[发明专利]一种回收高纯度二氧化碳的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种从气体来源回收高纯度二氧化碳的方法及其应用。更具体来说，本发明涉及制备高纯度的二氧化碳，其基本不含氮气、氧气、氮氧化物、硫化合物和挥发性有机污染物，特别是苯。本发明还涉及一种从二氧化碳进料物流除去苯的方法，以及所述高纯度二氧化碳在食品中的应用。

发明背景

二氧化碳是一种众所周知的气体，其存在于大气中。通过发酵过程、石灰石煅烧、以及碳和碳化合物的所有形式的燃烧过程，将大量的二氧化碳释放入大气之中。近几十年来，由于温室效应会对未来的气候造成变化，从而引发环境问题，因此，人们对二氧化碳排放的关注度逐渐提高。因此，这些年来，人们进行了大量的工作，意图开发一些方法，从燃烧气体中除去二氧化碳。如果可能的话，随后回收二氧化碳会使得这些方法可以用于商业用途。

一种用来从气体来源回收二氧化碳的常规方法是吸收法，在此方法中，将二氧化碳吸收在吸收剂中。如果在气体源中存在其它的气体，例如氧气，则所述其它气体也会被化学吸收和/或物理吸收。如果使用胺基试剂作为吸收剂，便会发生此种情况。

现有技术中众所周知的是，当含二氧化碳的气体源中包含O₂，以及当链烷醇胺用作吸收剂的时候，所述O₂会在吸收过程中转移到含链烷醇胺的吸收剂中。因此，会由于存在O₂而导致不利的链烷醇胺降解以及腐蚀问题。

许多现有技术的文献涉及了该问题。EP 1059110揭示了一种使用链烷醇胺吸收剂流体回收二氧化碳之类的被吸收物质的系统，其中首先以两步加热过程对加载的吸收剂进行加热，然后将被吸收物质与吸收剂分离，所述加载的吸收剂在所述第一加热步骤之后但在第二加热步骤之前脱氧。所述脱氧是通过减压方式进行的。

在EP 1061045中，描述了一种用来从包含氧气的混合物中回收二氧化碳之类的被吸收物质的系统，其中二氧化碳在包含链烷醇胺的吸收流体中浓缩，氧气从所述吸收流体分离，将二氧化碳从所述吸收流体汽提出来并回收。在此系统中，通过使得包含溶解的氧的加载了二氧化碳的吸收剂与除氧气体逆流传质接触，由此从所述吸收流体中分离氧气。

在其它的情况下，在气体源中，除了O₂以外，还可能存在作为污染物的氮氧化物(也称作NOx)，硫化合物和挥发性有机物。当胺基试剂用作吸收剂的时候，这些污染物也会被化学吸收和/或物理吸收在吸收剂中。

在用来制备高纯度二氧化碳的常规工厂中，所述二氧化碳首先被吸收在吸收剂中，然后所述二氧化碳和吸收剂在汽提塔中分离。但是，在吸收步骤过程中，进料气体中存在的一部分污染物与二氧化碳一起被吸收。当在随后的汽提步骤中将所述二氧化碳与吸收剂分离的时候，一部分吸收的污染物也会与二氧化碳一起释放到汽提出的气体中。所述汽提出的气体将包含一定量的N₂和O₂。

当制备食品级二氧化碳或其它二氧化碳应用的时候，当要求高纯度的时候，必须在下游的装置中从汽提出的气体中除去这些污染物，以便达到所要求的纯度。可以用来除去所述污染物的常规技术包括涤气、氧化、吸附和蒸馏。

对汽提出来的气体进行下游纯化的第一步经常是氧化过程。在此氧化步骤中，将任何存在的NOx氧化为硝酸盐，随后作为液相除去。另外，如果以硫化氢的形式存在硫，则该化合物会被氧化成游离态的硫。不幸的是，所述氧化需要大量的化学试剂。可以使用各种氧化剂。具体来说，人们广泛使用高锰酸钾。但是，此种化学物质具有很高的毒性，另外，因为高锰酸钾可以用来生产炸药，因此有时候此种化学物质的商业用途被禁止。

在下一个下游纯化步骤中，使包含二氧化碳的气体从脱水器中通过。在此脱水器中，吸收掉气体中存在的任何水分，由此从气流中除去水。但是，如果气体中存在任何乙醛和/或挥发性含氧化合物的残余物，这些化合物也会在脱水器中被除去。

在下游纯化的最后一步中，在冷凝器中将气态二氧化碳液化。在冷凝器中，可以除去可能存在的任何残余的NO。但是，对于任何残余的NO₂则不可如此进行。实际上，如果当气体到达冷凝器的时候，其中包含NO₂，或者如果在冷凝器中产生任何NO₂，例如通过NO的氧化，则所述NO₂会在冷凝器中转移到液相，因此几乎不可能被除去。

另外，二氧化碳物流可能包含各种量的挥发性有机化合物，例如苯，由于规章限制和内部标准，必须将这些挥发性有机化合物的含量减小到低达十亿分之几(ppb)的水平。