[发明专利]一种高纯度二氧化碳气体提纯方法及其装置

说明书

本发明属于气体分离技术领域，具体为高纯度二氧化碳气体提纯方法及装置。本发明采用平衡吸附机理的二氧化碳吸附剂的变压吸附技术，在较低压力下自吸附相获得高纯度二氧化碳，并耦合增压、制冷、除水及二氧化碳液化，以获得高纯度液态二氧化碳作为产品气；其中，通过循环进料二氧化碳产品气置换床层内气相组分，以获得更高纯度的二氧化碳与水蒸汽的混合气；在对称运行的两组或多组床层之间设计气体回收回路，将吸附分离过程产生的废气的一部分回流到对称分离床层，以提高系统回收率；产品气体的一部分将回流到吸附床层的进料端以置换气相中的不纯气体。本发明能从含15%左右的二氧化碳混合气中提纯获得60～99.9%的二氧化碳气体。

技术领域

本发明属于气体分离技术领域，具体涉及一种低分压二氧化碳混合气的提纯方法及其装置。

背景技术

变压吸附(PSA)是一种重要的、具有广泛应用的气体分离方法，如变压吸附干燥、变压吸附制氧、制氮等等，通常，采用不同的吸附剂，可基于平衡吸附或动力学分离特性的变压吸附方法分离不同的混合气从而获得所需的组分。

二氧化碳(CO₂)是导致全球气候变化的主要温室气体，CO₂的捕集、利用与封存已成为国际社会关注的热点问题之一。炼钢、水泥、化工(如合成氨、制氢、天然气净化)等工业领域都存在大量的CO₂排放。目前我国对燃烧产生的烟气中的CO₂回收措施主要是通过化学吸收、变温再生方法将烟气中的CO₂分离，再通过压缩、液化、精制等手段得到工业级或食品级CO₂产品，系统工艺复杂，投资大、设备占地大，尤其小型化系统，没有简单、可行、有效的解决方案。

发明内容

鉴于以上情况，针对燃烧化学反应过程产生的烟气，其背景气体中通常含有氮气、氧气、水分，是一种含氮、氧、水分的二氧化碳混合气，本发明提出以非深冷空分技术手段祛除其中的氮气、氧气与水分，从而获得高纯度二氧化碳的方法及装置。

本发明提出的高纯度二氧化碳的提纯方法，是采用基于平衡吸附机理的二氧化碳吸附剂的变压吸附技术，在较低压力下自吸附相获得高纯度的二氧化碳，并耦合增压、制冷、除水及二氧化碳液化，以获得高纯度液态二氧化碳作为产品气，其中：

基于平衡吸附机理的变压吸附技术，是在吸附床层装填二氧化碳吸附剂，相对于氮气、氧气组分，吸附剂对原料气中的水分、二氧化碳具有较强的吸附能力，在床层吸附饱和后通过解吸获得高纯度的二氧化碳与水蒸汽的混合气；

并且，通过循环进料更高纯度的二氧化碳产品气置换床层内气相组分，可在床层吸附饱和后通过解吸获得更高纯度的二氧化碳与水蒸汽的混合气；

并且，本发明中，在对称运行的两组或多组床层之间设计了气体回收回路，以最大限度的减少目标气体的损失，提高回收率；

并且，本发明中，将吸附分离过程产生的废气的至少一部分回流到对称分离床层，有利于对称分离床层的升压过程以及减少解吸过程的功率消耗，提高系统回收率；

并且，本发明中，产品气体的至少一部分将回流到吸附床层的进料端以置换气相中的不纯气体；

并且，本发明中，采用前述提纯工艺，优选从典型烟道气中含15%左右的二氧化碳混合气中，提纯获得60～99.9%的二氧化碳纯度，更优选的获得60～85%的二氧化碳纯度；

并且，本发明中，后续耦合的产品二氧化碳气体增压过程，采用两级制冷以分别达成祛除水分与液化二氧化碳的目的，其中，优选在3～7.5MPa压力下以第一级制冷（典型的，可以冷冻干燥机）祛除其中的水分，以达成常压露点-65℃的工艺目的，与传统技术大都在前端将原料气首先进行的脱水过程不同，本发明结合二氧化碳本身所需升压过程在此工位进行祛除水分；