[发明专利]二氧化碳的纯化

说明书

技术领域

本发明涉及纯化二氧化碳的方法和设备。具体地讲，本发明涉及通过在低于室温温度和超大气压力下蒸馏从包含至少一种比二氧化碳挥发性小的杂质的粗二氧化碳去除此类杂质。本发明特别应用于从二氧化碳去除硫化氢。

背景技术

来自天然存在的二氧化碳源(例如天然二氧化碳田和天然气沉积物)的二氧化碳在世界的一些地区用于强化采油(EOR)。这些源中的一些包含对管线运输不合乎需要的硫化氢，因为硫化氢有毒性，并且在水存在下有腐蚀性。另外，不希望将硫化氢引入正由EOR工艺提取的原油。

从二氧化碳去除硫化氢的方法已知。例如，US 3,417,572(Pryor, 1968)公开一种处理包含二氧化碳和硫化氢的富氢气体的方法。使硫化氢和二氧化碳冷凝，并从富氢气体分离。然后，将经冷凝气体送到蒸馏塔，用于分离成基本无硫化氢的二氧化碳塔顶蒸气和包含至少10%体积硫化氢的塔底液体。洗涤经分离的富氢气体，以去除任何残余的二氧化碳和硫化氢，然后，也送到蒸馏塔。塔顶蒸气用丙烷制冷剂的外部闭合循环冷凝，并用工艺冷却水使塔底液体再沸。蒸馏塔具有100个塔板，并在约590psia(~41bar)操作，以便塔顶温度为42℉(~6℃)，塔底温度为约45℉(~7℃)。

US 3,643,451(Foucar, 1972)公开一种从酸性气体的浓缩低压混合物制造高纯度高压二氧化碳的方法。将气态混合物压缩，冷却并冷凝，送到蒸馏塔，在此分离成高纯度(至少99.95%)二氧化碳塔顶蒸气和包含经冷凝含硫气体的塔底液体。塔顶蒸气用氨制冷剂的外部闭合循环冷凝，并通过使塔底液体、二氧化碳塔顶液体和外部制冷剂蒸发来提供用于冷却和冷凝进料的制冷负荷。蒸馏塔系统在约300至350psia(~21至24bar)操作，以便塔顶温度为-5至-10℉(~-21至-24℃)，并且塔底物温度为40至70℉(~5至21℃)。在实例中产生97%硫化氢的塔底产物。

WO 81/02291(Schuftan, 1981)公开一种分离气体混合物的方法，所述混合物包含二氧化碳、至少一种具有比二氧化碳更低沸点的气体和至少一种具有比二氧化碳更高沸点的杂质(一般为硫化氢)。使气体混合物冷却，并在第一塔中蒸馏，以产生不含杂质的产品气体和包含杂质的液体馏分。纯二氧化碳在第二蒸馏塔中得到，该塔在略高于二氧化碳的三相点压力(~518kPa)下操作。来自第一塔的液体产物在中间压力闪蒸，以去除溶解的轻杂质，然后进一步减压并且蒸发，之后作为蒸气送到第二塔。二氧化碳塔顶蒸气实际不含杂质，而塔底液体馏分富含杂质，一般包含最高50%体积纯度的硫化合物(主要硫化氢)。回流和再沸通过热泵循环进行，热泵循环用经纯化二氧化碳作为工作流体。使工作流体通过压缩机、热交换器和浸入塔底液体的再沸器，在此冷凝，之后作为回流送回到塔顶部。在约5大气压压力和接近环境温度，在压缩机紧邻的上游从循环二氧化碳抽取基本上纯的二氧化碳产物。

发明内容

本发明的优选实施方案的一个目的是减少从粗二氧化碳去除较小挥发性杂质(例如，硫化氢)的蒸馏过程中消耗的能量，所述蒸馏过程包括热泵循环以提供再沸负荷。

根据本发明的第一方面，提供一种纯化包含至少一种比二氧化碳挥发性小的杂质的粗二氧化碳的方法，所述方法包括将粗二氧化碳进料在低于室温温度下送到在超大气压力操作的蒸馏塔系统，用于分离产生富集二氧化碳的塔顶蒸气和富有所述至少一种杂质的塔底液体；提供富集二氧化碳的液体作为用于蒸馏塔系统的回流；通过间接热交换至少部分使部分塔底液体再沸，以提供用于蒸馏塔系统的蒸气；从蒸馏塔系统去除富集二氧化碳的塔顶蒸气；和从蒸馏塔系统去除另外部分的塔底液体，或从塔底液体得到的液体。通过逆着来自至少一个热泵循环的再循环流体间接热交换，至少部分提供用于蒸馏塔系统的再沸负荷，所述热泵循环用来自所述蒸馏塔系统的包含二氧化碳的流体作为工作流体。再循环流体至少之一具有不同于其它再循环流体的压力。

在优选的实施方案中，通过间接热交换，优选逆着所述再循环流体至少之一，至少部分使来自蒸馏塔中中间位置的液体再沸，以提供用于所述蒸馏塔的另外的蒸气。