[发明专利]用于通过逆升华和融化提取物质的改进方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及分离气体领域，并且目标是优化通过逆升华随后融化来提取(extracting)包含在气体混合物中的一种或多种物质的方法。

逆升华(anti-sublimation)过程对应于一种或多种气体从气相到固相的直接转化(升华过程的反向)。

更特别地，本发明涉及优化包括在多个热交换器上的升华随后融化的结霜(或逆升华)和除霜的过程的管理；执行所述过程要求管理不同的基本操作时间。

背景技术

为了在热交换器上获得物质的逆升华，需要该物质处于低于由其三相点限定的压力的分压，并且还要求热交换器的表面的温度低于该物质的三相点的温度。

多种气体能够经历逆升华过程；CO₂是一种示例。

文献WO 02/060561特别地描述了用于提取存在于来自发电单元的烟中的CO₂的冷冻法，该CO₂在两个热交换器上相继地冷冻随后解冻。

然而，该装置展现了不希望的效果，如在冷冻系统中流动的制冷剂流体的流量的明显变化，以及不希望的能量损失。

如通常的那样，当提取系统的尺寸大时，这些不希望的效果被放大。

作为示例，用于从来自采用煤的发电单元的烟中提取CO₂的系统的体积非常大。应当记得，对于2百万Nm³/h[标准立方米每小时]的烟流量，以44％的热电转换效率产生800MW[兆瓦]的单元散发约620t/h[(公制)吨/小时]的CO₂。因此烟在CO₂结霜热交换器上的流动横截面可以约为1200m²。

在多种工业过程中发现具有相同量级尺寸的提取系统，在这些工业过程中需要气体分离并且流量在100000m³/h[立方米每小时]到数百万m³/h的范围内。

因此，重要的是尽可能地降低制冷剂流体或冷却剂和热交换流体的流量变化，并且还降低通过这种类型的设备的气体混合物的流量变化。

发明内容

因此本发明的主要目标是克服上述问题。

更特别地，本发明提出了一种在提取系统中提取气体混合物中包括的物质的方法，该提取系统包括：

第一供给回路，用于供给用于结霜的制冷剂流体或冷却剂流体；

第二供给回路，用于供给用于除霜的制冷剂流体或热交换流体；

第三供给回路，用于供给气体混合物；和

2N个隔室，N为大于或等于3的整数；

每个隔室包括：

热交换器，能够经由第一对阀交替地连接至所述第一供给回路，以及经由第二对阀连接至所述第二供给回路；

第三对阀，将所述隔室的进口和出口连接至第三供给回路，第三对阀能够控制气体混合物在所述隔室内的热交换器上的运动；和

排气阀，用于排出可能在所述隔室中聚积的剩余气相或与其气相相关的液体；

每个隔室中的气体混合物的处理以循环方式包括下述连续步骤：

结霜步骤，被在第一热交换器温度和第一隔室压力处执行，允许所述物质从气态直接转变为固态，从而在所述热交换器上形成所述物质的固体沉积物，在所述结霜步骤结束时关闭所述第一对阀和第三对阀；

除霜步骤，包括关闭所述隔室，并允许固体沉积物直接转变成气态，随后在热交换器的温度和所述隔室中的压力分别变为高于所述物质的三相点的温度和压力时允许固体沉积物直接转变为液态，从而在所述隔室中聚积所述物质的液相，在除霜步骤结束时关闭第二对阀；

回收步骤，包括打开所述排气阀，以允许提取所述隔室中已经聚积的液相和剩余气相，并且还同时降低所述隔室中的压力以使压力大致返回到所述第一压力；以及

用于降低热交换器的温度的步骤，包括关闭所述第一对阀使得热交换器的温度大致返回到第一温度；

该方法还包括全程排序步骤，该全程排序步骤旨在对每个隔室中的从一个步骤到另一个步骤的转变进行排序，使得经历结霜步骤的隔室的数量以及经历除霜步骤、回收步骤和降温步骤的隔室的总数量都等于N，其中，在第一循环之后，在整个所述方法中满足下述两个条件：

在所述隔室中的至少一个中执行所述结霜步骤、除霜步骤、回收步骤和降温步骤中的每一个步骤；以及

每个隔室执行所述步骤中的由排序步骤指定的一个步骤。

本发明可以用来提取能够经历逆升华过程的物质。