CN103373729B

CN103373729B - 二氧化碳的纯化

Info

Publication number: CN103373729B
Application number: CN201310149170.1A
Authority: CN
Inventors: P.希金博萨姆; J.E.帕拉马拉
Original assignee: Air Products and Chemicals Inc
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2033-04-26
Also published as: CA2813434A1; US20130283851A1; EP2656898A2; AU2013202864A1; EP2656898A3; AU2013202864B2; CA2813434C; CN103373729A

Abstract

通过本发明的方法将比二氧化碳挥发性小的杂质，例如硫化氢，从粗二氧化碳去除，所述方法包括在超大气压力操作的蒸馏塔系统中低于室温蒸馏所述粗二氧化碳，以产生富集二氧化碳的塔顶蒸气和富有所述杂质的塔底液体。在这些方法包括至少一个热泵循环的情况下，当方法在热泵循环中使用多于一种再循环压力时，实现显著的功率消耗节省。

Description

二氧化碳的纯化

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，US3,417,572(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℃)。

US3,643,451(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。

WO81/02291(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。

本发明的第一方面包括一种方法，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；从蒸馏塔系统去除富集二氧化碳的塔顶蒸气，并通过间接热交换温热至少部分的富集二氧化碳的塔顶蒸气，以产生经温热富集二氧化碳的气体；压缩包含经温热富集二氧化碳的气体的第一工作流体，以产生至少一种经压缩富集二氧化碳的气体；通过间接热交换冷却和至少部分冷凝作为第一再循环流体的至少部分的经压缩富集二氧化碳的气体，以产生富集二氧化碳的流体；使富集二氧化碳的流体膨胀，以产生经膨胀富集二氧化碳的流体，并将经膨胀富集二氧化碳的流体送到所述蒸馏塔系统，其至少部分用作回流；压缩来自所述蒸馏塔系统的包含富二氧化碳气体的第二工作流体，以产生至少一种第二再循环流体；通过间接热交换冷却并任选冷凝至少部分第二再循环流体，以产生经冷却富二氧化碳流体；在根据需要膨胀后，将至少部分经冷却富二氧化碳流体送到蒸馏塔系统；通过间接热交换至少部分使部分塔底液体再沸，以产生用于蒸馏塔系统的蒸气；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。通过逆着第一和第二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，第一再循环流体具有不同于第二再循环流体的压力。

在一些优选的实施方案中，将经压缩富集二氧化碳的气体分成至少第一部分和第二部分，其中第一部分为第一再循环流体，其中第二部分为富二氧化碳气体，用于压缩产生第二再循环流体。

在其它优选的实施方案中，从蒸馏塔系统中中间位置去除富二氧化碳蒸气，并通过间接热交换温热以产生富二氧化碳气体，用于压缩产生第二再循环流体。

优选通过间接热交换至少部分使来自所述蒸馏塔系统中中间位置的液体再沸，以提供用于所述蒸馏塔系统的另外的蒸气。

本发明的第一方面也包括一种方法，所述方法包括将粗二氧化碳进料在低于室温温度下送入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；通过间接热交换使部分的富集二氧化碳的塔顶蒸气冷凝，以提供用于蒸馏塔系统的回流；从所述蒸馏系统去除另外部分的富集二氧化碳的塔顶蒸气；从蒸馏塔系统中中间位置去除富二氧化碳液体，并使液体膨胀，以产生经膨胀富二氧化碳液体；通过间接热交换使经膨胀富二氧化碳液体温热并蒸发；压缩包含经温热富二氧化碳气体的工作流体，以产生至少一种经压缩富二氧化碳气体作为第一再循环流体，和至少一种另外的经压缩富二氧化碳气体作为第二再循环流体；通过间接热交换冷却并任选至少部分冷凝第一再循环流体，以产生经冷却第一富二氧化碳流体；将经冷却第一富二氧化碳流体与粗二氧化碳流体合并，以产生用于蒸馏塔系统的粗二氧化碳进料；通过间接热交换冷却并至少部分冷凝第二再循环流体，以产生经冷却第二富二氧化碳流体；使经冷却第二富二氧化碳流体膨胀，以产生经膨胀富二氧化碳流体；将经膨胀富二氧化碳流体与选自富二氧化碳液体、经膨胀富二氧化碳液体和经温热富二氧化碳气体的流体合并；通过间接热交换至少部分使部分塔底液体再沸，以产生用于蒸馏塔系统的蒸气；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。通过逆着第一和第二再循环流体间接热交换，至少部分提供再沸负荷。另外，在其中经膨胀富二氧化碳流体与经温热富二氧化碳气体合并的实施方案中，经膨胀富二氧化碳流体首先通过间接热交换(例如，逆着塔顶蒸气)温热并蒸发，以产生用于与经温热富二氧化碳气体的合并的另外的经温热富二氧化碳气体。

本发明的方法可与其中产生包含硫化氢作为杂质的粗二氧化碳流的上游分离集成。适合的上游分离公开于US7,883,569(和相关专利)和WO81/02291。

根据本发明的第二方面，提供用于进行第一方面的方法的设备。所述设备包括：用于在超大气压力操作的蒸馏塔系统，所述蒸馏塔系统用于在低于室温温度下分离粗二氧化碳进料，以产生富集二氧化碳的蒸气和富有所述至少一种杂质的塔底液体；第一热交换器配置，所述热交换器配置用于通过间接热交换温热至少部分的富集二氧化碳的塔顶蒸气，以产生经温热富集二氧化碳的气体；导管配置，用于从蒸馏塔系统去除富集二氧化碳的塔顶蒸气，并将蒸气送到第一热交换器配置；第一压缩机系统，所述压缩机系统用于压缩经温热富集二氧化碳的气体，以产生至少一种经压缩富集二氧化碳的气体；第二热交换器配置，所述热交换器配置用于通过间接热交换冷却和至少部分冷凝作为第一再循环流体的至少部分的经压缩富集二氧化碳的气体，以产生富集二氧化碳的流体；第一膨胀装置，所述膨胀装置用于使富集二氧化碳的流体膨胀，以产生经膨胀富集二氧化碳的流体，用于送到蒸馏塔系统作为回流；第二压缩机系统，所述压缩机系统用于压缩来自所述蒸馏塔系统的富二氧化碳气体，以产生至少一种第二再循环流体；第三热交换器配置，所述热交换器配置用于通过间接热交换冷却和任选冷凝至少部分第二再循环流体，以产生经冷却富二氧化碳流体，用于送到蒸馏塔系统；任选的膨胀装置，所述膨胀装置用于使经冷却富二氧化碳流体膨胀，以在送到蒸馏塔系统之前产生经膨胀富二氧化碳流体；第四热交换器配置，所述热交换器配置用于通过逆着循环流至少之一间接热交换至少部分使塔底液体再沸，以产生用于蒸馏塔系统的蒸气；和导管配置，用于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。第一和第二压缩机系统能够分别将经温热富集二氧化碳的气体和富二氧化碳气体压缩到不同压力。

在一些优选的实施方案中，设备包括导管配置，所述导管配置用于将经压缩富集二氧化碳的气体从第一压缩机系统作为进料送到第二压缩机系统。

在其它优选的实施方案中，设备包括：第五热交换器配置，所述热交换器配置用于通过间接热交换温热富二氧化碳蒸气，以产生经温热富二氧化碳气体；导管配置，用于将富二氧化碳蒸气从所述蒸馏塔系统中中间位置送到第五热交换器配置；和导管配置，用于将经温热富二氧化碳气体从第五热交换器配置送到第二压缩机系统。

优选设备包括第六热交换器配置，所述热交换器配置用于至少部分使来自蒸馏塔系统中中间位置的液体再沸，以提供用于蒸馏塔系统的另外的蒸气。

同样根据本发明的第二方面，提供一种设备，所述设备包括：用于在超大气压力操作的蒸馏塔系统，所述蒸馏塔系统用于在低于室温温度下分离粗二氧化碳进料，以产生富集二氧化碳的蒸气和富有所述至少一种杂质的塔底液体；第一热交换器配置，所述热交换器配置用于通过间接热交换冷却并部分冷凝富集二氧化碳的塔顶蒸气，以产生至少部分冷凝的富集二氧化碳的塔顶蒸气，作为用于所述蒸馏塔系统的回流；导管配置，用于从蒸馏塔系统去除富集二氧化碳的塔顶蒸气；第一膨胀装置，所述膨胀装置用于使富二氧化碳液体膨胀，以产生经膨胀富二氧化碳液体；导管配置，用于将富二氧化碳液体从所述蒸馏塔系统中中间位置送到第一膨胀装置；第二热交换配置，所述热交换配置用于通过间接热交换温热和蒸发经膨胀富二氧化碳液体，以提供经温热富二氧化碳气体；压缩机系统，所述压缩机系统用于压缩包含经温热富二氧化碳气体的工作流体，以产生经压缩富二氧化碳气体作为第一再循环流体，和至少一种另外的经压缩富二氧化碳气体作为第二再循环流体；第三热交换系统，所述热交换系统用于通过间接热交换冷却和任选至少部分冷凝第一再循环流体，以产生经冷却第一富二氧化碳流体；导管配置，用于将经冷却第一富二氧化碳流体与粗二氧化碳流体合并，以产生用于蒸馏塔系统的粗二氧化碳进料；第四热交换配置，所述热交换配置用于通过间接热交换冷却第二再循环流体，以产生经冷却第二富二氧化碳流体；第二膨胀装置，所述膨胀装置用于使经冷却第二富二氧化碳流体膨胀，以产生经膨胀富二氧化碳流体；导管配置，用于将经膨胀富二氧化碳流体与选自富二氧化碳液体、经膨胀富二氧化碳液体和经温热富二氧化碳气体的流体合并；第五热交换器配置，所述热交换器配置用于通过逆着再循环流至少之一间接热交换而至少部分使部分塔底液体再沸，以产生用于蒸馏塔系统的蒸气；和导管配置，用于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。在其中经膨胀富二氧化碳流体与经温热富二氧化碳气体合并的实施方案中，设备包括第六热交换器配置，所述热交换器配置用于通过间接热交换温热经膨胀富二氧化碳流体，以产生用于与经温热富二氧化碳气体的合并的另外的经温热富二氧化碳气体。

在优选的实施方案中，设备包括第七热交换器配置，所述热交换器配置用于至少部分使来自蒸馏塔系统中中间位置的液体再沸，以提供用于蒸馏塔系统的另外的蒸气。

热交换器配置优选为在单一主热交换器内的通道，虽然可设想用以得到等价的总体效果的其它配置，包括串联或并联的热交换器网络。

本发明的优选实施方案的一个优势是减少总功率消耗到显著程度，导致资本和操作成本相关地减少。

另外，由于杂质浓度显著增加并因此相关显著减少塔内的塔底液体存料，使用中间再沸器具有使在再沸器下方提供的蒸馏塔系统的直径减小的作用。减小塔直径提供资本成本的另外节省，使得能够使用具有较小覆盖区(footprint)的设备，这在空间非常珍贵的情况下可能是关键的。

附图说明

图1为描绘包括单热泵循环的用于纯化粗二氧化碳的方法的流程图，单热泵循环包括富集二氧化碳的塔顶蒸气作为工作流体，并在单一再循环压力下操作，图1涉及比较性实施例；

图2为描绘包括单热泵循环的本发明的第一实施方案的流程图，单热泵循环使用富集二氧化碳的塔顶蒸气作为工作流体，并在两个不同再循环压力下操作；

图3为描绘图2中所绘实施方案的改进配置的流程图，其中蒸馏塔系统包括中间再沸器；

图4为描绘图3中所绘实施方案的改进配置的流程图，其中已消除蒸馏塔系统的分离器S1和S2；

图5为描绘图3中所绘实施方案的包括剖分式塔(splitcolumn)的改进配置的流程图；

图6为描绘图5中所绘实施方案的包括不同再沸器系统的改进配置的流程图；

图7为描绘图3中所绘实施方案的改进配置的流程图，其中吹扫已消除；

图8为描绘图7中所绘实施方案的改进配置的流程图，其中工艺的进料为饱和蒸气，而不是液体；

图9为描绘图8中所绘实施方案的不同改进配置的流程图，其中工艺的进料为蒸气；

图10为描绘图8中所绘实施方案的另一个改进配置的流程图，其中工艺的进料为蒸气；

图11为描绘图3中所绘实施方案的改进配置的流程图，其中蒸馏塔系统包括双塔；

图12为描绘本发明的第二实施方案的流程图，包括使用富集二氧化碳的塔顶蒸气作为工作流体的第一热泵循环，和使用粗二氧化碳工作流体的第二热泵循环；和

图13为描绘本发明的第三实施方案的流程图，包括使用在两个不同再循环压力下操作的粗二氧化碳工作流体的单热泵循环。

具体实施方式

本发明包括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。

粗二氧化碳一般包含至少50%摩尔二氧化碳，例如，至少65%摩尔二氧化碳，优选至少80%摩尔二氧化碳。粗二氧化碳一般包含不大于99%摩尔二氧化碳，例如，不大于95%摩尔。在优选的实施方案中，粗二氧化碳包含约85%摩尔至约95%摩尔二氧化碳。

比二氧化碳挥发性小的一般杂质包括硫化氢、丙烷和甲醇。然而，本发明特别应用于从粗二氧化碳去除硫化氢。粗二氧化碳中较小挥发性杂质的总浓度一般显著小于50%摩尔，例如，小于20%摩尔，通常小于10%摩尔。

粗二氧化碳进料可包含比二氧化碳更大挥发性的杂质。这些杂质包括甲烷和不可冷凝气体，例如，氮。这些杂质倾向于浓缩在本发明方法的二氧化碳产物中，二氧化碳产物可经进一步处理，以去除这些杂质。

在最宽方面，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，以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。

“低于室温温度”是指温度低于正常环境温度，根据设备的季节和地理位置，正常环境温度一般为约-10℃至约40℃。进料的温度一般低于0℃，例如，不大于-10℃，优选低于-20℃。进料的温度一般不低于-55℃，例如，不低于-40℃。

术语“超大气压力”是指压力高于大气压力，大气压力一般约1bar。一般蒸馏塔系统的操作压力必须高于约5.2bar的二氧化碳三相点压力，优选蒸馏塔系统的操作压力为至少10bar。操作压力一般不大于40bar，例如不大于30bar。在优选的实施方案中，操作压力为约10bar至约25bar。

操作压力的优选下限10bar保证蒸馏塔系统不必在太冷的温度操作，并且轻杂质(例如，甲烷)倾向于在塔顶液体中变得更易溶。优选上限25bar意味着蒸馏塔系统在充分远离临界压力下操作，用于在塔内的液压参数舒适。

除非另外明确说明，本文中对压力的所有引用是指绝对压力，而不是表压。

蒸馏塔系统可包括单塔，塔的两个部分均在相同压力操作的剖分式塔，或各塔在不同压力操作的多个塔。在后一种情况下，所有操作压力均在以上所给的优选范围内。

蒸馏塔系统也可包括至少一个蒸气/液体分离器，以从用于塔系统的回流液体分离蒸气组分，和/或对从塔系统所取的部分再沸液体产生的用于塔系统的蒸气分离液体组分。

富集二氧化碳的塔顶蒸气具有比粗二氧化碳进料更大的二氧化碳浓度。塔顶蒸气中二氧化碳的浓度一般为至少90%摩尔，例如，至少95%摩尔，优选至少98%摩尔。塔顶蒸气优选为含0或基本0的任何较小挥发性杂质的基本上纯的二氧化碳。

塔底液体包含在粗二氧化碳进料中存在的至少基本所有且优选所有的任何较小挥发性杂质。在优选的实施方案中，蒸馏塔系统塔底区段中的蒸气流减小，这使塔系统塔底区段的直径减小。从而在有较高浓度挥发性杂质时显著减少塔底液体的总存料。液体存料量减少意味着在设备灾难性故障的情况下，有较少液体存料漏出。在较小挥发性杂质或者较小挥发性杂质中超过一种、至少一种为毒性时，例如，在杂质为硫化氢的情况下，此优势特别重要。

所述方法也提供富集二氧化碳的液体作为用于蒸馏塔系统的回流，并且部分塔底液体至少部分通过间接热交换再沸，以提供用于蒸馏塔系统的蒸气。将富集二氧化碳的塔顶蒸气从蒸馏塔系统去除，作为是另外部分的塔底液体或者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。

“热泵循环”是指一种循环，通过该循环，热能从处于较低温度的热源转移到处于较高温度的受热器。热泵循环使用工作流体，在此情况下，工作流体为来自蒸馏塔系统的包含二氧化碳的流体。一般将工作流体从蒸馏塔系统去除，温热，压缩，并在适当冷却和减压后再循环到蒸馏塔系统。通过与从蒸馏塔系统取的液体间接热交换，用经压缩流体或再循环流体提供再沸负荷。再循环流体由于提供再沸负荷而冷却到一定程度，但一般在返回到蒸馏塔系统之前需要进一步冷却。

在优选的实施方案中，热源为塔顶蒸气，塔顶蒸气在低于再沸器(受热器)的温度冷凝。然而，发明人已观察到，通过在热泵循环中压缩塔顶蒸气，蒸气使热量转移到再沸器，并且在高于再沸器的温度冷凝。

工作流体一般选自富集二氧化碳的塔顶流体或从蒸馏塔系统中的中间位置取的粗二氧化碳流体。

本发明包括在不同压力的至少两种再循环流体。压差显著，一般为至少10%级别，例如至少25%或甚至至少50%，虽然压差通常不大于200%，例如，不大于100%。在绝对意义上，压差可至少为2bar，例如，至少5bar，优选至少10bar。压差通常不大于50bar，优选不大于30bar。

在一些优选的实施方案中，方法包括至少包含第一再循环流体和第二再循环流体的单热泵循环，第二再循环流体具有大于第一再循环流体的压力。

第一再循环流体的压力一般为约15bar至约30bar。

第二再循环流体的压力一般为约20bar至约70bar。

在一些实施方案中，工作流体包含由间接热交换温热富集二氧化碳的塔顶蒸气产生的富集二氧化碳的气体。温热富集二氧化碳的塔顶蒸气所需的至少部分负荷可通过逆着任何适合的“温热”工艺流间接热交换来提供，但优选通过逆着再循环流体至少之一间接热交换来提供。在优选的实施方案中，压缩机进料逆着压缩机产物温热，因此，热交换器两侧上的流是相同的。在这些实施方案中，第一再循环流体和第二再循环流体两者均用于使塔顶蒸气温热。

再循环流体一般在适当减压后再循环到蒸馏塔系统中适合的位置。在蒸馏塔系统中适合的位置一般在塔中组成匹配再循环流体组成处。在工作流体为富集二氧化碳的流体时，经冷凝再循环流体一般作为回流再循环到蒸馏塔系统。

第一再循环流体与第二再循环流体的摩尔流速比由流体所需的负荷决定。一般摩尔流速比为约0.1(即，1:10)至约15(即，15:1)。在一些优选的实施方案中，该比为约3(即，3:1)至约12(即，12:1)。在其它优选的实施方案中，比为约0.2(即，1:5)至约1(即，1:1)。

在其它实施方案中，工作流体包含在适当减压后由间接热交换使从所述蒸馏塔系统中中间位置取的“中间”液体蒸发所产生的粗二氧化碳气体。“中间”液体为粗二氧化碳流。在优选的实施方案中，从与塔系统的主进料位置至少基本水平的位置去除中间液体。在这些实施方案中，中间液体的组成通常至少基本与粗二氧化碳进料的组成相同。在这些实施方案中，工作流体也可包含由间接热交换温热富集二氧化碳的塔顶蒸气所产生的富集二氧化碳的气体。

使所述“中间”液体蒸发所需的至少部分负荷也可由任何适合的“温热”工艺流提供。优选通过逆着来自蒸馏塔系统的冷凝塔顶蒸气间接热交换使中间液体蒸发。

在这些其它实施方案中，第一再循环流体优选作为蒸馏塔系统的进料的一部分而再循环，另外或者供选，第二再循环流体优选在适当减压后作为热泵循环的工作流体的一部分而再循环。

方法可至少包括第一热泵循环和第二热泵循环，各热泵循环包括至少一种再循环流体。在这些实施方案中，第一热泵循环的再循环流体，或者在第一热泵循环具有多于一种再循环流体的情况下，再循环流体至少之一，具有大于第二热泵循环的再循环流体的压力。

第一热泵循环的工作流体优选包括由间接热交换温热富集二氧化碳的塔顶蒸气所产生的富集二氧化碳的气体。温热富集二氧化碳的塔顶蒸气所需的至少部分负荷可通过逆着任何适合的“温热”工艺流间接热交换来提供，虽然在优选的实施方案中通过逆着再循环流体至少之一间接热交换来提供。第一热泵循环的再循环流体的压力一般为约15bar至约60bar。

第二热泵循环的工作流体优选包括由间接热交换温热从蒸馏塔系统中间位置取的“中间”蒸气所产生的粗二氧化碳气体。“中间”蒸气为粗二氧化碳流体。在优选的实施方案中，从与塔系统的主进料位置至少基本水平的位置去除中间蒸气。在这些实施方案中，中间蒸气的组成通常与粗二氧化碳进料的组成至少基本相同。

温热所述“中间”蒸气所需的至少部分负荷可通过逆着任何适合的“温热”工艺流间接热交换来提供，虽然在优选的实施方案中通过逆着再循环流体至少之一间接热交换来提供。

如在其它实施方案中那样，在适当减压(如果需要)后，再循环流通常再循环到蒸馏塔系统中适合的位置。关于这一点，第一再循环流体优选冷凝，并在减压后再循环到蒸馏塔系统的顶部，以提供回流。第二再循环流体通常在适当减压后(如果需要)再循环到与塔系统的主进料位置至少基本水平的塔系统中中间位置。在其中蒸馏塔系统包括双塔配置的优选实施方案中，第二热泵循环的工作流体为来自较低压力塔的中间塔顶蒸气，并且在不用减压下再循环到较高压力塔的底部。

第二热泵循环的再循环流体的压力优选为约10bar至约25bar，例如，再循环流体再循环到的蒸馏塔系统的部分的操作压力。

通过间接热交换至少部分使来自蒸馏塔系统中中间位置的液体再沸，以提供用于蒸馏塔系统的另外的蒸气。至少部分再沸负荷可通过逆着任何适合“温热”工艺流间接热交换来提供，虽然在优选的实施方案中通过逆着再循环流体至少之一间接热交换来提供，例如，第一再循环流体，其因此至少部分冷凝。

中间再沸器的优势是，只需要将塔顶蒸气的一部分(一般<10%)压缩到加热塔底再沸器所需的较高压力，同时只需要将其余部分压缩到较低压力，由此显著减少功率消耗。中间再沸器的另一个优势是，在硫化氢浓度快速增加的情况下，可显著减小低于它的塔直径，以便能够减少高毒性硫化氢的存料。

可从过程吹扫(purge)部分工作流体，以防止更大挥发性杂质(例如，甲烷)和不可冷凝气体(例如，氮)积累。

在一些优选的实施方案中，优选在适当减压后通过至少一种再循环流体冷凝液(一般，经冷凝的塔顶蒸气)提供用于蒸馏塔系统的回流。在其它实施方案中，通过塔顶冷凝器配置提供用于塔的回流，该配置中塔顶蒸气至少部分通过逆着至少一种“冷”工艺流(例如，再沸的塔底流体)间接热交换而冷凝，并返回到塔系统。通过逆着任何适合的“冷”工艺流间接热交换，可提供冷却和至少部分冷凝至少一种再循环流体所需的制冷负荷。

“制冷负荷”是指过程所需的冷却负荷和冷凝负荷(如果适用)。

“冷工艺流”是指其温度低于要冷却和冷凝(在适当时)的流体并且其压力适合提供必需的间接热交换的工艺内任何流体流。适合的“冷”工艺流包括在冷端进入主热交换的流。在优选的实施方案中，通过逆着选自富集二氧化碳的液体、塔底液体、从塔底液体得到的液体和经膨胀粗二氧化碳流体的至少一种流体间接热交换来提供负荷。

粗二氧化碳进料优选为从二氧化碳天然源得到的粗二氧化碳流体，并且在送到蒸馏塔系统之前膨胀。在膨胀前，粗二氧化碳流体通常处于超临界压力和次临界温度。

“超临界压力”是指大于二氧化碳临界压力(即，73.9bar)的压力。粗二氧化碳流体的压力可以为约100bar至约200bar。

“次临界温度”是指低于二氧化碳临界温度(即，31.1℃)的温度。粗二氧化碳流体的温度一般不大于30℃，例如不大于20℃，优选不大于15℃。温度通常不小于-20℃，例如，不小于-10℃，优选不小于0℃。在一些实施方案中，温度约为二氧化碳的“泡点”，即，二氧化碳在指定压力下开始沸腾的温度。在其它实施方案中，温度处于或高于二氧化碳的露点。

在膨胀之前，粗二氧化碳流体可通过间接热交换冷却。冷却粗二氧化碳流体所需的至少部分制冷负荷可通过与任何适合的制冷剂流间接热交换来提供，虽然在优选的实施方案中，通过逆着选自富集二氧化碳的液体、塔底液体、从塔底液体得到的液体和经膨胀粗二氧化碳流体的至少一种“冷”工艺流间接热交换来提供。

经膨胀粗二氧化碳优选用作“冷”工艺流提供过程所用的制冷负荷。或者，可将经膨胀粗二氧化碳流体直接送到蒸馏塔流，而不通过间接热交换提供制冷负荷。

进料一般从超临界粗二氧化碳液体得到，并且产生富集二氧化碳的液体作为产物。在这些实施方案中，一般将富集二氧化碳的液体从蒸馏塔系统去除，泵压，并通过间接热交换温热，以产生经温热富集二氧化碳的液体作为产物。温热经泵压富集二氧化碳的液体所需的至少部分负荷可通过逆着任何适合“温热”工艺流间接热交换来提供，虽然在优选的实施方案中通过逆着再循环流体至少之一间接热交换来提供。

经泵压富集二氧化碳的液体优选用作“冷”工艺流，以提供过程的制冷负荷。

进料可从粗二氧化碳蒸气得到，并且产生富集二氧化碳的气体作为产物。在这些实施方案中，一般通过间接热交换温热部分富集二氧化碳的蒸气，以产生富集二氧化碳的气体。温热所述富集二氧化碳的塔顶蒸气所需的至少部分负荷可通过与任何适合“温热”工艺流间接热交换来提供，虽然在优选的实施方案中通过逆着再循环流体至少之一间接热交换来提供。

富集二氧化碳的塔顶蒸气优选用作“冷”工艺流，以提供过程的制冷负荷。

通常泵压另外部分的塔底液体或从塔底液体得到的液体，并通过间接热交换温热，以提供富杂质的废液体。温热经泵压塔底液体所需的至少部分负荷可通过逆着任何“温热”工艺流间接热交换来提供，虽然在优选的实施方案中通过逆着再循环流体至少之一间接热交换来提供。

另外部分的塔底液体或从塔底液体得到的液体一般用作“冷”工艺流，以提供过程的制冷负荷。

可用外部制冷循环提供过程所需的至少部分制冷负荷。然而，在优选的实施方案中，过程为自动制冷，即，制冷负荷不通过外部制冷循环提供。

方法的特别优选的实施方案包括：

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；

从所述蒸馏塔系统去除所述富集二氧化碳的塔顶蒸气，并通过间接热交换温热至少部分所述富集二氧化碳的塔顶蒸气，以产生经温热富集二氧化碳的气体；

压缩包含所述经温热富集二氧化碳的气体的第一工作流体，以产生至少一种经压缩富集二氧化碳的气体；

通过间接热交换冷却并至少部分冷凝至少部分所述经压缩富集二氧化碳的气体作为第一再循环流体，以产生富集二氧化碳的流体；

使所述富集二氧化碳的流体膨胀，以产生经膨胀富集二氧化碳的流体，并将所述经膨胀富集二氧化碳的流体送到所述蒸馏塔系统，其至少部分用作回流；

压缩包含来自所述蒸馏塔系统的富二氧化碳气体的第二工作流体，以产生至少一种第二再循环流体；

通过间接热交换冷却并任选冷凝至少部分所述第二再循环流体，以产生经冷却富二氧化碳流体；

在根据需要膨胀后，将至少部分所述经冷却富二氧化碳流体提供到所述蒸馏塔系统；

通过间接热交换至少部分使部分所述塔底液体再沸，以产生用于所述蒸馏塔系统的蒸气；和

从所述蒸馏塔系统去除另外部分的所述塔底液体或从塔底液体得到的液体，

其中通过逆着所述第一和第二再循环流体间接热交换，至少部分提供用于所述蒸馏塔系统的再沸负荷，所述第一再循环流体具有不同于所述第二再循环流体的压力。

在这些实施方案中，可将经压缩富集二氧化碳的气体分成至少第一部分和第二部分，其中第一部分为第一再循环流体，其中第二部分为富二氧化碳气体，用于压缩产生第二再循环流体。

或者，可从蒸馏塔系统中中间位置去除富二氧化碳蒸气，并通过间接热交换温热产生富二氧化碳气体，用于压缩产生第二再循环流体。

优选通过间接热交换至少部分使来自蒸馏塔系统中中间位置的液体再沸，以提供用于蒸馏塔系统的另外的蒸气。

在其它特别优选的实施方案中，方法包括：

通过间接热交换使部分所述富集二氧化碳的塔顶蒸气冷凝，以提供用于所述蒸馏塔系统的回流；

从所述蒸馏系统去除另外部分的所述富集二氧化碳的塔顶蒸气；

从所述蒸馏塔系统中中间位置去除富二氧化碳液体，并使所述液体膨胀，以产生经膨胀富二氧化碳液体；

通过间接热交换温热并蒸发所述经膨胀富二氧化碳液体，以产生经温热富二氧化碳气体；

压缩包含所述经温热富二氧化碳气体的工作流体，以产生至少一种经压缩富二氧化碳气体作为第一再循环流体，和至少一种另外的经压缩富二氧化碳气体作为第二再循环流体；

通过间接热交换冷却并任选至少部分冷凝所述第一再循环流体，以产生经冷却第一富二氧化碳流体；

将所述经冷却第一富二氧化碳流体与粗二氧化碳流体合并，以产生用于蒸馏塔系统的所述粗二氧化碳进料；

通过间接热交换冷却并至少部分冷凝所述第二再循环流体，以产生经冷却第二富二氧化碳流体；

使所述经冷却第二富二氧化碳流体膨胀，以产生经膨胀富二氧化碳流体；

将所述经膨胀富二氧化碳流体与选自所述富二氧化碳液体、所述经膨胀富二氧化碳液体和所述经温热富二氧化碳气体的流体合并；

通过逆着至少一种“温热”工艺流间接热交换至少部分使部分所述塔底液体再沸，以产生用于所述蒸馏塔系统的蒸气；和

其中通过逆着所述第一和第二再循环流体间接热交换至少部分提供所述再沸负荷，并且，在其中所述经膨胀富二氧化碳流体与所述经温热富二氧化碳气体合并的实施方案中，所述经膨胀富二氧化碳流体首先通过间接热交换温热并蒸发，以产生用于与所述经温热富二氧化碳气体的所述合并的另外的经温热富二氧化碳气体。

关于本发明任何方面所述的所有特征可用于本发明的任何其它方面。

现在进一步参考图1中所绘的比较工艺和图2至13中所绘本发明的优选实施方案描述本发明。

图1描绘包括具有单一再循环流体的热泵循环的比较工艺。过程的进料为包含约91%摩尔二氧化碳和约7%摩尔硫化氢的液体，其余由甲烷、丙烷和甲醇组成。液体具有约45bar的压力和在接近其泡点的温度9℃。可在从天然气去除酸性气体(例如二氧化碳和硫化氢)的工艺中制备该进料流。

必要时，可在进入冷过程之前将进料干燥(例如，在包含硅胶或氧化铝的床中)。使液体进料流100在热交换器HE1中低温冷却(为了使过程更有效)，以产生经冷却进料液体流102，流102在密流体膨胀机E1中膨胀，以回收能量，并产生经膨胀流体流104。膨胀机E1可用节流阀代替，或者可具有与它串联或并联的阀。

用经膨胀流体在热交换器HE1中提供制冷负荷，从而产生粗二氧化碳气体流106，将流106送到蒸馏塔系统的塔C1，在此分离成包含约99%摩尔二氧化碳的富集二氧化碳塔顶蒸气和包含约72%摩尔硫化氢的塔底液体。来自进料的任何轻杂质，例如甲烷，将集中在塔顶蒸气中。在此过程中，塔在约13bar的压力操作。

通过在热交换器HE1中间接热交换而部分使塔底液体的部分180再沸，以产生双相流182。在所绘配置中，再沸器为外部一次通过式(oncethrough)再沸器。然而，可使用其它类型再沸器，例如热虹吸或下流(downflow)再沸器，并且可位于塔C1中。

可将双相流直接送回到塔C1，以提供用于蒸馏过程的上升蒸气。然而，在该图所绘的实施方案中，蒸馏塔系统包括蒸气/液体分离器S2，并将双相流182送回到该分离器，在此分离蒸气和液体组分。蒸气组分作为流184送到塔C1，从塔底液体得到的液体组分作为流186送到泵P3，在此泵压到约48bar的压力。然后，经泵压的液体流188通过在热交换器HE1中间接热交换温热，以产生经温热的液体流190。液体在热交换器HE1中不蒸发，因为它已被泵压。经温热的液体进一步在泵P4中泵压，以提供约208bar压力的经泵压的废液体流192。废液体的组成为约94%摩尔硫化氢和约6%摩尔二氧化碳，并有微量丙烷和甲醇。

在此过程中，热泵循环的工作流体从塔C1作为富集二氧化碳的塔顶蒸气取出。关于这一点，塔顶蒸气从塔C1去除，并在热交换器HE1中温热，以产生经温热富集二氧化碳的塔顶气体流114。在此过程中，塔顶蒸气的第一流110从塔C1的顶部去除，并通过在热交换器HE1中间接热交换而温热，以产生经温热塔顶气体第一流112。塔顶蒸气的第二流140从另外的蒸气/液体分离器S1去除，并通过在热交换器HE1中间接热交换而温热，以产生经温热塔顶气体第二流142。经温热塔顶气体的第二流142的至少部分144与塔顶气体的第一流112合并，以形成经温热富集二氧化碳的塔顶气体流114。然而，本领域的技术人员应很容易理解，(i)来自分离器S1的蒸气组分与来自塔C1的塔顶蒸气的合并可在热交换器HE1的冷端处进行，并且(ii)分离器S1可容易地消除，并且可从塔C1的顶部去除所有的塔顶蒸气(例如，参见图4)。可从过程吹扫经温热塔顶气体的第二流142的部分146，以防止更大挥发性杂质(例如，甲烷)不合乎需要地积累。

经温热塔顶气体在压缩机系统中压缩，以产生经压缩富集二氧化碳的气体的再循环流130。

应注意到，虽然图1中的压缩机系统被描绘为具有两级CP1和CP2，但也可使用具有单级或多级的其它压缩机系统。重点是，不考虑如何将流压缩，该比较工艺的热泵循环只有单一再循环流体，因此，只有单一再循环压力，在此情况下为约33bar。

还应注意到，不仅在图1，在图2至13中描绘的压缩机系统也可包括中间冷却器和/或后冷却器，即使这些特征未在图中明确显示。

通过在热交换器HE1中间接热交换，用再循环流体130提供再沸负荷，从而至少部分使塔底液体流180再沸。通过在热交换器HE1中间接热交换，使再循环流体进一步冷却和冷凝，以产生经冷凝再循环流体流132，然后跨膨胀阀V2膨胀，以产生具有蒸气组分和液体组分的经膨胀富集二氧化碳的流体流134。如上提到，可将该流直接送到塔C1，以提供回流(例如，参见图4)。然而，图1中所绘蒸馏塔系统包括用于分离蒸气和液体组分的另外的分离器S1。用蒸气组分140提供用于热泵循环的部分工作流体(见上)，并用液体组分的部分152对塔C1提供回流。

使用具有吹扫的回流分离器允许通过提高所需的冷凝器温度和降低驱动中间再沸器所需的压力来减小功率消耗。与重新压缩所用的功率消耗比较，根据回收的二氧化碳的价值，可将任何经吹扫蒸气重新压缩成二氧化碳产物流并回收。

将富集二氧化碳的液体的另外部分154从蒸馏塔系统去除，在泵P1中泵压，以产生约80bar压力的经泵压富集二氧化碳的液体流156。然后，通过在热交换器HE1中间接热交换来温热经泵压液体156，以产生经温热富集二氧化碳的液体流158，流158进一步在泵P2中泵压，以产生约153bar压力的液体二氧化碳产物流160。液体二氧化碳产物基本为纯二氧化碳(约99%摩尔)，代表约99.5%的二氧化碳回收。二氧化碳产物160为适用于通过管线输送或用于EOR的适合形式。

冷却和冷凝(在适当时)再循环流体130和液体进料100所需的制冷负荷通过逆着富集二氧化碳的塔顶蒸气(流110&140)、经泵压富集二氧化碳的液体(流156)、从塔底液体得到的经泵压液体(流188)、经膨胀流体进料(流104)和塔底液体(流180)间接热交换来提供。在过程中不使用外部制冷，因此，可将过程描述为“自动制冷”的。

虽然流体之间的所有间接热交换指示为在单一热交换器HE1(例如，铝板翅式热交换器)中进行，但本领域的技术人员应理解，可用多于一个热交换器实现具体工艺流之间必需的热转移。

本发明的优选实施方案描绘于图2至13中。可将这些实施方案看作为图1中所绘比较工艺的改进。所示例的实施方案具有与图1中所绘比较工艺和图2至13中所绘其它实施方案共同的特征。给予这些工艺之间共同的特征相同的参考数字。为方便起见，未提供这些共同特征的进一步讨论。以下为不同特征的讨论。

在图2中，在第一压缩机系统CP1中压缩经温热富集二氧化碳的气体流114，以产生约16bar的经压缩富集二氧化碳的气体流116。将流116分成子流118和120。用子流120作为第一再循环流体。将子流118进一步在第二压缩机系统CP2中压缩，以提供约28bar压力的第二再循环流体流130。流120和130的摩尔流速比为约2:5(即，约0.4)。

通过在热交换器HE1中间接热交换，用再循环流体流120和130二者提供再沸负荷，并使二者冷却和冷凝，以分别形成经冷凝富集二氧化碳的流体流122和132。流体分别跨膨胀阀V1和V2膨胀到相同压力，即，塔C1的操作压力，以分别产生经膨胀流体124和134。如前提到，可将经膨胀流体直接送到塔C1，以提供回流。然而，在此实施方案中，经膨胀流体合并以形成流126，然后送到分离器S1，以分离蒸气和液体组分。

在此实施方案中，再循环流体120通过主要逆着经膨胀进料液体104间接热交换而冷却和冷凝，再循环流体130通过主要逆着再沸塔底液体180间接热交换而冷却和冷凝。

在图3中，从塔C1中中间位置取的液体流170从塔C1去除，并且在热交换器HE1中至少部分再沸。将再沸器描绘为外部一次通过再沸器。然而，再沸器可以在塔内部，和/或者可使用其它类型再沸器，例如热虹吸或下流再沸器。

用于使中间液体再沸的负荷同样由再循环流体122和132提供。流122和132的摩尔流速比为约10:1(即，约10)。用于塔C1的沸腾负荷主体由该中间再沸器提供。

将在图3的流程图中产生的产物泵压到使它们不蒸发的足够高压力。使它们在主热交换器中温热，但不在热交换器的耗费受不利影响的此高压。在供选的结构中，进料可以为蒸气，并且在那种情况下，其部分可膨胀到塔，部分可冷凝和作为液体膨胀。在此情况下，可使来自塔的经泵压产物在热交换器中在适合的压力和温度蒸发，以使进料冷凝。

虽然进料显示为在送到塔C1之前在主交换器HE1中蒸发，但这不必需，并且可只部分蒸发，或者作为液体送入。在此情况下，为了在塔内提供等价的沸腾，中间再沸器负荷将增加。

在图4中描绘的流程图为在图3中所绘流程图的改型，其中已从蒸馏塔系统省略分离器S1和S2。因此，将经再沸塔底液体182和经膨胀富集二氧化碳的流体126直接送到塔C1。

在图5中描绘的流程图为在图3中所绘流程图的改型，其中蒸馏塔系统包括剖分式塔C1，塔的两个部分均具有相同操作压力。蒸气进料106送到塔C1的上面部分。来自塔C1的上面部分的塔底液体不仅作为在热交换器HE1中再沸的“中间”液体170，而且在塔C1的下面部分中提供回流。来自塔C1的下面部分的塔顶蒸气与进料蒸气106一起送到塔C1的上面部分。

在图6中描绘的流程图为在图5中所绘流程图的改型，其中中间再沸器的配置是不同的。关于这一点，通过在热交换器HE1中间接热交换而部分使来自塔C1的上面部分的塔底液体再沸。因此，流172具有液体组分和蒸气组分，两种组分在第三蒸气/液体分离器S3中分离。液体组分作为回流送到塔C1的下面部分，蒸气组分送到塔C1的上面部分。来自塔C1的下面部分的塔顶蒸气送到塔C1的上面部分。

在图7中描绘的流程图为在图3中所绘流程图的改型，其中吹扫流146省略。来自分离器S1的塔顶蒸气与来自塔C1的塔顶蒸气合并，以形成富集二氧化碳的塔顶蒸气流140。

在图8中描绘的流程图为在图3中所绘流程图的改型，其中对工艺的进料100为饱和蒸气形式。使进料100在膨胀机E1中膨胀，而不首先使进料通过在热交换器HE1中间接热交换冷却。到塔C1的经膨胀进料106为约13%冷凝液。来自塔C1的塔顶蒸气作为工作流体用于热泵循环，如图3中那样。然而，所有的经再循环富集二氧化碳的液体作为回流送到塔C1，均不从蒸馏塔系统去除形成液体二氧化碳产物。相反，使来自塔C1的塔顶蒸气的部分111与在分离器S1中分离的蒸气组分合并，以形成富集二氧化碳的蒸气流156，蒸气流156通过在热交换器HE1中间接热交换温热，以产生经温热富集二氧化碳的气体流158。气体在压缩机系统CP3中压缩，并在泵P2中泵压，以形成约110bar压力的气态二氧化碳产物流160。

在图9中描绘的流程图为在图8中所绘流程图的改型，其中对工艺的蒸气进料100在膨胀前通过在热交换器HE1中间接热交换来冷却，然后经膨胀流104在送到塔C1前通过在热交换器HE1中间接热交换而温热。

在图10中描绘的流程图为在图9中所绘流程图的改型，其中经膨胀流104直接送到塔C1，不用首先在热交换器HE1中温热。

在图11中描绘的流程图为在图3中所绘流程图的改型，其中蒸馏塔系统包括双塔配置，其中第一塔C1在高于第二塔C2的压力操作。进料106处于第一塔C1的操作压力。将进料分开，第一部分直接送到第一塔C1，第二部分跨膨胀阀V6减压，然后送到第二塔C2。

将到第一塔C1的进料分离成中间塔顶蒸气和塔底液体。中间塔顶蒸气用于使第二塔C1中的塔底液体再沸，因此自身冷凝。经冷凝流跨膨胀阀V3减压，然后用于对第二塔C2提供回流。

将到第二塔C2的进料分离成富集二氧化碳的塔顶蒸气和中间塔底液体，中间塔底液体被送到第一塔C1。第二塔C2与第一塔C1相比被升高。因此，中间塔底液体的压力由静压头升高。然而，可用泵(未显示)提高中间塔底液体的压力。

在图12中描绘的流程图类似于图6中所绘流程图，虽然不是象图6中的剖分式塔C1，图12中的流程图包括双塔，其中第一塔C1在高于第二塔C2的压力操作。另外，图12的流程图包括两个单独的热泵循环，各产生单一再循环流体，而不是象图6中那样产生两个再循环流体的单热泵循环。

用于第一热泵循环的工作流体为来自第一塔C1的富集二氧化碳的塔顶蒸气，其通过在热交换器HE1中间接热交换温热，然后在第一压缩机系统CP1中压缩，以产生第一再循环流体120。

来自第二塔C2的中间塔顶蒸气不象图6中那样送到第一塔C1。相反，用于第二热泵循环的工作流体为从第二塔C2取的中间塔顶蒸气200，中间塔顶蒸气200通过在热交换器HE1中间接热交换温热，然后在第二压缩机系统CP4中压缩，以产生在第一塔C1的操作压力的第二再循环流体。

再沸负荷通过在热交换器HE1中再循环流体和来自蒸馏塔系统中两个塔的塔底液体之间的间接热交换来提供。

再循环流体进一步通过在热交换器HE1中间接热交换来冷却。来自第一再循环流的富集二氧化碳的液体122跨膨胀阀V1膨胀，并在蒸气/液体分离后，将液体组分156作为回流送到第一塔C1。在冷却后第二再循环流体的粗二氧化碳流体206被送到第一塔。

来自分离器S3的液体组分176的压力跨膨胀阀V7下降，之后该液体作为回流送到第二塔C2。

在图13中描绘的流程图为在图3中所绘流程图的改型。在图3中，在热泵循环中的工作流体为富集二氧化碳的塔顶蒸气。在图13中使用粗二氧化碳流体。关于这一点，将粗二氧化碳液体流210从塔C1的中间位置去除，并与再循环流236合并(见下)形成合并流212，合并流212跨膨胀阀V4减压，以产生经膨胀流214。经膨胀流214通过在热交换器HE1中间接热交换温热和蒸发，以产生粗二氧化碳气体流216，流216与经温热富集二氧化碳的塔顶蒸气144(见下)合并，以产生富二氧化碳气体流218。

富二氧化碳气体218在第一压缩机系统CP4中压缩，以产生经压缩气体220，将经压缩气体220分成第一再循环流222和第二部分230。将第二部分进一步在第二压缩机系统CP5中压缩，以产生第二再循环流232。

用于塔C1的再沸负荷通过在热交换器HE1中逆着两个再循环流间接热交换来提供，然后两个再循环流进一步通过间接热交换来冷却。将经进一步冷却的第一再循环流224与粗二氧化碳进料106合并，以提供用于塔C1的经合并进料226。使经进一步冷却的第二再循环流234跨膨胀阀V5膨胀，经膨胀液体236与从塔C1取的粗二氧化碳液体210合并。

蒸馏塔系统包括塔顶冷凝器配置，在其中塔顶蒸气110去除，并且通过在热交换器HE1中间接热交换来部分冷凝。将部分冷凝流111送到蒸气/液体分离器S1，在此使蒸气和液体组分分离。用液体组分对塔C1提供回流(流152)，和提供液体二氧化碳产物(流154至160)。蒸气组分140通过在热交换器HE1中间接热交换温热，以产生流142到塔顶气体。将塔顶气体的部分144与经温热粗二氧化碳气体216合并。可从过程中吹扫另外的部分146。

本发明的方面包括：

#1.一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：

提供富集二氧化碳的液体作为用于所述蒸馏塔系统的回流；

通过间接热交换至少部分使部分所述塔底液体再沸，以提供用于所述蒸馏塔系统的蒸气；

从所述蒸馏塔系统去除富集二氧化碳的塔顶蒸气；和

从所述蒸馏塔系统去除另外部分的所述塔底液体，或从塔底液体得到的液体，

其中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，至少部分提供用于所述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，所述再循环流体至少之一具有不同于其它再循环流体的压力。

#2.#1的方法，所述方法包括至少包含第一再循环流体和第二再循环流体的单热泵循环，所述第二再循环流体具有大于所述第一再循环流体的压力。

#3.#2的方法，其中所述第二再循环流体的压力比所述第一再循环流体的压力大至少10%。

#4.#2或#3的方法，其中所述第一再循环流体的压力为约15bar至约30bar。

#5.#2至#4中任一项的方法，其中所述第二再循环流体的压力为约20bar至约70bar。

#6.#2至#5中任一项的方法，其中所述工作流体包含由间接热交换温热所述富集二氧化碳的塔顶蒸气所产生的富集二氧化碳的气体。

#7.#6的方法，其中温热所述富集二氧化碳的塔顶蒸气所需的至少部分负荷通过逆着所述再循环流体至少之一间接热交换来提供。

#8.#2至#7中任一项的方法，其中所述再循环流体在适当减压后再循环到所述蒸馏塔系统中适合的位置。

#9.#2至#8中任一项的方法，其中所述第一再循环流体与所述第二再循环流体的摩尔流速比为约0.1(即，1:10)至约10(即，10:1)。

#10.#9的方法，其中所述比为约3(即，3:1)至约10(即，10:1)。

#11.#2的方法，其中所述工作流体包含在适当减压后由间接热交换使从所述蒸馏塔系统中中间位置取的“中间”液体蒸发所产生的粗二氧化碳气体。

#12.#11的方法，所述方法包括通过间接热交换至少部分使富集二氧化碳的塔顶蒸气冷凝，以产生至少部分冷凝的富集二氧化碳的塔顶蒸气，作为用于所述蒸馏塔系统的所述回流。

#13.#12的方法，其中冷却和至少部分冷凝所述富集二氧化碳的塔顶蒸气所需的至少部分负荷通过逆着至少一种“冷”工艺流间接热交换来提供。

#14.#11至#13中任一项的方法，其中蒸发所述“中间”液体所需的至少部分负荷通过逆着所述再循环流体至少之一间接热交换来提供。

#15.#11至#14中任一项的方法，其中所述“中间”液体具有至少基本与所述粗二氧化碳进料相同的组成。

#16.#11至#15中任一项的方法，其中所述第一再循环流体作为所述进料的部分而再循环到所述蒸馏塔系统。

#17.#11至#16中任一项的方法，其中所述第二再循环流体在适当减压后作为用于所述热泵循环的所述工作流体的一部分而再循环。

#18.#1的方法，所述方法至少包括第一热泵循环和第二热泵循环，各热泵循环包括至少一种再循环流体，所述第一热泵循环的所述再循环流体，或者在第一热泵循环具有多于一种再循环流体时所述再循环流体至少之一，具有大于所述第二热泵循环的再循环流体的压力。

#19.#18的方法，其中所述第一热泵循环的所述再循环流体的压力比所述第二热泵循环的所述再循环流体的压力大至少10%。

#20.#18或#19的方法，其中所述第一热泵循环的所述再循环流体的压力为约15bar至约60bar。

#21.#18至#20中任一项的方法，其中所述第一热泵循环的所述工作流体包含由间接热交换温热所述富集二氧化碳的塔顶蒸气所产生的富集二氧化碳的气体。

#22.#21的方法，其中温热所述富集二氧化碳的塔顶蒸气所需的至少部分负荷通过逆着所述再循环流至少之一间接热交换来提供。

#23.#18至#22中任一项的方法，其中所述第二热泵循环的所述再循环流体的压力为约10bar至约25bar。

#24.#18至#23中任一项的方法，其中所述第二热泵循环的所述工作流体包含由间接热交换温热从所述蒸馏塔系统的中间位置取的“中间”蒸气所产生的粗二氧化碳气体。

#25.#24的方法，其中温热所述“中间”蒸气所需的至少部分负荷通过逆着所述再循环流体至少之一间接热交换来提供。

#26.#24或#25的方法，其中所述粗二氧化碳气体具有至少基本与所述粗二氧化碳进料相同的组成。

#27.#18至#26中的方法，其中所述再循环流在根据需要适当减压后再循环到所述蒸馏塔系统中适合的位置。

#28.#1至#27中任一项的方法，其中通过间接热交换至少部分使来自所述蒸馏塔系统中中间位置的液体再沸，以提供用于所述蒸馏塔系统的另外的蒸气。

#29.#28的方法，其中至少部分再沸负荷通过逆着所述再循环流体至少之一间接热交换来提供。

#30.#1至#29中任一项的方法，其中从所述过程吹扫部分所述工作流体。

#31.#1至#30中任一项的方法，其中用于所述蒸馏塔系统的所述回流通过至少一种再循环流体冷凝液在适当减压后提供。

#32.#31的方法，其中冷却和至少部分冷凝至少一种再循环流体所需的制冷负荷通过逆着至少一种“冷”工艺流间接热交换来提供。

#33.#1至#32中任一项的方法，其中用于所述蒸馏塔系统的所述回流通过经冷凝塔顶蒸气来提供。

#34.#33的方法，其中冷却和至少部分冷凝塔顶蒸气所需的制冷负荷通过逆着至少一种“冷”工艺流间接热交换来提供。

#35.#1至#34中任一项的方法，其中所述粗二氧化碳进料为从二氧化碳天然源得到的粗二氧化碳流体，并且在送到所述蒸馏塔系统之前膨胀。

#36.#35的方法，其中在所述膨胀前，所述粗二氧化碳流体处于超临界压力和次临界温度。

#37.#35或#36的方法，其中在膨胀之前，所述粗二氧化碳流体通过间接热交换来冷却。

#38.#37的方法，其中冷却所述粗二氧化碳流体所需的至少部分负荷通过逆着至少一种“冷”工艺流间接热交换来提供。

#39.#35至#38中任一项的方法，其中所述经膨胀粗二氧化碳作为“冷”工艺流用于提供所述过程所用的制冷负荷。

#40.#35至#38中任一项的方法，其中所述经膨胀粗二氧化碳流体直接送到所述蒸馏塔系统。

#41.#1至#40中任一项的方法，其中所述进料从超临界粗二氧化碳液体得到，并且富集二氧化碳的液体作为产物产生。

#42.#41的方法，其中将所述富集二氧化碳的液体从所述蒸馏塔系统去除，泵压，并通过间接热交换温热，以作为所述产物产生经温热富集二氧化碳的液体。

#43.#42的方法，其中温热所述经泵压富集二氧化碳的液体所需的至少部分负荷通过逆着所述再循环流体至少之一间接热交换来提供。

#44.#42或#43的方法，其中所述经泵压富集二氧化碳的液体作为“冷”工艺流用于提供过程所用的制冷负荷。

#45.#1至#40中任一项的方法，其中所述进料从粗二氧化碳蒸气得到，并且富集二氧化碳的气体作为产物产生。

#46.#45的方法，其中通过间接热交换温热部分所述富集二氧化碳的蒸气，以产生所述富集二氧化碳的气体。

#47.#46的方法，其中温热所述富集二氧化碳的塔顶蒸气所需的至少部分负荷通过逆着所述再循环流体至少之一间接热交换来提供。

#48.#46或#47的方法，其中所述富集二氧化碳的塔顶蒸气作为“冷”工艺流用于提供过程所用的制冷负荷。

#49.#1至#48的方法，其中泵压所述另外部分的塔底液体或所述从塔底液体得到的液体，并通过间接热交换温热，以提供富杂质的废液体。

#50.#49的方法，其中温热所述经泵压塔底液体所需的至少部分负荷通过逆着所述再循环流体至少之一间接热交换来提供。

#51.#49或#50的方法，其中所述另外部分的所述塔底液体或所述从塔底液体得到的液体作为“冷”工艺流用于提供过程所用的制冷负荷。

#52.#1至#51中任一项的方法，其中所述蒸馏塔系统的操作压力为约10bar至约25bar。

#53.#1至#52中任一项的方法，其中所述至少一种杂质为硫化氢(H₂S)。

#54.#1至#53中任一项的方法，其中所述方法为自动制冷的。

#55.一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：

压缩来自所述蒸馏塔系统的包含富二氧化碳气体的第二工作流体，以产生至少一种第二再循环流体；

在根据需要膨胀后，将至少部分所述经冷却富二氧化碳流体送到所述蒸馏塔系统；

#56.#55的方法，其中将所述经压缩富集二氧化碳的气体分成至少第一部分和第二部分，其中所述第一部分为所述第一再循环流体，其中所述第二部分为所述富二氧化碳气体，用于压缩产生所述第二再循环流体。

#57.#55或#56的方法，其中从蒸馏塔系统中中间位置去除富二氧化碳蒸气，并通过间接热交换温热产生所述富二氧化碳气体，用于压缩产生所述第二再循环流体。

#58.#55至#57中任一项的方法，其中通过间接热交换至少部分使来自所述蒸馏塔系统中中间位置的液体再沸，以提供用于所述蒸馏塔系统的另外的蒸气。

#59.一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：

其中通过逆着所述第一和第二再循环流体间接热交换至少部分提供所述再沸负荷，并且其中，在其中所述经膨胀富二氧化碳流体与所述经温热富二氧化碳气体合并的实施方案中，所述经膨胀富二氧化碳流体首先通过间接热交换温热并蒸发，以产生用于与所述经温热富二氧化碳气体的所述合并的另外的经温热富二氧化碳气体。

#60.一种进行#55的方法的设备，所述设备包括：

用于在超大气压力操作的蒸馏塔系统，所述蒸馏塔系统用于在低于室温温度下分离粗二氧化碳进料，以产生富集二氧化碳的蒸气和富有所述至少一种杂质的塔底液体；

第一热交换器配置，用于通过间接热交换温热至少部分所述富集二氧化碳的塔顶蒸气，以产生经温热富集二氧化碳的气体；

导管配置，用于从所述蒸馏塔系统去除富集二氧化碳的塔顶蒸气，并将所述蒸气送到所述第一热交换器配置；

第一压缩机系统，用于压缩所述经温热富集二氧化碳的气体，以产生至少一种经压缩富集二氧化碳的气体；

第二热交换器配置，用于通过间接热交换冷却和至少部分冷凝作为第一再循环流体的至少部分所述经压缩富集二氧化碳的气体，以产生富集二氧化碳的流体；

第一膨胀装置，用于使所述富集二氧化碳的流体膨胀，以产生经膨胀富集二氧化碳的流体，用于送到所述蒸馏塔系统作为回流；

第二压缩机系统，用于压缩来自所述蒸馏塔系统的富二氧化碳气体，以产生至少一种第二再循环流体；

第三热交换器配置，用于通过间接热交换冷却和任选冷凝至少部分所述第二再循环流体，以产生经冷却富二氧化碳流体，用于送到所述蒸馏塔系统；

任选的膨胀装置，用于使所述经冷却富二氧化碳流体膨胀，以在送到所述蒸馏塔系统之前产生经膨胀富二氧化碳流体；

第四热交换器配置，用于通过逆着所述再循环流至少之一间接热交换而至少部分使所述塔底液体再沸，以产生用于所述蒸馏塔系统的蒸气；和

导管配置，用于从所述蒸馏塔系统去除另外部分的所述塔底液体，或从塔底液体得到的液体，

其中所述第一和第二压缩系统能够分别将所述经温热富集二氧化碳的气体和所述富二氧化碳气体压缩到不同压力。

#61.#60的设备，所述设备包括导管配置，所述导管配置用于将经压缩富集二氧化碳的气体从所述第一压缩机系统作为进料送到所述第二压缩机系统。

#62.#60的设备，所述设备包括：

第五热交换器配置，用于通过间接热交换温热富二氧化碳蒸气，以产生经温热富二氧化碳气体；

导管配置，用于将富二氧化碳蒸气从所述蒸馏塔系统中中间位置送到所述第五热交换器配置；和

导管配置，用于将经温热富二氧化碳气体从所述第五热交换器配置送到所述第二压缩机系统。

#63.#60至#62中任一项的设备，所述设备包括第六热交换器配置，所述热交换器配置用于至少部分使来自所述蒸馏塔系统中中间位置的液体再沸，以提供用于所述蒸馏塔系统的另外的蒸气。

#64.用于进行#59的方法的设备，所述设备包括：

第一热交换器配置，用于通过间接热交换冷却和至少部分冷凝所述富集二氧化碳的塔顶蒸气，以产生至少部分冷凝的富集二氧化碳的塔顶蒸气，作为用于所述蒸馏塔系统的回流；

导管配置，用于从所述蒸馏塔系统去除富集二氧化碳的塔顶蒸气；

第一膨胀装置，用于使富二氧化碳液体膨胀，以产生经膨胀富二氧化碳液体；

导管配置，用于将富二氧化碳液体从所述蒸馏塔系统中中间位置送到所述第一膨胀装置；

第二热交换配置，用于通过间接热交换温热和蒸发所述经膨胀富二氧化碳液体，以提供经温热富二氧化碳气体；

压缩机系统，用于压缩包含所述经合并富二氧化碳气体的工作流体，以产生经压缩富二氧化碳气体作为第一再循环流体，和至少一种另外的经压缩富二氧化碳气体作为第二再循环流体；

第三热交换系统，用于通过间接热交换冷却和任选至少部分冷凝所述第一再循环流体，以产生经冷却第一富二氧化碳流体；

导管配置，用于将所述经冷却第一富二氧化碳流体与粗二氧化碳流体合并，以产生用于蒸馏塔系统的所述粗二氧化碳进料；

第四热交换配置，用于通过间接热交换冷却所述第二再循环流体，以产生经冷却第二富二氧化碳流体；

第二膨胀装置，用于使所述经冷却第二富二氧化碳流体膨胀，以产生经膨胀富二氧化碳流体；

导管配置，用于将所述经膨胀富二氧化碳流体与选自所述富二氧化碳液体、所述经膨胀富二氧化碳液体和所述经温热富二氧化碳气体的流体合并；

第五热交换器配置，用于通过逆着所述再循环流至少之一间接热交换而至少部分使部分所述塔底液体再沸，以产生用于所述蒸馏塔系统的蒸气；和

其中，在其中所述经膨胀富二氧化碳流体与所述经温热富二氧化碳气体合并的实施方案中，所述设备包括第六热交换器配置，所述热交换器配置用于通过间接热交换温热经膨胀富二氧化碳流体，以产生用于与所述经温热富二氧化碳气体的所述合并的另外的经温热富二氧化碳气体。

#65.#60至#64中任一项的设备，其中所述热交换器配置是在单一主热交换器内的通道。

比较性实施例

用AspenPlus(7.2版本)软件由计算机模型化图1中所绘的流程图，关键流的热和物料衡算数据在表1中提供。在模型中，吹扫流146具有0流量。

根据模型化，比较性实施例的过程消耗总共17,054kW能量。该图为压缩机CP1和CP2(15,278kW)和泵P1至P4(1935kW)所需的功率的总和减去进料膨胀机E1(160kW)回收的功率。

实施例1

同样用AspenPlus(7.2版本)软件由计算机模型化图2中所绘的流程图，关键流的热和物料衡算数据在表2中提供。在模型中，吹扫流具有0流量。

根据模型化，本发明的该实施方案消耗总共15,671kW，表明总功率与比较性实施例相比节省1,383kW或约8.1%。该节省的主体由通过第二压缩机系统CP2的气体流量减少引起压缩二氧化碳气体作为热泵循环所用工作流体所需的功率减少而得到。

实施例2

同样用AspenPlus(7.2版本)软件由计算机模型化图3中所绘的流程图，关键流的热和物料衡算数据在表3中提供。在模型中，吹扫流具有0流量。

根据模型化，本发明的该实施方案消耗总共9,933kW，表明总功率与比较性实施例相比节省7,121kW或约41.8%。该节省的主体由引入中间再沸器减少压缩二氧化碳气体作为热泵循环所用工作流体所需的功率得到，该中间再沸器显著减少需要进一步在第二压缩机系统CP2中压缩的塔顶蒸气的量。

实施例3

同样用AspenPlus(7.2版本)软件由计算机模型化图8中所绘的流程图，关键流的热和物料衡算数据在表4中提供。在模型中，吹扫流具有0流量。

根据模型化，本发明的该实施方案消耗总共14,334kW，表明总功率与比较性实施例相比节省2,720kW或约15.9%。二氧化碳产物压缩机的另外的功率需求大于改进的热泵循环所致功率减少的补偿。

虽然已参考附图中所绘的优选实施方案描述了本发明，但应了解，在本发明的精神或范围内各种改进也是可能的。

在本说明书中，除非另外明确指明，词“或者”在满足所述条件任一或两者时操作者返回真值的意义上使用，与只需要满足条件之一的操作者“唯一性或者”相反。词“包含”在“包括”的意义上使用，而不意味“由…组成”。以上所有在先教导均通过引用结合到本文中。不应将本文中的任何在先公开文献的确认认为是认可或表示其教导在当日在澳大利亚或其它地方为公知常识。

Claims

1.一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：

提供富集二氧化碳的液体作为用于所述蒸馏塔系统的回流；

从所述蒸馏塔系统去除富集二氧化碳的塔顶蒸气；和

2.权利要求1的方法，所述方法包括至少包含第一再循环流体和第二再循环流体的单热泵循环，所述第二再循环流体具有大于所述第一再循环流体的压力。

3.权利要求2的方法，其中所述第二再循环流体的压力比所述第一再循环流体的压力大至少10%。

4.权利要求2的方法，其中所述第一再循环流体的压力为15bar至30bar。

5.权利要求2的方法，其中所述第二再循环流体的压力为20bar至70bar。

6.权利要求2的方法，其中所述工作流体包含由间接热交换温热所述富集二氧化碳的塔顶蒸气所产生的富集二氧化碳的气体。

7.权利要求6的方法，其中温热所述富集二氧化碳的塔顶蒸气所需的至少部分负荷通过逆着所述再循环流至少之一间接热交换来提供。

8.权利要求2的方法，其中所述再循环流体在适当减压后再循环到所述蒸馏塔系统中适合的位置。

9.权利要求2的方法，其中所述第一再循环流体与所述第二再循环流体的摩尔流速比为0.1至10。

10.权利要求9的方法，其中所述比为3至10。

11.权利要求2的方法，其中所述工作流体包含在适当减压后由间接热交换使从所述蒸馏塔系统中中间位置取的“中间”液体蒸发所产生的粗二氧化碳气体。

12.权利要求11的方法，所述方法包括通过间接热交换至少部分使富集二氧化碳的塔顶蒸气冷凝，以产生至少部分冷凝的富集二氧化碳的塔顶蒸气，作为用于所述蒸馏塔系统的所述回流。

13.权利要求12的方法，其中至少部分冷凝所述富集二氧化碳的塔顶蒸气所需的至少部分负荷通过逆着至少一种“冷”工艺流间接热交换来提供。

14.权利要求11的方法，其中蒸发所述“中间”液体所需的至少部分负荷通过逆着所述再循环流体至少之一间接热交换来提供。

15.权利要求11的方法，其中所述“中间”液体具有至少基本与所述粗二氧化碳进料相同的组成。

16.权利要求11的方法，其中所述第一再循环流体作为所述进料的部分而再循环到所述蒸馏塔系统。

17.权利要求11的方法，其中所述第二再循环流体在适当减压后作为用于所述热泵循环的所述工作流体的一部分而再循环。

18.权利要求1的方法，所述方法包括至少第一热泵循环和第二热泵循环，各热泵循环包括至少一种再循环流体，所述第一热泵循环的所述再循环流体，或者在第一热泵循环具有多于一种再循环流体时所述再循环流体至少之一，具有大于所述第二热泵循环的再循环流体的压力。

19.权利要求18的方法，其中所述第一热泵循环的所述再循环流体的压力比所述第二热泵循环的所述再循环流体的压力大至少10%。

20.权利要求18的方法，其中所述第一热泵循环的所述再循环流体的压力为15bar至60bar。

21.权利要求18的方法，其中所述第一热泵循环的所述工作流体包含由间接热交换温热所述富集二氧化碳的塔顶蒸气所产生的富集二氧化碳的气体。

22.权利要求21的方法，其中温热所述富集二氧化碳的塔顶蒸气所需的至少部分负荷通过逆着所述再循环流至少之一间接热交换来提供。

23.权利要求18的方法，其中所述第二热泵循环的所述再循环流体的压力为10bar至25bar。

24.权利要求18的方法，其中所述第二热泵循环的所述工作流体包含由间接热交换温热从所述蒸馏塔系统的中间位置取的“中间”蒸气所产生的粗二氧化碳气体。

25.权利要求24的方法，其中温热所述“中间”蒸气所需的至少部分负荷通过逆着所述再循环流体至少之一间接热交换来提供。

26.权利要求24的方法，其中所述粗二氧化碳气体具有至少基本与所述粗二氧化碳进料相同的组成。

27.权利要求18的方法，其中所述再循环流在根据需要适当减压后再循环到所述蒸馏塔系统中适合的位置。

28.权利要求1的方法，其中通过间接热交换至少部分使来自所述蒸馏塔系统中中间位置的液体再沸，以提供用于所述蒸馏塔系统的另外的蒸气。

29.权利要求28的方法，其中至少部分再沸负荷通过逆着所述再循环流体至少之一间接热交换来提供。

30.权利要求1的方法，其中从所述方法吹扫部分所述工作流体。

31.权利要求1的方法，其中用于所述蒸馏塔系统的所述回流通过至少一种再循环流体冷凝液在适当减压后提供。

32.权利要求31的方法，其中冷却和至少部分冷凝至少一种再循环流体所需的制冷负荷通过逆着至少一种“冷”工艺流间接热交换来提供。

33.权利要求1的方法，其中用于所述蒸馏塔系统的所述回流通过经冷凝塔顶蒸气来提供。

34.权利要求33的方法，其中冷却和至少部分冷凝塔顶蒸气所需的制冷负荷通过逆着至少一种“冷”工艺流间接热交换来提供。

35.权利要求1的方法，其中所述粗二氧化碳进料为从二氧化碳天然源得到的粗二氧化碳流体，并且在送到所述蒸馏塔系统之前膨胀。

36.权利要求35的方法，其中在所述膨胀前，所述粗二氧化碳流体处于超临界压力和次临界温度。

37.权利要求35的方法，其中在膨胀之前，所述粗二氧化碳流体通过间接热交换来冷却。

38.权利要求37的方法，其中冷却所述粗二氧化碳流体所需的至少部分负荷通过逆着至少一种“冷”工艺流间接热交换来提供。

39.权利要求35的方法，其中所述经膨胀粗二氧化碳作为“冷”工艺流用于提供所述方法所用的制冷负荷。

40.权利要求35的方法，其中所述经膨胀粗二氧化碳流体直接送到所述蒸馏塔系统。

41.权利要求1的方法，其中所述进料从超临界粗二氧化碳流体得到，并且所述富集二氧化碳的液体从所述蒸馏塔系统去除并且作为产物产生。

42.权利要求41的方法，其中将所述富集二氧化碳的液体从所述蒸馏塔系统去除，泵压，并通过间接热交换温热，以作为所述产物产生经温热富集二氧化碳的液体。

43.权利要求42的方法，其中温热所述经泵压富集二氧化碳的液体所需的至少部分负荷通过逆着所述再循环流体至少之一间接热交换来提供。

44.权利要求42的方法，其中所述经泵压富集二氧化碳的液体作为“冷”工艺流用于提供方法所用的制冷负荷。

45.权利要求1的方法，其中所述进料从粗二氧化碳蒸气得到，并且富集二氧化碳的气体作为产物产生。

46.权利要求45的方法，其中通过间接热交换温热部分所述富集二氧化碳的蒸气，以产生所述富集二氧化碳的气体。

47.权利要求46的方法，其中温热所述富集二氧化碳的塔顶蒸气所需的至少部分负荷通过逆着所述再循环流体至少之一间接热交换来提供。

48.权利要求46的方法，其中所述富集二氧化碳的塔顶蒸气作为“冷”工艺流用于提供方法所用的制冷负荷。

49.权利要求1的方法，其中泵压所述另外部分的塔底液体或所述从塔底液体得到的液体，并通过间接热交换温热，以提供富杂质的废液体。

50.权利要求49的方法，其中温热所述经泵压塔底液体所需的至少部分负荷通过逆着所述再循环流体至少之一间接热交换来提供。

51.权利要求49的方法，其中所述另外部分的所述塔底液体或所述从塔底液体得到的液体作为“冷”工艺流用于提供方法所用的制冷负荷。

52.权利要求1的方法，其中所述蒸馏塔系统的操作压力为10bar至25bar。

53.权利要求1的方法，其中所述至少一种杂质为硫化氢(H₂S)。

54.权利要求1的方法，其中所述方法为自动制冷的。

55.一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：

56.权利要求55的方法，其中将所述经压缩富集二氧化碳的气体分成至少第一部分和第二部分，其中所述第一部分为所述第一再循环流体，其中所述第二部分为所述富二氧化碳气体，用于压缩产生所述第二再循环流体。

57.权利要求55的方法，其中从蒸馏塔系统中中间位置去除富二氧化碳蒸气，并通过间接热交换温热产生所述富二氧化碳气体，用于压缩产生所述第二再循环流体。

58.权利要求55的方法，其中通过间接热交换至少部分使来自所述蒸馏塔系统中中间位置的液体再沸，以提供用于所述蒸馏塔系统的另外的蒸气。

59.一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：

其中通过逆着所述第一和第二再循环流体间接热交换至少部分提供所述再沸负荷，在其中所述经膨胀富二氧化碳流体与所述经温热富二氧化碳气体合并的实施方案中，所述经膨胀富二氧化碳流体首先通过间接热交换温热并蒸发，以产生用于与所述经温热富二氧化碳气体的所述合并的另外的经温热富二氧化碳气体。

60.一种进行权利要求55的方法的设备，所述设备包括：

用于从所述蒸馏塔系统去除富集二氧化碳的塔顶蒸气并将所述蒸气送到所述第一热交换器配置的导管配置；

用于从所述蒸馏塔系统去除另外部分的所述塔底液体或从塔底液体得到的液体的导管配置，

61.权利要求60的设备，所述设备包括用于将经压缩富集二氧化碳的气体从所述第一压缩机系统作为进料送到所述第二压缩机系统的导管配置。

62.权利要求60的设备，所述设备包括：

用于将富二氧化碳蒸气从所述蒸馏塔系统中中间位置送到所述第五热交换器配置的导管配置；和

用于将经温热富二氧化碳气体从所述第五热交换器配置送到所述第二压缩机系统的导管配置。

63.权利要求60的设备，所述设备包括第六热交换器配置，所述热交换器配置用于至少部分使来自所述蒸馏塔系统中中间位置的液体再沸，以提供用于所述蒸馏塔系统的另外的蒸气。

64.用于进行权利要求59的方法的设备，所述设备包括：

用于从所述蒸馏塔系统去除富集二氧化碳的塔顶蒸气的导管配置；

用于将富二氧化碳液体从所述蒸馏塔系统中中间位置送到所述第一膨胀装置的导管配置；

用于将所述经冷却第一富二氧化碳流体与粗二氧化碳流合并的导管配置，以产生用于蒸馏塔系统的所述粗二氧化碳进料；

用于将所述经膨胀富二氧化碳流体与选自所述富二氧化碳液体、所述经膨胀富二氧化碳液体和所述经温热富二氧化碳气体的流体合并的导管配置；

65.权利要求60至64中任一项的设备，其中所述热交换器配置是在单一主热交换器内的通道。