化碳能比H₂和CO更好地溶解。在煤气洗时加载了CO₂的甲醇在洗涤过程之后被再生并且又被回输到所述过程中。

为了将CO₂从加载的甲醇中分离出，甲醇洗的洗涤剂再生装置通常包括一个解吸塔(Strippung)，其中使用氮气(N₂)作为解吸气体。根据现有技术，在此产生的气体流、即N₂份额通常为体积的15％的富CO2的气体混合物作为尾气输送到设备附近并且在那里不加以经济利用地排放到大气中。

发明内容

本发明的任务在于，提出一种开头所述类型的方法以及一种用于实施该方法的装置，通过它们允许用少的设备-和经济耗费从来自甲醇洗的洗涤剂再生装置的含二氧化碳和氮气的尾气产生一种经济上有用的二氧化碳产品。

根据本发明，该任务在方法方面通过以下方式解决，即，它具有以下方法步骤：

a)通过原料气体在一个热交换器中的逆着待被蒸发和/或待被升温的过程流的冷却产生一个第一双相混合物；

b)将该第一双相混合物在一个第一分离器中分离为一个第一富N₂的含二氧化碳的气体相和一个第一富CO₂的含氮的液体相；

c)通过第一富CO₂的含氮的液体相经由一个节流机构的减压产生一个第二双相混合物；

d)将该第二双相混合物在一个第二分离器中分离为一个第二富N₂的含二氧化碳的气体相和一个具有二氧化碳产品质量的第二液体相；

e)通过一个第二节流机构使第一富N₂的含二氧化碳的气体相减压并且将减压后的第一和第二富N₂的含二氧化碳的气体相合并为一个第三富N₂的含二氧化碳的气体相；

f)通过第三富N₂的含二氧化碳的气体相经由一个第三节流机构的释放冷量的减压产生用于气体分离过程的峰值冷量，其中，该减压这样进行，使得不形成固体物质；

g)使通过第三富N₂的含二氧化碳的气体相的减压得到的物质流(9)逆着待被冷却的原料气体升温；

h)使具有二氧化碳产品质量的液体相经由一个第四节流机构释放冷量地减压，其中，该减压这样进行，使得不形成固体物质；

i)使通过具有二氧化碳产品质量的液体相经由第四节流机构的减压产生的第三双相混合物逆着待被冷却的原料气体蒸发及冷却；

j)使具有二氧化碳产品质量的第二液体相的未释放冷量地减压的部分逆着待被冷却的原料气体蒸发及冷却；

k)将在方法步骤i)和j)中产生的具有二氧化碳质量的气体相合并为一个二氧化碳产品。

本发明方法的其他构型考虑：

-原料气体通过压缩一种绝大部分由二氧化碳及氮气组成的气体来产生。

-每个具有二氧化碳产品质量的气体相分别在不同的压缩机段的吸入侧输送给一个具有至少两个压缩机段的CO₂-压缩机并且被压缩到产品压力。