CN104556033A - 二氧化碳的纯化 - Google Patents

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Abstract

一种用于从包含显著量的“轻质”杂质例如非可冷凝的气体的粗品二氧化碳分离“重质”杂质例如硫化氢的方法中，包括至少一个热泵循环，使用来自“重质”杂质分离的流体作为工作流体，从在“重质”杂质分离中产生的二氧化碳-富集的气体中除去“轻质”杂质。通过与也在“重质”杂质分离中产生的中间液体间接热交换，将二氧化碳-富集的气体或由其产生的压缩的二氧化碳-富集的气体至少部分冷凝。与其中从二氧化碳产物气体除去“轻质”杂质的常规方法相比，总能耗和比能耗降低。

Description

二氧化碳的纯化
背景技术
本发明涉及用于纯化二氧化碳的方法和设备。具体地，本发明涉及用于在低于环境温度和超过大气压下，通过传质分离从粗品二氧化碳去除至少一种“重质”杂质的方法和设备。本发明特别用于纯化包含显著量的至少一种“轻质”杂质的粗品二氧化碳。
“轻质”杂质，本发明人指比二氧化碳更具挥发性的杂质。”轻质”杂质的实例包括氮(N2)、氧(O2)、氩(Ar)、氢(H2)、氦(He)；甲烷(CH4)；一氧化碳(CO)、氖(Ne)、氙(Xe)、氪(Kr)、一氧化一氮(NO)和一氧化二氮(N2O)。
“重质”杂质，本发明人指比二氧化碳挥发更低的杂质。”重质”杂质的实例包括硫化氢(H2S)；甲醇(MeOH)；C3-C8烃例如丙烷；二硫化碳(CS2)；氧硫化碳(COS)；二甲硫醚(Me2S)和其它有机硫化合物；二氧化氮(NO2)；二氧化硫(SO2)；三氧化硫(SO3)和氨(NH3)。
C2烃(例如乙烷、乙烯和乙炔)与二氧化碳形成共沸混合物，因此它们的性能像“轻质”杂质或“重质”杂质，取决于浓度。
在全世界的一些区域中，来自天然存在的二氧化碳来源(例如天然二氧化碳田和天然气沉积物)的二氧化碳用于增强的油回收(EOR)。这些来源中的一些含有硫化氢，这在管道运输中是不期望的，因为硫化氢有毒并且在水存在下具有腐蚀性。此外，不期望向通过EOR方法提取的原油中引入硫化氢。
用于从二氧化碳去除硫化氢的方法为已知的。例如，US3417572A(Pryor，1968)公开了一种处理包含二氧化碳和硫化氢的富含氢的气体的方法。将硫化氢和二氧化碳冷凝，并且与富含氢的气体分离。冷凝的气体随后进料至蒸馏塔，用于分离成为基本上不含硫化氢的二氧化碳塔顶蒸气和含有至少10体积%硫化氢的塔底液体。将已分离的富含氢的气体洗涤，以除去任何残余二氧化碳和硫化氢，随后也进料至蒸馏塔。使用丙烷致冷剂的外部封闭的循环使塔顶蒸气冷凝，并且使用过程冷却水使塔底液体再沸腾。蒸馏塔具有100个塔板，并且在约590 psia(约41巴)下操作，使得塔顶温度为42℉(约6℃)，塔底温度为约45℉(约7℃)。
US3643451A(Foucar，1972)公开了一种由酸气体的浓缩的低压力混合物生产高纯度高压力二氧化碳的方法。将气态混合物压缩，冷却和冷凝，并且进料至蒸馏塔，在这里将其分离成为高纯度(至少99.95%)二氧化碳塔顶蒸气和含有冷凝的含硫气体的塔底液体。使用氨致冷剂的外部封闭的循环冷凝塔顶蒸气，通过气化塔底液体、二氧化碳塔顶液体和外部致冷剂，提供用于冷却和冷凝进料的致冷负荷。蒸馏塔系统在约300-350 psia(约21-24巴)下操作，使得塔顶温度为-5至-10℉(约-21至-24℃)，塔底温度为40-70℉(约5至21℃)。在该实例中生产97%硫化氢的塔底产物。
WO81/02291A(Schuftan，1981)公开了一种用于分离气体混合物的方法，所述气体混合物包含二氧化碳、至少一种沸点比二氧化碳低的气体和至少一种沸点比二氧化碳高的杂质(通常为硫化氢)。将气体混合物在第一塔中冷却和蒸馏以产生不含杂质的产物气体和含有杂质的液体馏分。在第二蒸馏塔中得到纯的二氧化碳，第二蒸馏塔稍高于二氧化碳的三相点压力(约518 kPa)操作。来自第一塔的液体产物在中间压力下闪蒸，以除去溶解的轻质杂质，随后进一步降低压力并且蒸发，随后作为蒸气进料至第二塔。二氧化碳塔顶蒸气实际上不含杂质，而塔底液体馏分富含杂质，通常含有纯度最高50体积%的硫化合物(主要为硫化氢)。通过热泵循环实现回流和再沸腾，该热泵循环使用纯化的二氧化碳作为工作流体。工作流体经过浸没在塔底液体中的压缩机、换热器和再沸器，在那里冷凝，然后作为回流进料返回至塔的顶部。在约5大气压压力和接近环境温度下，在压缩机紧接的上游，从循环二氧化碳取出基本上纯的二氧化碳产物。
本发明人也已开发了一种用于从粗品二氧化碳去除“重质”杂质例如硫化氢的方法。该方法描述于2012年4月26日提交的共同待审的美国专利申请号13/456854(APCI卷号07597 USA)，其公开内容通过引用结合到本文。在该方法中，在超过大气压下操作的蒸馏塔系统中，通过低于环境温度蒸馏粗品二氧化碳，从粗品二氧化碳除去“重质”杂质，以产生二氧化碳-富集的塔顶蒸气和富集“重质”杂质的塔底液体。本发明人发现，当该方法涉及至少一个使用来自蒸馏系统的含有二氧化碳的流体作为工作流体的热泵循环时，当该方法在热泵循环中使用多于一个再循环压力时，实现显著功耗节约。
除了“重质”杂质以外，粗品二氧化碳还可含有显著量的“轻质”杂质。“轻质”杂质倾向于在二氧化碳产物中浓缩。因此，取决于二氧化碳产物的纯度规格，可能还需要从二氧化碳除去这些“轻质”杂质。大多数常规的方法从二氧化碳产物除去“轻质”杂质。然而，US3417572A和WO81/02291A(以上讨论的)为现有技术参考文献的实例，其公开了在“重质”杂质之前除去“轻质”杂质的方法。
GB971362(Ruhemann，1964)公开了一种用于从二氧化碳的天然来源去除“轻质”和“重质”杂质二者的方法。将粗品二氧化碳原料在30℃和110大气压下冷却，除去冷凝的水分。随后将气体干燥，通过间接热交换冷却，以形成部分冷凝的原料，其膨胀至20大气压，随后进料至双分馏塔的下塔，在这里其分离成为“轻质”杂质-富集的塔顶物和含有“重质”杂质的液体二氧化碳。将塔顶物除去，膨胀，从过程中除去。液体二氧化碳膨胀至8大气压，并且进料至双塔的上塔，在这里将其分离以产生二氧化碳塔顶蒸气和“重质”杂质-富集的塔底液体。将二氧化碳气体冷凝，作为液体产物除去，而含有“重质”杂质的塔底液体膨胀，与“轻质”杂质一起从过程中除去。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于纯化不仅包含一种或多种“重质”杂质而且还包含显著量的一种或多种“轻质”杂质的粗品二氧化碳的方法。
本发明的优选实施方案的一个目的是当与其中在除去“重质”杂质之前或之后从二氧化碳除去“轻质”杂质的常规方法相比，提供一种更有效的去除所述杂质的方法。
本发明的优选实施方案的一个目的还是提供一种用于从粗品二氧化碳去除所述杂质的方法，当与这样的常规方法相比时，消耗更少能量。
本发明的优选实施方案的再一目的是改进二氧化碳的总体回收，理想地同时保持或甚至改进纯度。
此外，本发明的优选实施方案的一个目的是，通过消除对外部致冷剂系统的需求，提供一种简化的方法。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于纯化包含至少一种“轻质”杂质和至少一种“重质”杂质的粗品二氧化碳流体的方法，所述方法包括：
通过间接热交换，在高于二氧化碳的三相点压力下冷却所述粗品二氧化碳流体，以产生冷却的粗品二氧化碳流体；
将所述冷却的粗品二氧化碳流体进料至第一塔系统，用于传质分离，以产生包含所述“轻质”杂质的二氧化碳-富集的塔顶蒸气和耗尽所述“轻质”杂质的“重质”杂质-富集的塔底液体；
通过间接热交换，通过至少部分气化在所述第一塔系统中的或从所述第一塔系统取出的至少一种“重质”杂质-富集的液体，使所述第一塔系统再沸腾，以提供蒸气用于所述第一塔系统；
通过间接热交换，冷却和至少部分冷凝二氧化碳-富集的塔顶蒸气或由其产生的压缩的二氧化碳-富集的气体，以产生包含所述“轻质”杂质的至少部分冷凝的二氧化碳-富集的气体；
分离所述至少部分冷凝的二氧化碳-富集的气体，以产生“轻质”杂质-富集的气体和二氧化碳-富集的液体；和
提供至少一部分所述二氧化碳-富集的液体作为回流用于所述第一塔系统，
其中所述第一塔系统在高于二氧化碳的三相点压力并且低于二氧化碳的临界压力下操作；和
其中所述方法包括至少一个热泵循环，所述热泵循环使用来自所述第一塔系统的流体作为工作流体。
在第二塔系统中的或从第二塔系统取出的合适的“重质”杂质-富集的液体包括“重质”杂质-富集的塔底液体和在第二塔系统中的至少一个中间位置中的或从第二塔系统中的至少一个中间位置取出的“重质”杂质-富集的液体(即，“中间液体”)。
“二氧化碳-富集的液体”，本发明人指在从至少部分冷凝的二氧化碳-富集的气体去除“轻质”杂质之后剩下的液体和在闪蒸该液体之后产生的残余液体。
根据本发明的第二方面，提供了用于纯化包含至少一种“轻质”杂质和至少一种“重质”杂质的粗品二氧化碳流体的设备，所述设备包含：
第一换热器，用于通过间接热交换，冷却所述粗品二氧化碳流体，以产生冷却的粗品二氧化碳流体；
第一塔系统，其与所述第一换热器流体流动连通，用于通过传质分离来分离所述冷却的粗品二氧化碳流体，以产生包含所述“轻质”杂质的二氧化碳-富集的塔顶蒸气和耗尽所述“轻质”杂质的“重质”杂质-富集的塔底液体；
第二换热器，用于通过间接热交换，使在所述第一塔系统中的或从所述第一塔系统取出的“重质”杂质-富集的液体再沸腾，以提供蒸气用于所述第一塔系统；
第三换热器，用于通过间接热交换，冷却和至少部分冷凝二氧化碳-富集的塔顶蒸气或由其产生的压缩的二氧化碳-富集的气体，以产生包含所述“轻质”杂质的至少部分冷凝的二氧化碳-富集的气体；
分离单元，其与所述第三换热器流体流动连通，用于分离至少部分冷凝的二氧化碳-富集的气体，以产生“轻质”杂质-富集的气体和二氧化碳-富集的液体；和
导管装置，用于提供至少一部分所述二氧化碳-富集的液体作为回流用于所述第一塔系统，
其中所述设备包含至少一个热泵循环，所述热泵循环使用来自所述第一塔系统的流体作为工作流体。
第一塔系统用于从冷却的粗品二氧化碳流体去除“重质”杂质，因此可称为“重质物质”去除塔系统。
当存在时，第二塔系统用于从热泵循环的工作流体去除(或“排出”)“轻质”杂质，因此可称为“轻质物质”去除(或排出)塔系统。第二塔系统通常包含一个或多个蒸馏塔系统，用于除去(或排出)一种或多种“轻质”杂质。当工作流体包含两种或更多种相对于彼此具有不同挥发性的“轻质”杂质时，第二塔系统可包含用于除去(或排出)至少第一“轻质”杂质(例如，氦)的第一蒸馏塔系统和用于除去(或排出)至少第二“轻质”杂质(例如，氮)的第二蒸馏塔系统。
本发明的优选实施方案的一个优点在于，显著降低总体能耗。因为在热泵循环中工作流体的纯度提高，从而能够使再循环流在更窄的温度范围内冷凝，这在使第一塔系统再沸腾时允许更接近的平均温度途径，因此实现该降低。可降低再循环压力，这能够降低在热泵循环中所需的压缩功率。
优选实施方案的另一优点在于，显著改进二氧化碳的总体回收。由于不再必需从热泵循环吹扫工作流体以防止“轻质”杂质累积，实现该改进。此外，从来自第二塔系统的塔顶物回收二氧化碳。
此外，由于不需要外部致冷，优选的实施方案更简单和更有效。
附图说明
图1A为描述用于纯化粗品二氧化碳的第一对比方法的流程图，其中在单一压力下的包括热泵的单一蒸馏塔系统中，除去“重质”杂质；
图1B为描述用于从在图1A中描述的方法的二氧化碳产物除去“轻质”杂质的一种常规方法的流程图。
图2为描述用于纯化粗品二氧化碳的第二对比方法的流程图，其中在图1中描述的单一塔中，通过传质分离，除去“重质”杂质；
图3为描述本发明的一个实施方案的流程图，其中修改图1的方法，使得在分开蒸馏塔系统中除去“重质”杂质，并且通过部分冷凝和相分离热泵循环的再循环流，除去“轻质”杂质；
图4为描述图3的实施方案的修改的流程图，其中从“轻质”杂质-富集的气体回收二氧化碳，并且其中从再循环的工作流体取出二氧化碳产物；
图5为描述图4的实施方案的修改的流程图，其中在第二塔系统中通过传质分离从再循环流除去“轻质”杂质；
图6为描述图5的实施方案的修改的流程图，其中进料为在第一塔系统的操作压力下的蒸气，并且其中二氧化碳产物从闪蒸液体和来自第一塔系统的塔顶蒸气取出；
图7为描述图6的实施方案的修改的流程图，使用单一蒸馏塔除去“重质”杂质；
图8为描述图6的实施方案的不同修改的流程图，其中回收的二氧化碳液体提供致冷负荷，并且再循环至热泵循环的压缩机进料，并且其中通过部分冷凝和相分离去除“轻质”杂质；
图9为描述图8的实施方案的修改的流程图，其中通向方法的进料为在第一塔系统的操作压力下的蒸气，并且引入第二热泵压力(低于主要热泵压力)以使通向相分离器S2的进料在更高的压力下操作，以改进二氧化碳回收；
图10为描述图7的实施方案的修改的流程图，其中回收的二氧化碳液体用作在第二塔系统中的回流，并且其中在用于通过间接热交换冷却和冷凝通向相分离器S2的进料之前，使一部分二氧化碳-富集的液体膨胀；
图11为描述图3的实施方案的修改的流程图，其中在热泵循环中的工作流体为来自第一塔系统的中间液体，通过与气化工作流体间接热交换，将二氧化碳-富集的塔顶蒸气部分冷凝，并且其中从部分冷凝的塔顶蒸气除去“轻质”杂质；和
图12为描述图5的实施方案的修改的流程图，其中通过包含膜单元M1的温热回收过程，从二氧化碳-富集的塔顶蒸气回收二氧化碳。
具体实施方式
除非另外明确说明，否则本文对压力的所有提及指的是绝对压力而不是表压。此外，提及“轻质杂质”和“重质杂质”应解释为适当根据存在于粗品二氧化碳流体中的这些杂质数量的“轻质杂质”和“重质杂质”。此外，除非另外明确说明，否则，基于“干”基础，即，从计算中排除任何水含量，以摩尔%计算流体组成。实际上，为了避免操作问题，水含量必须足够低，以避免冻析和/或水合物形成，即，粗品二氧化碳的水含量应不大于10 ppm。
方法综述
本发明涉及一种用于纯化包含至少一种“轻质”杂质和至少一种“重质”杂质的粗品二氧化碳流体的方法。
所述方法包括通过间接热交换，在高于二氧化碳的三相点压力下冷却所述粗品二氧化碳流体，以产生冷却的粗品二氧化碳流体；将所述冷却的粗品二氧化碳流体进料至第一塔系统，用于传质分离，以产生包含所述“轻质”杂质的二氧化碳-富集的塔顶蒸气和耗尽所述“轻质”杂质的“重质”杂质-富集的塔底液体；通过间接热交换，通过至少部分气化在所述第一塔系统中的或从所述第一塔系统取出的至少一种“重质”杂质-富集的液体，使所述第一塔系统再沸腾，以提供蒸气用于所述第一塔系统；通过间接热交换，冷却和至少部分冷凝二氧化碳-富集的塔顶蒸气或由其产生的压缩的二氧化碳-富集的气体，以产生包含所述“轻质”杂质的至少部分冷凝的二氧化碳-富集的气体；分离所述至少部分冷凝的二氧化碳-富集的气体，以产生“轻质”杂质-富集的气体和二氧化碳-富集的液体；和提供至少一部分所述二氧化碳-富集的液体作为回流用于所述第一塔系统。
第一塔系统(和，实际上，用于分离至少部分冷凝的二氧化碳-富集的气体的单元)在高于二氧化碳的三相点压力(即，高于约5.2巴)并且低于二氧化碳的临界压力(即，低于约73.9巴)下操作。
所述方法还包含至少一个热泵循环，所述热泵循环使用来自所述第一塔系统的流体作为工作流体。工作流体通常为来自第一塔系统的二氧化碳-富集的塔顶蒸气，或者“重质”杂质-富集的液体如中间液体或甚至来自第一塔系统的塔底液体。
在优选的实施方案中，通过与来自热泵循环的冷凝再循环流体间接热交换，通过气化“重质”杂质-富集的中间液体，使第一塔系统部分再沸腾。通过可能与另一个“温热”过程流间接热交换，“重质”杂质-富集的塔底液体也气化，以提供其它蒸气用于第一塔系统。
“轻质”杂质-富集的气体通常包含显著量(例如，约15摩尔%-约80摩尔%，或约20摩尔%-约50摩尔%)的二氧化碳。至少一部分该二氧化碳优选从气体回收，以产生富含“轻质”杂质的残余气体和回收的二氧化碳。取决于回收方法以及因此回收的二氧化碳的温度和压力条件，回收的二氧化碳可再循环至方法中的适当的点，通常在热泵循环中。
“传质分离”，本发明人指包括蒸馏(或精馏或分馏)、洗涤、汽提或洗涤的过程。该表述旨在包括其中也传热的过程。通常，在第一塔系统和第二塔系统中的传质分离通过蒸馏。
技术人员将理解，在正常操作条件下，过程平衡，并且从实现分离的塔系统除去本发明涉及的传质分离产物，以防止不希望的累积。技术人员将理解，在这样的条件下，塔系统通常含有液体库存。
“再沸腾”，本发明人指通常通过与更温热的过程流的间接热交换使存在于塔系统中的液体至少部分气化，以产生蒸气用于塔系统和促进传质分离。塔底液体和/或来自塔系统的中间点的液体可再沸腾。使用原位再沸器，液体可在塔内再沸腾，或者，例如使用副再沸器，可在塔外再沸腾，副再沸器可为离散的单元，或者可为在较大热交换单元中的区域。
粗品二氧化碳流体
粗品二氧化碳流体可从任何合适的来源取出。在一些实施方案中，粗品二氧化碳流体衍生自二氧化碳的天然来源。在其它实施方案中，粗品二氧化碳流体可源于增强的油回收(EOR)方法。
总的来说，通常将来自田(field)的粗品二氧化碳降低压力或温度以“排出”水、溶解的硫化合物和较重的烃。例如，特别在EOR应用中，通常将粗品二氧化碳降低至低压力，例如，低于5巴。在这样的情况下，在使用本发明处理之前，将粗品二氧化碳再压缩。
此外，在粗品二氧化碳中水的浓度可进一步降低，以降低在本发明内冷凝或水合物形成的可能性。可使用吸附系统或基于溶剂的系统(例如使用二醇混合物作为溶剂)实施脱水步骤。
粗品二氧化碳流体的压力通常高于二氧化碳的三相点压力(即，约5.2巴)并且通常不大于200巴。由于二氧化碳的临界压力为约73.9巴，粗品二氧化碳流体可低于、处于或高于二氧化碳的临界压力。在一些实施方案中，粗品二氧化碳流体的压力为约100巴-约200巴。在其它实施方案中，粗品二氧化碳流体的压力为约20巴-约100巴，例如，约30巴-约80巴。
粗品二氧化碳流体的温度通常不低于-20℃，通常不低于-10℃，优选不低于0℃。温度可高于二氧化碳的临界温度，即，约31.1℃。然而，粗品二氧化碳流体的温度通常不大于100℃，通常不大于50℃，优选不大于30℃。在一些实施方案中，温度不大于20℃，或甚至不大于15℃。温度可为大约二氧化碳的“泡点”，即，在给定的压力下二氧化碳开始沸腾的温度。在其它实施方案中，温度处于或高于二氧化碳的露点。
本发明旨在以通常为约50-约100,000 kmol/h(或1-2000百万标准立方英尺/天或MMSCFD)，例如，约500-约50,000 kmol/h(或10-1000 MMSCFD)的流速处理粗品二氧化碳流体。单个设备将处理通常约2,500-约10,000 kmol/h(或50-200 MMSCFD)，但是多个设备可并行使用。
粗品二氧化碳流体通常包含至少50摩尔%，例如，至少65摩尔%，优选至少80摩尔%二氧化碳。粗品二氧化碳流体通常包含不大于97摩尔%，例如，不大于95摩尔%二氧化碳。在优选的实施方案中，粗品二氧化碳包含约85摩尔%-约95摩尔%二氧化碳。
典型的“重质”杂质包括硫化氢；甲醇；C3-C8烃，例如丙烷；二硫化碳；氧硫化碳；二甲硫醚和其它有机硫化合物；二氧化氮；二氧化硫；三氧化硫和氨，并且本发明可适用于去除这些杂质或其它“重质”杂质的任一种或任何混合物。在粗品二氧化碳流体中“重质”杂质的总浓度通常不大于50摩尔%，例如不大于25摩尔%，例如，不大于10摩尔%。在粗品二氧化碳流体中“重质”杂质的总浓度通常为至少0.1摩尔%，例如至少0.2摩尔%，例如，至少0.5摩尔%或1摩尔%。
本发明特别可用于去除硫化氢作为“重质”杂质。硫化氢的浓度可为约0.1摩尔%-约25摩尔%，例如，约0.2摩尔%-约10摩尔%。
典型的“轻质”杂质包括氮；氧；氖；氪；氩；氙；氢；氦；甲烷；C2烃例如乙烷；一氧化碳；一氧化一氮和一氧化二氮，并且本发明可适用于去除这些杂质或其它“轻质”杂质的任一种或任何混合物。在粗品二氧化碳流体中“轻质”杂质的总浓度通常不大于50摩尔%，例如不大于25摩尔%，例如，不大于10摩尔%。在粗品二氧化碳流体中“轻质”杂质的总浓度通常为至少0.1摩尔%，例如至少0.2摩尔%，例如，至少0.5摩尔%或1摩尔%。
如上所述，本发明特别可用于去除硫化氢作为“重质”杂质。在这样的情况下，“轻质”杂质通常为氮、氩、氦、甲烷和乙烷中的一种或多种。在这样的情况下，“轻质”杂质的总浓度可为约0.5摩尔%-约50摩尔%，例如，约1摩尔%-约25摩尔%。
在其中粗品二氧化碳流体为气态并且在低于临界压力的实施方案中，当冷却时流体通常冷凝。在其中粗品二氧化碳流体为超临界的实施方案中，当冷却时流体“准冷凝”。通常，将粗品二氧化碳流体冷却至在约0℃-约-55℃范围的温度。
在进料至第一塔系统之前，通常使冷却的粗品二氧化碳流体膨胀。在膨胀前，冷却的粗品二氧化碳流体可低于、处于或高于二氧化碳的临界压力。然而，在膨胀后，流体的压力低于临界。
在进料至第一塔系统之前，通常通过间接热交换使膨胀的粗品二氧化碳液体气化。
去除“重质”杂质
将粗品二氧化碳流体进料至第一塔系统，用于传质分离，以产生二氧化碳-富集的塔顶蒸气和富集“重质”杂质的塔底液体。
第一塔系统的操作压力通常为至少10巴。这样避免必须在过度冷的温度下操作塔系统，并且意味着热泵压缩机的体积抽吸流量不过度。
第一塔系统的操作压力通常不大于约40巴，例如，不大于约30巴。在优选的实施方案中，操作压力不大于约25巴。在该压力下，第一塔系统足够远离临界压力操作，以便塔内水力参数舒适。
向第一塔系统的主要进料的温度通常在约-40℃至约5℃范围。
第一塔系统可包含单一蒸馏塔、其中塔的两个部分在相同的压力下操作的分开蒸馏塔(split distillation column)或其中塔在不同的压力下操作的多个蒸馏塔。在后一种情况下，所有的操作压力落入以上给出的优选的范围内。
在其中第一塔系统包含两个在不同的压力下操作的蒸馏塔的实施方案中，较高压力塔的操作压力通常为约15巴-约40巴，而较低压力塔的操作压力通常为约10巴-约30巴。
粗品二氧化碳流体优选进料至第一塔系统的中间位置。第一塔系统通常连同液体再分布器等含有蒸馏塔板和/或填充物(无规和/或结构化的)以提高蒸气/液体接触，从而改进传质分离。在这样的实施方案中，第一塔系统通常包含至少两个蒸馏部分，其中在相邻蒸馏部分之间具有中间区域。该中间区域通常为粗品二氧化碳流体的进料位置。
“相邻蒸馏部分”，本发明人指在它们之间不存在其它蒸馏部分。“相邻”蒸馏部分可在相同的蒸馏塔系统内，例如，在单一蒸馏塔系统中，或者可在不同的蒸馏塔系统中，例如，在分开蒸馏塔或多个蒸馏塔系统中。相邻蒸馏部分可为垂直和/或横向间隔关系。当相邻蒸馏部分为横向间隔关系时，可需要将液体从一个蒸馏部分泵送至另一个蒸馏部分，取决于蒸馏部分相对于彼此的位置。
通常通过至少部分气化在第一塔系统中间位置中的或从第一塔系统中间位置取出的液体，使第一塔系统再沸腾。中间液体可在与进料位置相同的中间区域中或从中取出，或者可在低于所述进料位置的第一塔系统中的不同中间区域(即，在它们之间具有至少一个蒸馏部分)中或从中取出。
通过冷凝二氧化碳-富集的塔顶蒸气或通过来自热泵循环的至少一种冷凝再循环流，可提供用于所述中间液体的气化负荷。
此外，通常通过至少部分气化在第一塔系统中生产的塔底液体，使第一塔系统再沸腾。再沸器可在塔系统的贮槽(sump)中，或者可位于塔的外部。
通常通过冷凝粗品二氧化碳气体和/或冷却粗品二氧化碳流体提供用于所述塔底液体的气化负荷。
第一塔系统还可包含至少一个蒸气/液体分离器；一个分离器用于从塔系统的回流液体分离闪蒸蒸气组分；和/或一个不同的分离器用于从取自塔系统的部分再沸腾的液体产生的用于塔系统的蒸气分离液体组分。
二氧化碳-富集的塔顶蒸气具有比粗品二氧化碳流体更大浓度的二氧化碳。在塔顶蒸气中二氧化碳的浓度通常为至少70摩尔%，例如，至少80摩尔%，优选至少90摩尔%。塔顶蒸气优选含有不大于200 ppm，优选不大于100 ppm的“重质”杂质。
在第一塔系统中生产的塔底液体包含至少基本上所有的，并优选基本上所有的存在于粗品二氧化碳流体中的任何“重质”杂质。在优选的实施方案中，蒸馏塔系统的塔底部分中的蒸气流降低，导致塔系统的塔底部分的直径降低。当存在较高浓度的挥发较低的杂质时，塔底液体的总库存从而显著降低。降低液体库存的量意味着在设备灾难性失效的情况下，存在较少的液体库存逃逸。当“重质”杂质有毒，或者当存在多于一种“重质”杂质时至少一种“重质”杂质有毒，例如，在杂质为硫化氢的情况下，该优点特别重要。
所述方法还提供二氧化碳-富集的液体，用作用于第一塔系统的回流，并且通常通过间接热交换，使一部分塔底液体至少部分再沸腾，以提供用于塔系统的蒸气。从塔系统除去二氧化碳-富集的塔顶蒸气，就像塔底液体的一部分一样，或衍生自塔底液体的液体。
热泵循环
通过与来自至少一个热泵循环(使用来自第一塔系统的流体作为工作流体)的再循环流体间接热交换，至少部分提供用于至少第一塔系统的再沸腾负荷。当存在多于一种再循环流体时，至少一种再循环流体可处于和其它再循环流体不同的压力。
“热泵循环”，本发明人指将热能从处于较低温度的热源转移至处于较高温度的热沉(heat sink)的循环。热泵循环使用工作流体，在该情况下，工作流体为来自第二塔系统的二氧化碳蒸气。
通常，将工作流体从第一塔系统除去；至少部分气化(任选的)；温热；压缩；和在合适的冷却(和任选至少部分冷凝)和减压之后，再循环至塔系统。通过与例如在第二塔系统中的或从第二塔系统取出的“重质”杂质-富集的液体(并且通常为“重质”杂质-富集的中间液体)间接热交换，压缩的流体或“再循环流体”用于提供再沸腾负荷。由于提供再沸腾负荷的结果，将再循环流体冷却至某一程度，但是在返回至第一塔系统之前通常需要进一步冷却。
在优选的实施方案中，热源为比起再沸器(热沉)通常在更低温度下冷凝的塔顶蒸气。然而，本发明人已发现，通过在热泵循环中压缩塔顶蒸气，蒸气将热量转移至再沸器，并且在比再沸器更高的温度下冷凝。
在一些实施方案中，工作流体为耗尽“重质”杂质的二氧化碳，并且通常选自二氧化碳-富集的塔顶蒸气或从在第二塔系统的中间位置取出的二氧化碳-富集的蒸气(“中间蒸气”)。在优选的实施方案中，塔顶蒸气用作工作流体。
本发明可涉及在不同的压力下的至少两种再循环流体。在这样的情况下，压差显著，通常约为至少10%，例如，至少25%或甚至至少50%，但是压差通常不大于200%，例如，不大于100%。在绝对术语中，压差可为至少2巴，例如，至少5巴，优选至少10巴。压差通常不大于50巴，优选不大于30巴。
在一些优选的实施方案中，所述方法包括具有一种或多种再循环流体的单一热泵循环。当存在一种再循环流体时，流体的压力通常为约15巴-约60巴。
当存在多于一种再循环流体时，所述方法可包括第一再循环流体和第二再循环流体，第二再循环流体的压力大于第一再循环流体的压力。第一再循环流体的压力通常为约15巴-约30巴。第二再循环流体的压力通常为约20巴-约70巴。
在一些实施方案中，热泵循环的工作流体包含通过间接热交换温热二氧化碳-富集的塔顶蒸气所产生的二氧化碳-富集的气体。通过与任何合适的“温热”过程流间接热交换，可提供温热二氧化碳-富集的塔顶蒸气所需的至少一部分负荷，但是优选通过与至少一种再循环流体间接热交换来提供。压缩机进料可依靠压缩机产物温热，使得在换热器两侧上的流量相同。在这些实施方案中，第一和第二再循环流体二者均用于温热塔顶蒸气。
在合适的减压后，再循环流体通常再循环至第一塔系统中的适当的位置。在第一塔系统中的适当的位置通常为塔的组成匹配再循环流体的组成的地方。当工作流体为二氧化碳塔顶蒸气时，冷凝的再循环流体通常作为回流再循环至第一塔系统。
第一再循环流体与第二再循环流体的摩尔流量的比率由流体所需的负荷确定。通常，摩尔流量比为约0.1(即，1:10)-约15(即，15:1)。在一些优选的实施方案中，该比率为约3(即，3:1)-约12(即，12:1)。在其它优选的实施方案中，该比率为约0.2(即，1:5)-约1(即，1:1)。
在其它实施方案中，热泵循环的工作流体包含在合适的减压后，通过间接热交换，通过气化从所述第一塔系统取出的液体产生的“重质”杂质-富集的气体。该液体为从第一塔系统的中间位置或所述塔系统的塔底取出的“重质”杂质-富集的液体。在优选的实施方案中，从与第一塔系统的主要进料的位置至少基本上水平(或更低)的位置除去中间液体。在这样的实施方案中，中间液体的组成通常至少基本上等同于通向第一塔系统的二氧化碳进料的组成。在这些实施方案中，工作流体还可包含通过间接热交换温热二氧化碳塔顶蒸气所产生的二氧化碳气体。
蒸发所述“中间”液体所需的至少一部分负荷还可通过任何合适的“温热”过程流提供。优选，通过与冷凝来自第一塔系统的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进料的一部分再循环至第一塔系统，另外或或者，在合适的减压后，第二再循环流体优选作为用于热泵循环的工作流体的一部分再循环。
所述方法可包括至少第一热泵循环和第二热泵循环，每一个热泵循环包含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(或者当第一热泵循环具有多于一种再循环流体时，至少一种再循环流体)的压力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含通过间接热交换温热二氧化碳-富集的塔顶蒸气所产生的二氧化碳-富集的气体。通过与任何合适的“温热”过程流间接热交换，可提供温热二氧化碳-富集的塔顶蒸气所需的至少一部分负荷，但是在优选的实施方案中，通过与至少一种再循环流体间接热交换来提供。第一热泵循环的再循环流体的压力通常为约15巴-约60巴。
第二热泵循环的工作流体可包含通过间接热交换温热从蒸馏塔系统的中间位置取出的“中间”蒸气所产生的二氧化碳-富集的气体。“中间”蒸气为二氧化碳-富集的流体。在优选的实施方案中，从与塔系统的主要进料的位置至少基本上水平的位置除去中间蒸气。在这样的实施方案中，中间蒸气的组成通常至少基本上等同于二氧化碳进料的组成。
通过与任何合适的“温热”过程流间接热交换，可提供温热“中间”蒸气所需的至少一部分负荷，但是在优选的实施方案中，通过与至少一种再循环流体间接热交换来提供。
如在其它实施方案中一样，在合适的减压(如果需要)后，通常将再循环流再循环至在第一塔系统中适当的位置。关于这一点，在减压后，优选将第一再循环流体冷凝并且再循环至第一(或者，如果存在，第二)塔系统的顶部，以提供回流。在合适的减压(如果需要)后，通常将第一再循环流体再循环至在第一塔系统中的中间位置，该位置与塔系统的主要进料的位置至少基本上水平。在其中塔系统包含双塔装置的优选的实施方案中，用于第二热泵循环的工作流体为来自较低压力塔的中间蒸气，并且无需减压再循环至较高压力塔的底部。
第二热泵循环的再循环流体的压力优选为约10巴-约25巴，例如，将再循环流体再循环至其中的第一塔系统的部分的操作压力。
用于第一塔系统的再沸腾负荷
通过间接热交换，优选使单独的塔底液体，或者塔底液体和来自第一塔系统的中间位置的至少一种液体(或“中间液体”)二者，至少部分再沸腾，以提供蒸气用于第一塔系统。通过与任何合适的“温热”过程流间接热交换，可提供至少一部分再沸腾负荷(特别是用于中间液体)，但是在优选的实施方案中，通过与至少一种再循环流体(例如，因此至少部分冷凝的第一再循环流体)间接热交换来提供。
在其中热泵具有单一再循环流的实施方案中，使用中间再沸器的一个优点在于，降低必须将工作流体压缩至的压力，从而节约动力。在其中热泵具有多于一种再循环流的实施方案中，或者当存在多于一个热泵循环时，使用中间再沸器的一个优点在于，通过仅需要压缩一小部分(通常<10%)塔顶蒸气至加热塔底再沸器所需的较高压力，而其余的仅需要压缩至较低压力，显著降低功耗。
对于所有实施方案，中间再沸器的另一优点在于，可显著降低低于再沸器的塔直径(硫化氢浓度在那里快速提高)，使得高度毒性的硫化氢的库存可降低。
在一些优选的实施方案中，在合适的减压后，优选通过至少一种再循环流体冷凝物(通常为冷凝的塔顶蒸气)提供回流用于第一塔系统。在其它实施方案中，通过塔顶冷凝器装置提供回流用于塔，在该装置中通过与至少一种“冷”过程流(例如，再沸腾中间液体或塔底液体)间接热交换，使塔顶蒸气至少部分冷凝，并且返回至塔系统。
去除“轻质”杂质
通过任何合适的方法，从至少部分冷凝的二氧化碳-富集的气体除去“轻质”杂质，但是优选在第二塔系统中的相分离和传质分离。
用于分离至少部分冷凝的二氧化碳气体的单元(例如，相分离器或第二塔系统)的操作压力通常为约5.2巴-约60巴，例如，约15巴-约60巴，并且操作温度通常为约-55℃至约25℃。
所述或每一种“轻质”杂质可在单一步骤中除去。在使用第二塔系统的情况下，第二塔系统通常包含单一蒸馏塔系统，向其中进料至少部分冷凝的二氧化碳-富集的气体，用于传质分离，以产生“轻质”杂质-富集的塔顶蒸气和耗尽“轻质”杂质的二氧化碳-富集的液体。
在其中存在多于一种“轻质”杂质的一些情况下，一种轻质杂质可比其它的更有价值。在这种情况下，可期望单独于其它“轻质”杂质，回收更有价值的“轻质”杂质。这种情况的实例包括其中“轻质”杂质包括氢或氦的情况，氢或氦比其它“轻质”杂质(例如氮、氧、氩和甲烷)更具挥发性(潜在地更有价值)。
在其中至少部分冷凝的二氧化碳-富集的气体包含第一“轻质”杂质和第二“轻质”杂质的情况下，第一“轻质”杂质比所述第二“轻质”杂质更具挥发性，则所述方法可包括用于除去“轻质”杂质的不同的步骤。因此，第二塔系统可包含多个蒸馏塔系统，例如第一蒸馏塔系统和第二蒸馏塔系统。在这样的情况下，所述方法可包括将至少部分冷凝的粗品二氧化碳-富集的流体进料至第一蒸馏塔系统，以产生富集第一“轻质”杂质的塔顶蒸气，和耗尽第一“轻质”杂质的塔底液体；通过间接热交换，使第一蒸馏塔系统再沸腾，以提供蒸气用于第一蒸馏塔系统；将来自第一蒸馏塔系统的塔底液体进料至第二蒸馏塔系统，以产生“轻质”杂质-富集的塔顶蒸气和“轻质”杂质耗尽的二氧化碳塔底液体；和将来自第二蒸馏塔系统的塔底液体进料至第一蒸馏塔系统，优选作为回流。
在进料至第二蒸馏塔系统之前，通常使来自第一蒸馏塔系统的塔底液体膨胀。
在进料至第一蒸馏塔系统之前，优选泵送来自第二蒸馏塔系统的塔底液体。
另外或或者，使用回收的二氧化碳液体，可提供回流用于第一蒸馏塔系统。
第一和第二蒸馏塔系统均在如上指定的宽泛的压力和温度范围内操作。然而，在优选的实施方案中，第一蒸馏塔系统在约20巴-约60巴的压力和约-55℃至约10℃的进料温度下操作，而第二蒸馏塔系统在约10巴-约50巴压力和约-30℃至约10℃进料温度下操作。
在其中粗品二氧化碳流体包含甲烷作为“轻质”杂质的其它实施方案中，相分离器或第二塔系统回收甲烷-富集的塔顶蒸气中的甲烷。如果也存在着氮作为“轻质”杂质，则甲烷-富集的塔顶蒸气还含有氮，并且塔顶蒸气可随后经历氮排出过程，以回收甲烷。
在其中“轻质”杂质为甲烷、氮和氦的其它实施方案中，可排出轻质杂质的混合物，随后施用常规的方法用于排出氮和回收氦。
通过与冷凝粗品二氧化碳流体间接热交换，通常至少部分提供用于第二塔系统的再沸腾负荷。然而，通过与热泵循环中的冷凝再循环流体间接热交换，可至少部分提供再沸腾负荷。
回收二氧化碳
如以上提及的，“轻质”杂质-富集的气体包含显著量的二氧化碳。本发明人提出从该气体回收二氧化碳，以改进总体二氧化碳回收。
当进料至二氧化碳回收步骤时，“轻质”杂质-富集的气体的温度取决于回收方法的性质。在产生“轻质”杂质-富集的气体之后，“轻质”杂质-富集的气体的温度可降低或提高或甚至保持不变。在优选的实施方案中，将“轻质”杂质-富集的气体冷却，以冷凝二氧化碳，以促进与保持未冷凝的“轻质”杂质分离。这在本文中称为“冷”回收二氧化碳。
通过与任何合适的“冷”过程流间接热交换，例如通过在膨胀后蒸发回收的二氧化碳，可提供冷却和部分冷凝“轻质”杂质-富集的气体所需的致冷负荷。
通常通过部分冷凝和相分离从“轻质”杂质-富集的气体回收二氧化碳。在这样的实施方案中，通过间接热交换，将“轻质”杂质-富集的气体冷却，以冷凝气体中的二氧化碳，它随后通过相分离回收。
还可使用洗涤塔回收二氧化碳。在这样的实施方案中，通过间接热交换，将“轻质”杂质-富集的气体任选冷却，以冷凝二氧化碳，随后进料至洗涤塔，其中从未冷凝的气体洗涤出其它二氧化碳。来自第一塔系统的二氧化碳-富集的液体可用于在洗涤塔中洗涤未冷凝的蒸气。通过在洗涤塔中与洗液直接热交换，可进一步冷却“轻质”杂质-富集的气体。
在洗涤塔中，液体/蒸气(“L/V”)比率通常低，以从“轻质”杂质-富集的蒸气洗涤出少量的二氧化碳。L/V比率通常低于1，例如，低于0.5或甚至低于0.2。
在例如这些包括“冷”回收二氧化碳的实施方案中，通常在该过程内尽可能高的压力下和在该过程内尽可能低的温度下发生回收，以使二氧化碳的回收最大化。例如，压力通常与从中取出“轻质”杂质-富集的气体的相分离器或第二塔系统的部分的操作压力相同(通常允许固有的压降)。该温度通常刚好高于将二氧化碳从蒸气中“冻析”的温度，例如，高几摄氏度，或1-3℃。
在其它实施方案中，可将“轻质”杂质-富集的气体温热，并且使用选自吸附；吸收和膜分离的方法，可从温热的“轻质”杂质-富集的气体回收二氧化碳。这样的方法可称为“温热”回收方法。
合适的吸附方法包括温度摇摆吸附(TSA)、真空摇摆吸附(VSA)和压力摇摆吸附(PSA)。合适的吸收方法包括基于胺的系统或其它化学或物理溶剂系统。合适的吸收方法的实例包括Selexol®和Rectisol®。在这些实施方案中，回收的二氧化碳可足够纯，以与产物直接组合而不是进料至第一塔系统。
在膜分离方法中，二氧化碳透过膜，并且可再压缩并进料至第二塔系统或在“轻质”杂质去除步骤的上游再循环。合适的膜系统包括聚合膜，例如PRISM®膜(Air Products and Chemicals，Inc.)。
在低于二氧化碳的三相点温度的温度下，通过固化和分离，也可从“轻质”杂质-富集的气体回收二氧化碳。当通过固化回收二氧化碳时，在低于二氧化碳的三相点温度的温度下，通过任何合适的方式将固体二氧化碳与残余气体分离。在此情境下，本发明涵盖使用由Twister BV供应的超声波分离器和水合物分离器。
通过间接热交换，通常将富含“轻质”杂质的残余气体温热，并且从方法吹扫。在其中“轻质”杂质可燃(例如，选自氢；甲烷；C2烃；一氧化碳和它们的混合物)的实施方案中，富含“轻质”杂质的残余气体可用作燃料用于燃烧，以产生燃烧产物气体。在这样的实施方案中，优选通过间接热交换从燃烧产物气体回收热量。
回收的二氧化碳通常在适当的点返回至热泵循环。
例如，在“冷”回收方法中，回收的液体任选通过间接热交换加热(以避免在膨胀时形成固体二氧化碳)、膨胀和通过间接热交换气化，随后返回至热泵循环中的“冷”点。在其它实施方案中，回收的二氧化碳液体任选通过间接热交换加热(以避免在膨胀时形成固体二氧化碳)、膨胀和通过间接热交换气化，随后压缩，并且返回至热泵循环中的“温热”点。在其它实施方案中，回收的二氧化碳液体通过间接热交换任选温热，并且在第二塔系统中用作回流。
在“温热”回收方法中，通常将回收的二氧化碳压缩，并且进料至热泵循环的“温热”部分的适当的点。
致冷负荷
通过与任何合适的“冷”过程流间接热交换，可提供冷却和至少部分冷凝至少一种再循环流体所需的致冷负荷。
“致冷负荷”，本发明人指冷却负荷，且如果适用，指过程所需的冷凝负荷。
“冷过程流”，本发明人指在过程内的任何流体流，其温度低于待冷却(适当时，待冷凝)的流体的温度，并且其压力适合提供所需的间接热交换。合适的“冷”过程流包括在冷端进入主要换热器的流。在优选的实施方案中，通过与至少一种选自二氧化碳-富集的液体；中间液体；塔底液体；衍生自塔底液体的液体和膨胀的粗品二氧化碳流体的流体间接热交换来提供负荷。
在分离前，通过间接热交换，冷却粗品二氧化碳流体。通过与任何合适的致冷剂流间接热交换，可提供冷却和任选冷凝粗品二氧化碳流体所需的至少一部分致冷负荷，但是在优选的实施方案中，通过与至少一种选自二氧化碳-富集的液体；中间液体；来自任何塔系统的塔底液体；衍生自塔底液体的液体和膨胀的粗品二氧化碳流体的“冷”过程流间接热交换来提供。
进料可衍生自超临界粗品二氧化碳流体，并且产生二氧化碳液体作为产物。在这些实施方案中，二氧化碳液体通常从第一塔系统除去，泵送，并且通过间接热交换温热，以产生温热的二氧化碳液体作为产物。通过与任何合适的“温热”过程流间接热交换，可提供温热泵送的二氧化碳液体所需的至少一部分负荷，但是在优选的实施方案中，通过与至少一种再循环流体间接热交换来提供。
泵送的二氧化碳液体优选用作“冷”过程流，以提供用于过程的致冷负荷。
进料可衍生自粗品二氧化碳蒸气，并且产生二氧化碳气体作为产物。在这些实施方案中，通过间接热交换，通常将来自第一塔系统的一部分二氧化碳塔顶蒸气温热，以产生二氧化碳气体。通过与任何合适的“温热”过程流间接热交换，可提供温热所述二氧化碳塔顶蒸气所需的至少一部分负荷，但是在优选的实施方案中，通过与至少一种再循环流体间接热交换来提供。
二氧化碳塔顶蒸气优选用作“冷”过程流，以提供用于过程的致冷负荷。
通常泵送来自第一塔系统的一部分塔底液体或者衍生自所述塔底液体的液体，以提供富含“重质”杂质的废液。由于泵送的液体通常为接近环境温度的小的流，在作为废液处置之前，不必或没有优势来通过间接热交换将它温热。然而，在其中液体显著低于环境温度的实施方案中，液体可用作“冷”流，以提供致冷负荷。通过与任何“温热”过程流间接热交换，可提供温热泵送的塔底液体所需的至少一部分负荷，但是在优选的实施方案中，通过与至少一种再循环流体间接热交换来提供。
塔底液体或衍生自塔底液体的液体的其它部分通常用作“冷”过程流，以提供用于过程的致冷负荷。
外部致冷循环可用于提供过程所需的至少一部分致冷负荷，例如，用于冷却通向过程的进料，从而生产冷却的二氧化碳流体。然而，在优选的实施方案中，整个过程自动冷冻，即，无一致冷负荷通过外部致冷循环提供。
设备
所述设备包含：
第一换热器，用于通过间接热交换，冷却所述粗品二氧化碳流体，以产生冷却的粗品二氧化碳流体；
第一塔系统，其与所述第一换热器流体流动连通，用于通过传质分离来分离所述冷却的粗品二氧化碳流体，以产生包含所述“轻质”杂质的二氧化碳-富集的塔顶蒸气和耗尽所述“轻质”杂质的“重质”杂质-富集的塔底液体；
至少一个第二换热器，用于通过间接热交换，使在所述第一塔系统中的或从所述第一塔系统取出的“重质”杂质-富集的液体再沸腾，以提供蒸气用于所述第一塔系统；
第三换热器，用于通过间接热交换，冷却和至少部分冷凝二氧化碳-富集的塔顶蒸气或由其产生的压缩的二氧化碳-富集的气体，以产生包含所述“轻质”杂质的至少部分冷凝的二氧化碳-富集的气体；
分离单元，其与所述第三换热器流体流动连通，用于分离至少部分冷凝的二氧化碳-富集的气体，以产生“轻质”杂质-富集的气体和二氧化碳-富集的液体；和
导管装置，用于提供二氧化碳-富集的液体作为回流用于所述第一塔系统，
其中所述设备包含至少一个热泵循环，所述热泵循环使用来自所述第一塔系统的流体作为工作流体。
“流体流动连通”，本发明人指设备的相关零件可操作地设置和/或互连，使得流体可如指示地在零件之间流动。流体流动连通可采用任何合适的方式提供，但是优选使用导管装置，例如管道。按照需要，流体流动连通还可包括，例如，减压装置如膨胀阀；在换热器中的通道和/或相分离容器。
所述设备可在所述第三换热器和所述分离单元之间包含第一减压装置，用于在所述分离单元之前使所述至少部分冷凝的二氧化碳-富集的气体膨胀。
在优选的实施方案中，分离单元为相分离器或第二塔系统，用于传质分离。
所述或至少一个第二换热器优选设置用于使所述第一塔系统的中间位置中的或从所述第一塔系统的中间位置取出的中间液体再沸腾。在这些实施方案中，第二换热器通常设置用于通过与在所述热泵循环中的至少一种再循环流或二氧化碳-富集的塔顶蒸气间接热交换，使所述中间液体再沸腾。
所述或至少另一个第二换热器设置用于使所述“重质”杂质-富集的塔底液体再沸腾。在这些实施方案中，第二换热器优选设置用于通过与所述粗品二氧化碳流体间接热交换，使所述塔底液体再沸腾。
在其中工作流体为二氧化碳-富集的塔顶蒸气的实施方案中，所述热泵循环通常包含：
第四换热器，其与所述第一塔系统流体流动连通，用于通过间接热交换温热二氧化碳-富集的塔顶蒸气，以产生温热的二氧化碳-富集的气体；
第一压缩机，其与所述第四换热器流体流动连通，用于压缩所述温热的二氧化碳-富集的气体，以产生所述压缩的二氧化碳-富集的气体；
其中所述第二换热器设置用于通过与所述压缩的二氧化碳-富集的气体间接热交换，气化所述“重质”杂质-富集的液体。
所述设备优选包含第五换热器，其在所述第一压缩机和所述第二换热器之间的所述流体流动连通中，以在所述第二换热器之前冷却所述压缩的二氧化碳-富集的气体。
用于将所述二氧化碳-富集的液体作为回流进料至所述第一塔系统的导管装置通常包含第六换热器用于在所述第一塔系统之前冷却所述液体和/或第二减压装置用于在所述第一塔系统之前使液体膨胀。
所述设备优选包含：
第三减压装置，其与所述分离单元流体流动连通，用于使二氧化碳-富集的液体膨胀，以产生膨胀的二氧化碳-富集的液体；
第七换热器，其与所述第三减压装置流体流动连通，用于通过间接热交换气化所述膨胀的二氧化碳-富集的液体，以产生二氧化碳-富集的气体；和
第二压缩机，其与所述第七换热器流体流动连通，用于压缩二氧化碳-富集的气体，以产生压缩的二氧化碳-富集的产物气体。
在这些实施方案中，所述设备优选包含第八换热器，其在所述分离单元和所述第三减压装置之间的所述流体流动连通中，以在所述膨胀之前，通过间接热交换，温热所述二氧化碳-富集的液体。
在一些优选的实施方案中，所述设备包含：
第四减压装置，其与所述分离单元流体流动连通，用于使二氧化碳-富集的液体膨胀，以产生膨胀的二氧化碳-富集的液体；
第九换热器，其与所述减压装置流体流动连通，用于通过间接热交换，气化所述膨胀的二氧化碳-富集的液体，以产生二氧化碳-富集的气体；和
第三压缩机，其与所述第九换热器流体流动连通，用于压缩所述二氧化碳-富集的气体，以产生压缩的二氧化碳-富集的产物气体。
在一些其它优选的实施方案中，所述设备包含：
第一泵，其与所述分离单元流体流动连通，用于泵送二氧化碳-富集的液体，以产生泵送的二氧化碳-富集的液体；
第十换热器，其与所述第一泵流体流动连通，用于通过间接热交换，气化所述泵送的二氧化碳-富集的液体，以产生二氧化碳-富集的产物气体。
在这些其它优选的实施方案中，所述设备可包含第四压缩机，其与所述第十换热器流体流动连通，用于压缩二氧化碳-富集的产物气体，以产生压缩的二氧化碳-富集的产物气体。
优选地，所述设备包含：
第十一换热器，其与所述分离单元流体流动连通，用于通过间接热交换，温热“轻质”杂质-富集的气体，以产生温热的“轻质”杂质-富集的气体；
第五压缩机，其与所述第十一换热器流体流动连通，用于压缩所述温热的“轻质”杂质-富集的气体，以产生压缩的“轻质”杂质-富集的气体；和
第十二换热器，其与所述第五压缩机流体流动连通，其设置成使得通过间接热交换，将所述压缩的“轻质”杂质-富集的气体至少部分冷凝。
所述设备可包含：
第十三换热器，其与所述分离单元流体流动连通，用于通过间接热交换，冷却和部分冷凝“轻质”杂质-富集的气体，以产生部分冷凝的“轻质”杂质-富集的气体；和
第一相分离器，其与所述第十三换热器流体流动连通，用于分离部分冷凝的“轻质”杂质-富集的气体，以产生富含“轻质”杂质的残余气体和回收的二氧化碳液体。
在其中所述分离单元为第二塔系统用于传质分离的实施方案中，所述设备优选包含导管装置，用于将来自所述第一相分离器的回收的二氧化碳液体作为回流进料至所述第二塔系统。导管装置通常包含第十四换热器，用于通过间接热交换温热回收的二氧化碳液体，以在作为回流进料至所述第二塔系统之前，产生温热的回收的二氧化碳液体。
所述设备可包含：
第五减压装置，其与所述第一相分离器流体流动连通，用于使所述回收的二氧化碳液体膨胀，以产生膨胀的回收的二氧化碳液体；
第十五换热器，其与所述第五减压装置流体流动连通，用于通过间接热交换，气化所述膨胀的回收的二氧化碳液体，以产生回收的二氧化碳气体；和
导管装置，用于在所述第四换热器之前，将回收的二氧化碳气体与二氧化碳-富集的塔顶蒸气合并。
在这样的实施方案中，所述设备通常包含第十六换热器，其在第一相分离器和所述第五减压装置之间的所述流体流动连通中，用于在所述膨胀之前，通过间接热交换，温热所述回收的二氧化碳液体。
另外或或者，所述设备可包含：
第六减压装置，其与所述第一相分离器流体流动连通，用于使回收的二氧化碳液体膨胀，以产生膨胀的回收的二氧化碳液体；
第十七换热器，其与所述第六减压装置流体流动连通，用于通过间接热交换，气化和任选温热膨胀的回收的二氧化碳液体，以产生温热的回收的二氧化碳气体；
第六压缩机，其与所述第十七换热器流体流动连通，用于压缩温热的回收的二氧化碳气体，以产生压缩的回收的二氧化碳气体；和
导管装置，用于在所述第四换热器之前，将压缩的回收的二氧化碳气体与温热的二氧化碳-富集的气体合并。
在一些优选的实施方案中，所述设备包含：
第十八换热器，其与所述第一相分离器流体流动连通，用于通过间接热交换，温热富含“轻质”杂质的残余气体，以产生温热的富含“轻质”杂质的残余气体；和
排气口，其与所述第十八换热器流体流动连通，用于从所述设备吹扫所述温热的富含“轻质”杂质的残余气体。
在其中工作流体为从所述第一塔系统取出的中间液体的实施方案中，所述热泵循环通常包含：
第七减压装置，其与所述第一塔系统流体流动连通，用于使所述中间液体膨胀，以产生膨胀的中间液体；
第十九换热器，其与所述第七减压装置流体流动连通，用于通过与所述二氧化碳-富集的塔顶蒸气间接热交换，气化所述膨胀的中间液体，以产生中间气体和所述二氧化碳-富集的液体，用作通向所述第一塔系统的所述回流；
第七压缩机，其与所述第十九换热器流体流动连通，用于压缩中间气体，以产生压缩的中间气体；
第二十换热器，其与所述第七压缩机流体流动连通，用于通过间接热交换，冷却压缩的中间气体，以产生冷却的中间气体；和
导管装置，用于将来自所述第二十换热器的冷却的中间气体进料至在所述第一塔系统中的中间位置，以提供至少一部分所述蒸气用于所述第一塔系统。
在这样的实施方案中，设备通常包含第二十一换热器，其在所述第十九换热器和所述第七压缩机之间的所述流体流动连通中，用于在所述压缩之前，温热所述中间气体。
在优选的实施方案中，设备包含第八减压装置，用于在进料至所述第一塔系统之前，使所述冷却的粗品二氧化碳流体膨胀。
所述设备可包含：
第二泵，其与所述第一塔系统流体流动连通，用于泵送“重质”杂质-富集的塔底液体，以产生泵送的塔底液体；
第二十二换热器，其与所述第二泵流体流动连通，用于通过间接热交换，温热泵送的塔底液体，以产生温热的塔底液体；和
第三泵，其与所述第二十二换热器流体流动连通，用于泵送温热的塔底液体，以产生泵送的废液。
优选地，所述设备包含：
第八减压装置，其在所述第一换热器和所述第一塔系统之间的所述流体流动连通中，用于使至少部分冷凝的冷却的粗品二氧化碳流体膨胀；和
第二十三换热器，其在所述第一换热器和所述第一塔系统之间的所述流体流动连通中，用于在所述第一塔系统之前，至少部分气化膨胀的粗品二氧化碳流体。
换热器可为个体换热器。然而，在优选的实施方案中，换热器为在至少一个较大热交换单元内的区域。优选，换热器为在单一主要热交换单元内的区域，所述单元通常为由铜焊的铝制成的板翅式换热器。
压缩机可为个体压缩机。然而，在一些实施方案中，压缩机可为在一个或多个多阶段中间冷却压缩机内的阶段。
蒸馏塔系统还可包含至少一个蒸气/液体分离器，用于从塔系统的回流液体分离蒸气组分，和/或用于从取自塔系统的部分再沸腾的液体产生的用于塔系统的蒸气分离液体组分。
当存在多个类似类型的单元或装置时，所述单元或装置用数字术语“第一”、“第二”、“第三”等来限定。应理解的是，这些术语旨在仅用于在不同的单元或装置之间区分。本发明人不必然意指设备的实施方案包含实际数量的单元或装置。完全可能优选的实施方案含有使用非连续数字术语提及的单元或装置的选集。
现在参考在图1A和1B中描述的对比方法和在图2-11中描述的本发明的优选实施方案来进一步描述本发明。
在图1A中描述的方法中，通过间接热交换，在主换热器HE1中通过间接热交换，冷却和冷凝粗品二氧化碳蒸气的流100，以产生粗品二氧化碳冷凝物的流102。流102跨过膨胀阀V2膨胀，以产生膨胀的粗品二氧化碳冷凝物的流104，随后在主换热器HE1中通过间接热交换而气化，以形成粗品二氧化碳蒸气的流106，并且进料至蒸馏塔系统C1，用于去除“重质”杂质。
粗品二氧化碳在蒸馏塔C1中分离成为“轻质”杂质-富集的二氧化碳塔顶蒸气和耗尽“轻质”杂质的“重质”杂质-富集的塔底液体。通过在使用塔顶蒸气作为工作流体的热泵循环中的再循环流体，至少部分提供用于蒸馏塔的再沸腾负荷。关于这一点，除去塔顶蒸气，并且作为流110进料至主换热器HE1，在这里其通过间接热交换而温热，以产生流112，它在压缩机CP1中压缩，以产生压缩的二氧化碳气体。将压缩的气体分成两部分。第一部分在压缩机CP3中进一步压缩，随后作为流160进料至下游过程，例如，图1B，用于去除“轻质”杂质。第二部分作为再循环流12进料至主换热器HE1，在这里其冷却和部分冷凝，以形成部分冷凝的二氧化碳气体的流122。流122跨过阀V4膨胀，以产生流124，它在相分离器容器S3中相分离。已分离的蒸气与来自塔C1的塔顶蒸气合并，以形成流110，而已分离的液体返回至蒸馏塔C1的顶部作为回流。
从蒸馏塔C1除去“重质”杂质-富集的塔底液体的流180，通过在主换热器HE1中与冷凝进料间接热交换而部分气化。将部分气化的塔底液体的流182进料至相分离器S4，将蒸气相进料返回至塔C1。将液相从分离器S4作为流186除去，在泵P3中泵送，以形成泵送的流188，在HE1中通过间接热交换而温热，以形成温热的塔底液体的流190，并且在泵P4中进一步泵送，以产生废液的流192。
将从蒸馏塔C1的中间位置取出的液体的流170进料至HE1，在这里通过与来自热泵循环的冷凝再循环流体间接热交换而至少部分气化，以产生至少部分气化的中间液体的流172，将其进料返回至蒸馏塔C1。
在图1B中描述的方法中，将含有“轻质”杂质的二氧化碳的流(例如在图1A中的流160)进料至换热器HE10，在这里其冷却和部分冷凝。将两相流在相分离器S10中相分离成为含有大多数“轻质”杂质和一些二氧化碳的蒸气相以及含有大多数二氧化碳的液相。液相920跨过阀V20膨胀，在HE10中通过间接热交换而气化，并且在CP20中压缩，以形成二氧化碳产物气体930。
通过在HE1中通过间接热交换来冷却和部分冷凝蒸气相，和随后在相分离器S20中相分离，从来自S10的蒸气相940回收二氧化碳。其它蒸气相908在HE10中通过间接热交换而温热，并且从方法吹扫。其它液相912在HE10中通过间接热交换而温热，跨过阀V30膨胀，在HE10中通过间接热交换而气化，在压缩机CP10中压缩并与来自S10的气化的液相合并，随后在CP20中进一步压缩，以产生产物气体930。
在图2中描述的方法为图1A的方法的修改，其中从分离器S3中的热泵循环的再循环流体除去“轻质”杂质，分离器S3在塔C1的压力下操作。与图1A共同的图2的特征已用相同的附图标记给出。以下为区别于在图1A中描述的方法的图2的特征的讨论。
在图2中，来自分离器S3的蒸气不与来自塔C1的塔顶蒸气合并。改为，在HE1中通过间接热交换，将来自分离器S3的蒸气的流140温热，以产生温热的流142。将温热的二氧化碳-富集的气体的流112分成两部分。第一部分(流114)在压缩机CP1中压缩，将压缩的流120再循环，如在图1A中一样。将第二部分与流142合并，以提供合并的流158，将其在压缩机CP3中压缩，以提供二氧化碳产物气体的流160。
在图3中描述的方法为图1A和图1B的方法的修改，其中在再循环压力(通过在S1中部分冷凝和相分离)下而不是在塔压力下，从热泵循环的再循环流体除去“轻质”杂质。与图1A和图1B共同的图3的特征已用相同的附图标记给出。以下为区别于在图1A和图1B中描述的方法图3的特征的讨论。
在图3中，第一塔系统为分开塔C1/C2。将进料流106进料至上塔C1的底部。来自上塔C1的塔底液体(为第一塔系统的“中间液体”)作为流170除去，在HE1中依靠热泵循环中的再循环流体再沸腾，并且作为流172返回至上塔C1。来上塔C1的塔底液体也用于向下塔C2提供回流。将来自下塔C2的塔顶蒸气与通向上塔C1的进料106合并。来自下塔C2的塔底液体作为流180除去，并且在HE1中依靠冷凝进料100再沸腾。将返回流182进料至分离器S4，将蒸气部分返回至下塔C2。将液体部分186如在图1中一样处理。
在HE1中通过间接热交换，将来自CP1的压缩的二氧化碳-富集的气体120冷却，以产生部分冷凝的流体200，它在合适的减压V1后作为流202进料至分离器S1，在这里分离成为“轻质”杂质-富集的塔顶蒸气156和富集二氧化碳的液相204。
在HE1中通过间接热交换，将蒸气相156温热，将温热的气体158在压缩机CP3中压缩，以产生二氧化碳产物气体160。在HE1中通过间接热交换，将液相过冷，以产生过冷的二氧化碳-富集的液体122，随后作为回流返回至第一塔系统，如在图1A中一样。
在图4中描述的方法为图3的方法的修改，其中(i)从来自S1的“轻质”杂质-富集的蒸气156回收二氧化碳，和(ii)不同地生产二氧化碳产物气体。与图3共同的图4的特征已用相同的附图标记给出。以下为区别于在图3中描述的方法的图4的特征的讨论。
在HE1中通过间接热交换，将来自S1的 “轻质”杂质-富集的蒸气156冷却和部分冷凝。部分冷凝的蒸气210在分离器S2中分离成为“轻质”杂质-富集的气体140和回收的二氧化碳液体212。在HE1中通过间接热交换，将“轻质”杂质-富集的气体温热，将温热的气体142从方法吹扫。通过间接热交换，将回收的二氧化碳液体212气化(在合适的减压V3后)，并且与在热泵循环中的二氧化碳-富集的塔顶蒸气110合并。
将二氧化碳-富集的液体122分成三部分。第一部分162跨过膨胀阀V5膨胀，在HE1中通过间接热交换，将膨胀的液体164气化和温热。将温热的气体158在压缩机CP3中压缩，以产生二氧化碳产物气体。第二部分167在泵P1中泵送，在HE1中通过间接热交换，将泵送的液体168气化和温热。温热的气体169随后在压缩机CP3中压缩，但是由于其已经在比温热的气体158更高的压力下，将其进料至压缩机的中间阶段。第三部分123用于提供在第一塔系统中的回流，如在图3中一样。
在图5中描述的方法为图4的方法的修改，其中(i)在第二塔系统中通过传质除去“轻质”杂质，和(ii)在跨过V3膨胀前，将回收的二氧化碳液体温热。与图4共同的图5的特征已用相同的附图标记给出。以下为区别于在图4中描述的方法的图5的特征的讨论。
至少部分冷凝的二氧化碳-富集的气体200跨过膨胀阀V1膨胀，将膨胀的流体202进料至塔C3，在这里其分离成为“轻质”杂质-富集的蒸气156和二氧化碳-富集的塔底液体。在HE1中通过间接换热器，通过部分气化塔底液体，使塔C3再沸腾。在S1中分离部分气化的流体，将蒸气返回至塔C3，将二氧化碳-富集的液体204冷却，以形成冷却的液体122。
在温热的流220跨过膨胀阀V3膨胀前，在HE1中通过间接热交换，将来自S2的回收的二氧化碳液体212温热，以防止在膨胀时形成固体二氧化碳。温热回收的液体具有使分离器S2的操作与第一塔系统去耦合的额外益处，从而能够使分离器在较低的温度下操作，进而提高二氧化碳的回收。
在图6中描述的方法为图5的方法的修改，其中进料为在塔C1的操作压力下的蒸气，并且其中由来自塔C1的二氧化碳-富集的塔顶蒸气和来自分离器S3的二氧化碳-富集的液体的组合，形成二氧化碳产物。与图5共同的图6的特征已用相同的附图标记给出。以下为区别于在图5中描述的方法的图6的特征的讨论。
在图6中，粗品二氧化碳流体100为在HE1中通过间接热交换而冷却的蒸气。随后将冷却的蒸气102进料至塔C1，而无需压力调节。此外，将来自分离器S3的液相分成两部分。第一部分用于向塔C1提供回流。第二部分167在泵P1中泵送，在HE1中通过间接热交换，将泵送的液体168气化和温热，以产生温热的二氧化碳气体169。
将来自塔C1的塔顶蒸气分成两部分。第一部分110用作工作流体用于热泵循环，如在图5中一样。在HE1中通过间接热交换，将第二部分164温热，将温热的气体158在压缩机CP3中压缩，以产生压缩的二氧化碳，将其与温热的二氧化碳气体169合并，以产生二氧化碳产物160。
在图7中描述的方法为图6的方法的修改，其中第一塔系统为单一塔C1。与图6共同的图7的特征已用相同的附图标记给出。具有单一塔C1的第一塔系统的操作如以上关于图1A讨论的。
在图8中描述的方法为图6的方法的修改，其中(i)通过部分冷凝和相分离，除去“轻质”杂质，如在以上讨论的图3和图4中一样，和(ii)回收的二氧化碳液体212跨过阀V3膨胀，在HE1中通过间接热交换气化和温热，以产生温热的气体215，将其在压缩机CP4中压缩，随后将压缩的气体217与通向热泵循环中的压缩机CP1的进料合并。与图3、图4和图6共同的图8的特征已用相同的附图标记给出。
在图9中描述的方法为图8的方法的修改，其中在HE1中通过间接热交换，将“轻质”杂质-富集的蒸气156温热，将温热的气体215在压缩机CP4中压缩。在HE1中通过间接热交换，将压缩的气体217(比起在主要热泵循环中的再循环气体120，在更低的压力下)冷却和部分冷凝，将部分冷凝的流体210进料至分离器S2，用于回收二氧化碳，如在例如图4中一样。采用这种方式，图9的方法具有第二热泵循环。与图4和图8共同的图9的特征已用相同的附图标记给出。
在10中描述的方法为图7的方法的修改，其中在HE1中通过间接热交换，将回收的二氧化碳液体212温热，随后用于向塔C3提供回流。此外，将来自S3的二氧化碳-富集的液体分成三部分。第一部分用于回流上塔C1，如在图7中一样。将第二部分167泵送和气化，以提供二氧化碳产物气体，同样如在图7中一样。第三部分310跨过阀V6膨胀，在HE1中通过间接热交换气化和温热，将温热的气体314在压缩机CP3中压缩。由于温热的二氧化碳-富集的气体158的压力比温热的气体314的压力大，将流158进料至压缩机CP3的中间阶段。与图7共同的图10的特征已用相同的附图标记给出。
图11的方法为图3的方法的修改，其中在单一塔C1中除去“重质”杂质，如在图1A中一样。此外，热泵循环的工作流体为来自塔C1的中间液体。与图1A和图3共同的图11的特征已用相同的附图标记给出。以下为区别于在图1A和图3中描述的方法的图11的特征的讨论。
中间液体170跨过膨胀阀V11膨胀，在HE1中通过与冷凝来自塔C1的二氧化碳-富集的塔顶蒸气110间接热交换，将膨胀的液体174气化。将温热的中间气体176在压缩机CP1中压缩，在HE1中通过间接热交换，将压缩的中间气体178冷却。将冷却的气体172返回至塔C1。
将二氧化碳-富集的塔顶蒸气110在HE1中部分冷凝，以形成进料至分离器S3的流124。如在其它图中一样，蒸气相140用于提供二氧化碳产物气体，液相用于向塔C1提供回流。
图12的方法为图5的方法的修改，其中在HE1中通过间接热交换，将来自塔C3的“轻质”杂质-富集的蒸气156温热，以提供温热的气体310。使用膜分离系统M1，从温热的气体310回收二氧化碳，以产生“轻质”杂质-富集的气体312和回收的二氧化碳气体142。将“轻质”杂质-富集的气体314在压缩机CP5中压缩，在通向压缩机CP1的进料处将压缩的气体316返回至热泵循环。与图5共同的图12的特征已用相同的附图标记给出。
本发明的各方面包括：
#1. 一种用于纯化包含至少一种“轻质”杂质和至少一种“重质”杂质的粗品二氧化碳流体的方法，所述方法包括：
通过间接热交换，在高于二氧化碳的三相点压力下冷却所述粗品二氧化碳流体，以产生冷却的粗品二氧化碳流体；
将所述冷却的粗品二氧化碳流体进料至第一塔系统，用于传质分离，以产生包含所述“轻质”杂质的二氧化碳-富集的塔顶蒸气和耗尽所述“轻质”杂质的“重质”杂质-富集的塔底液体；
通过间接热交换，通过至少部分气化在所述第一塔系统中的或从所述第一塔系统取出的至少一种“重质”杂质-富集的液体，使所述第一塔系统再沸腾，以提供蒸气用于所述第一塔系统；
通过间接热交换，冷却和至少部分冷凝二氧化碳-富集的塔顶蒸气或由其产生的压缩的二氧化碳-富集的气体，以产生包含所述“轻质”杂质的至少部分冷凝的二氧化碳-富集的气体；
分离所述至少部分冷凝的二氧化碳-富集的气体，以产生“轻质”杂质-富集的气体和二氧化碳-富集的液体；和
提供至少一部分所述二氧化碳-富集的液体作为回流用于所述第一塔系统，
其中所述第一塔系统在高于二氧化碳的三相点压力并且低于二氧化碳的临界压力下操作；和
其中所述方法包括至少一个热泵循环，所述热泵循环使用来自所述第一塔系统的流体作为工作流体。
#2. 根据#1的方法，其中在所述分离以产生所述“轻质”杂质-富集的气体和所述二氧化碳-富集的液体之前，使所述至少部分冷凝的二氧化碳-富集的气体膨胀。
#3. 根据#1或#2的方法，其中通过所述间接热交换，将所述二氧化碳-富集的塔顶蒸气或由其产生的所述压缩的二氧化碳-富集的气体部分冷凝，以产生部分冷凝的二氧化碳-富集的气体。
#4. 根据#1至#3中任一项的方法，其中通过相分离，将所述二氧化碳-富集的液体与所述“轻质”杂质-富集的气体分离。
#5. 根据#1至#4中任一项的方法，其中在第二塔系统中，通过传质分离，将所述二氧化碳-富集的液体与所述“轻质”杂质-富集的气体分离。
#6. 根据#1至#5中任一项的方法，其中通过选自在所述热泵循环中的至少一种再循环流和所述粗品二氧化碳流体的至少一种流，提供使所述第一塔系统再沸腾所需的至少一部分气化负荷。
#7. 根据#1至#6中任一项的方法，其中提供蒸气用于所述第一塔系统的所述“重质”杂质-富集的液体包含在所述第一塔系统的中间位置中的或从所述第一塔系统的中间位置取出的中间液体。
#8. 根据#7的方法，其中通过在所述热泵循环中的至少一种再循环流，提供使所述中间液体气化所需的至少一部分气化负荷。
#9. 根据#7或#8的方法，其中通过所述二氧化碳-富集的塔顶蒸气，提供使所述中间液体气化所需的至少一部分气化负荷。
#10. 根据#1至#9中任一项的方法，其中提供蒸气用于所述第一塔系统的所述“重质”杂质-富集的液体包含所述“重质”杂质-富集的塔底液体。
#11. 根据#10的方法，其中通过所述粗品二氧化碳流体，提供使所述塔底液体气化所需的至少一部分气化负荷。
#12. 根据#1至#11中任一项的方法，其中所述“轻质”杂质-富集的气体作为产物气体从方法除去。
#13. 根据#1至#11中任一项的方法，其中从所述“轻质”杂质-富集的气体回收二氧化碳，产生富含“轻质”杂质的残余气体，将其任选从方法吹扫。
#14. 根据#1至#13中任一项的方法，其中所述“轻质”杂质-富集的气体或由其生产的富含“轻质”杂质的残余气体不与所述热泵循环的所述工作流体一起再循环。
#15. 根据#1至#14中任一项的方法，其中所述工作流体为二氧化碳-富集的塔顶蒸气，所述热泵循环包括：
通过间接热交换，温热所述二氧化碳-富集的塔顶蒸气，以产生温热的二氧化碳-富集的气体；和
压缩所述温热的二氧化碳-富集的气体，以产生所述压缩的二氧化碳-富集的气体，
其中所述压缩的二氧化碳-富集的气体用于提供至少部分气化所述“重质”杂质-富集的液体所需的至少一部分气化负荷，从而冷却和部分冷凝所述二氧化碳-富集的气体，以产生包含所述“轻质”杂质的部分冷凝的二氧化碳-富集的气体。
#16. 根据#15的方法，其中在提供所述气化负荷之前，通过间接热交换，将所述压缩的二氧化碳-富集的气体冷却。
#17. 根据#15或#16的方法，其中在向所述第一塔系统提供所述回流之前，通过间接热交换，将所述二氧化碳-富集的液体冷却。
#18. 根据#15至#17中任一项的方法，其中在向所述第一塔系统提供所述回流之前，使所述二氧化碳-富集的液体膨胀。
#19. 根据#15至#18中任一项的方法，所述方法包括：
使一部分所述二氧化碳-富集的液体膨胀，以产生膨胀的二氧化碳-富集的液体；
通过间接热交换，气化所述膨胀的二氧化碳-富集的液体，以产生二氧化碳-富集的产物气体；和
压缩所述二氧化碳-富集的产物气体，以产生压缩的二氧化碳-富集的产物气体。
#20. 根据#15至#19中任一项的方法，所述方法包括：
泵送一部分所述二氧化碳-富集的液体，以产生泵送的二氧化碳-富集的液体；和
通过间接热交换，气化所述泵送的二氧化碳-富集的液体，以产生二氧化碳-富集的产物气体。
#21. 根据#20的方法，其中将所述二氧化碳-富集的产物气体压缩，以产生压缩的二氧化碳-富集的产物气体。
#22. 根据#15至#21中任一项的方法，所述方法包括：
通过间接热交换，温热所述“轻质”杂质-富集的气体，以产生温热的“轻质”杂质-富集的气体；
压缩所述“轻质”杂质-富集的气体，以产生压缩的“轻质”杂质-富集的气体；和
使用所述压缩的“轻质”杂质-富集的气体，通过间接热交换，以提供气化负荷，从而至少部分冷凝所述气体，以产生至少部分冷凝的“轻质”杂质-富集的气体。
#23. 根据#15至#22中任一项的方法，其中从所述“轻质”杂质-富集的气体回收二氧化碳，以产生富含“轻质”杂质的残余气体和回收的二氧化碳。
#24. 根据#23的方法，所述方法包括：
冷却和部分冷凝所述“轻质”杂质-富集的气体，以产生部分冷凝的“轻质”杂质-富集的气体；和
相分离所述部分冷凝的“轻质”杂质-富集的气体，以产生所述富含“轻质”杂质的残余气体和回收的二氧化碳液体。
#25. 根据#24的方法，其中将至少一部分所述回收的二氧化碳液体作为回流进料至所述第二塔系统。
#26. 根据#25的方法，其中在作为所述回流进料至所述第二塔系统之前，通过间接热交换，将所述回收的二氧化碳液体温热。
#27. 根据#23至#26中任一项的方法，其中在二氧化碳回收之前，通过间接热交换，将所述“轻质”杂质-富集的气体或由其生产的压缩的“轻质”杂质-富集的气体冷却，所述二氧化碳作为液体回收。
#28. 根据#27的方法，所述方法包括：
使所述回收的二氧化碳液体膨胀，以产生膨胀的回收的二氧化碳液体；和
通过间接热交换，气化所述膨胀的回收的二氧化碳液体，以产生回收的二氧化碳气体，
其中在所述温热以产生所述温热的二氧化碳-富集的气体之前，将所述回收的二氧化碳气体与所述二氧化碳-富集的塔顶蒸气合并。
#29. 根据#28的方法，所述方法包括：
使所述回收的二氧化碳液体膨胀，以产生膨胀的回收的二氧化碳液体；
通过间接热交换，气化和任选温热所述膨胀的回收的二氧化碳液体，以产生回收的二氧化碳气体；和
压缩所述回收的二氧化碳气体，以产生压缩的回收的二氧化碳气体，
其中在所述压缩以产生所述压缩的二氧化碳-富集的气体之前，将所述压缩的回收的二氧化碳气体与所述温热的二氧化碳-富集的气体合并。
#30. 根据#28或#29的方法，其中在所述膨胀之前，通过间接热交换，将所述回收的二氧化碳液体温热。
#31. 根据#23至#30中任一项的方法，其中通过间接热交换，将所述富含“轻质”杂质的残余气体温热，并且从方法吹扫。
#32. 根据#23的方法，其中在二氧化碳回收之前，通过间接热交换，将所述“轻质”杂质-富集的气体或由其生产的压缩的“轻质”杂质-富集的气体温热，所述二氧化碳作为气体回收。
#33. 根据#32的方法，其中使用选自吸附；吸收；膜分离和固化的方法，从所述“轻质”杂质-富集的气体回收二氧化碳。
#34. 根据#1至#14中任一项的方法，其中所述工作流体为从所述第一塔系统取出的中间液体，所述热泵循环包括：
使所述中间液体膨胀，以产生膨胀的中间液体；
通过与所述二氧化碳-富集的塔顶蒸气间接热交换，气化所述膨胀的中间液体，以产生中间气体和所述二氧化碳-富集的液体，用作通向所述第一塔系统的所述回流；
压缩所述中间气体，以产生压缩的中间气体；和
通过间接热交换，冷却所述压缩的中间气体，以产生冷却的中间气体，
其中将所述冷却的中间气体进料至所述第一塔系统中的中间位置，以提供至少一部分所述蒸气用于所述第一塔系统。
#35. 根据#34的方法，其中在所述压缩之前，通过间接热交换，将所述中间气体温热。
#36. 根据#1至#35中任一项的方法，其中所述粗品二氧化碳流体的压力大于所述第一塔系统的操作压力，所述方法包括在进料至所述第一塔系统之前，使所述冷却的粗品二氧化碳流体膨胀。
#37. 根据#1至#36中任一项的方法，其中所述粗品二氧化碳流体在与所述第一塔系统的操作压力大致相同的压力下。
#38. 根据#1至#37中任一项的方法，所述方法包括：
泵送所述“重质”杂质-富集的塔底液体，以产生泵送的塔底液体；
通过间接热交换，温热所述泵送的塔底液体，以产生温热的塔底液体；和
泵送所述温热的塔底液体，以产生泵送的废液。
#39. 根据#1至#38中任一项的方法，其中通过选自二氧化碳-富集的液体；“重质”杂质-富集的中间液体和“重质”杂质-富集的塔底液体的至少一种流体，提供方法所需的总致冷负荷的大多数。
#40. 根据#1至#39中任一项的方法，其中通过选自所述粗品二氧化碳流体和来自所述热泵循环的至少一种再循环流的至少一种流体，提供方法所需的总气化负荷的大多数。
#41. 根据#1至#40中任一项的方法，其中所述方法为自动冷冻的。
#42. 根据#1至#41中任一项的方法，其中至少一种“轻质”杂质选自氢；甲烷；C2烃和它们的混合物，所述富含“轻质”杂质的残余蒸气用作燃料用于燃烧，以产生燃烧产物气体。
#43. 根据#42的方法，其中通过间接热交换，从所述燃烧产物气体回收热量。
#44. 根据#1至#43中任一项的方法，其中所述粗品二氧化碳流体包含至少约50摩尔%量的二氧化碳。
#45. 根据#1至#44中任一项的方法，其中所述粗品二氧化碳流体包含总量不大于约50摩尔%的所述至少一种“轻质”杂质。
#46. 根据#1至#45中任一项的方法，其中所述粗品二氧化碳流体包含总量不大于约50摩尔%的所述至少一种“重质”杂质。
#47. 根据#1至#46中任一项的方法，其中至少一种“轻质”杂质选自氮；氧；氩；氖；氙；氪；一氧化碳；一氧化一氮；一氧化二氮；氢；氦；甲烷和C2烃。
#48. 根据#1至#47中任一项的方法，其中至少一种“重质”杂质选自硫化氢；甲醇；C3-C8烃；二硫化碳；氧硫化碳；二甲硫醚和其它有机硫化合物；二氧化氮，二氧化硫；三氧化硫和氨。
#49. 根据#1至#48中任一项的方法，其中至少一种“重质”杂质为硫化氢。
#50. 根据的方法#49，其中至少一种“轻质”杂质选自氮；氩；氦；甲烷和乙烷。
#51. 根据#13的方法，其中所述富含“轻质”杂质的残余气体包含甲烷、氮和氦，所述方法包括从甲烷排出氮和氦，和从排出过程回收氦。
#52. 根据#1至#51中任一项的方法，其中所述第一塔系统的操作压力为约5.2巴-约40巴，优选15巴-约25巴。
#53. 根据#1至#52中任一项的方法，其中在约5.2巴-约60巴，优选约15巴-约50巴的压力下，将至少部分冷凝的二氧化碳-富集的气体分离，以产生所述“轻质”杂质-富集的气体和所述二氧化碳-富集的液体。
#54. 根据#1至#53中任一项的方法，其中所述冷却的粗品二氧化碳流体为至少部分冷凝的形式，在进料至所述第一塔系统之前，使所述流体膨胀至所述第一塔系统的操作压力，并且通过间接热交换至少部分气化。
#55.用于纯化包含至少一种“轻质”杂质和至少一种“重质”杂质的粗品二氧化碳流体的设备，所述设备包含：
第一换热器，用于通过间接热交换，冷却所述粗品二氧化碳流体，以产生冷却的粗品二氧化碳流体；
第一塔系统，其与所述第一换热器流体流动连通，用于通过传质分离来分离所述冷却的粗品二氧化碳流体，以产生包含所述“轻质”杂质的二氧化碳-富集的塔顶蒸气和耗尽所述“轻质”杂质的“重质”杂质-富集的塔底液体；
至少一个第二换热器，用于通过间接热交换，使在所述第一塔系统中的或从所述第一塔系统取出的“重质”杂质-富集的液体再沸腾，以提供蒸气用于所述第一塔系统；
第三换热器，用于通过间接热交换，冷却和至少部分冷凝二氧化碳-富集的塔顶蒸气或由其产生的压缩的二氧化碳-富集的气体，以产生包含所述“轻质”杂质的至少部分冷凝的二氧化碳-富集的气体；
分离单元，其与所述第三换热器流体流动连通，用于分离至少部分冷凝的二氧化碳-富集的气体，以产生“轻质”杂质-富集的气体和二氧化碳-富集的液体；和
导管装置，用于提供二氧化碳-富集的液体作为回流用于所述第一塔系统，
其中所述设备包含至少一个热泵循环，所述热泵循环使用来自所述第一塔系统的流体作为工作流体。
#56. 根据#55的设备，所述设备在所述第三换热器和所述分离单元之间包含第一减压装置，用于在所述分离单元之前使所述至少部分冷凝的二氧化碳-富集的气体膨胀。
#57. 根据#55或#56的设备，其中所述分离单元为相分离器。
#58. 根据#55或#56的设备，其中所述分离单元为第二塔系统，用于传质分离。
#59. 根据#55至#58中任一项的设备，其中所述第二换热器设置用于使在所述第一塔系统的中间位置中的或从所述第一塔系统的中间位置取出的中间液体再沸腾。
#60. 根据#59的设备，其中所述第二换热器设置用于通过与所述热泵循环中的至少一种再循环流间接热交换，使所述中间液体再沸腾。
#61. 根据#59或#60的设备，其中所述第二换热器设置用于通过与二氧化碳-富集的塔顶蒸气间接热交换，使所述中间液体再沸腾。
#62. 根据#55至#61中任一项的设备，其中所述第二换热器设置用于使所述“重质”杂质-富集的塔底液体再沸腾。
#63. 根据#62的设备，其中所述第二换热器设置用于通过与所述粗品二氧化碳流体间接热交换，使所述塔底液体再沸腾。
#64. 根据#55至#63中任一项的设备，其中所述工作流体为二氧化碳-富集的塔顶蒸气，所述热泵循环包括：
第四换热器，其与所述第一塔系统流体流动连通，用于通过间接热交换，温热二氧化碳-富集的塔顶蒸气，以产生温热的二氧化碳-富集的气体；
第一压缩机，其与所述第四换热器流体流动连通，用于压缩所述温热的二氧化碳-富集的气体，以产生所述压缩的二氧化碳-富集的气体；
其中所述第二换热器设置用于通过与所述压缩的二氧化碳-富集的气体间接热交换，气化所述“重质”杂质-富集的液体。
#65. 根据#64的设备，所述设备包含第五换热器，其在所述第一压缩机和所述第二换热器之间的所述流体流动连通中，以在所述第二换热器之前冷却所述压缩的二氧化碳-富集的气体。
#66. 根据#64或#65的设备，其中用于将所述二氧化碳-富集的液体作为回流进料至所述第一塔系统的所述导管装置包含第六换热器，用于在所述第一塔系统之前冷却所述液体。
#67. 根据#64至#66中任一项的设备，其中用于将所述二氧化碳-富集的液体作为回流进料至所述第一塔系统的所述导管装置包含第二减压装置，用于在所述第一塔系统之前使液体膨胀。
#68. 根据#64至#67中任一项的设备，所述设备包含：
第三减压装置，其与所述分离单元流体流动连通，用于使二氧化碳-富集的液体膨胀，以产生膨胀的二氧化碳-富集的液体；
第七换热器，其与所述第三减压装置流体流动连通，用于通过间接热交换，气化所述膨胀的二氧化碳-富集的液体，以产生二氧化碳-富集的气体；和
第二压缩机，其与所述第七换热器流体流动连通，用于压缩二氧化碳-富集的气体，以产生压缩的二氧化碳-富集的产物气体。
#69. 根据#68的设备，所述设备包含第八换热器，其在所述分离单元和所述第三减压装置之间的所述流体流动连通中，以在所述膨胀之前，通过间接热交换，温热所述二氧化碳-富集的液体。
#70. 根据#64至#69中任一项的设备，所述设备包含：
第四减压装置，其与所述分离单元流体流动连通，用于使二氧化碳-富集的液体膨胀，以产生膨胀的二氧化碳-富集的液体；
第九换热器，其与所述减压装置流体流动连通，用于通过间接热交换，气化所述膨胀的二氧化碳-富集的液体，以产生二氧化碳-富集的气体；和
第三压缩机，其与所述第九换热器流体流动连通，用于压缩所述二氧化碳-富集的气体，以产生压缩的二氧化碳-富集的产物气体。
#71. 根据#64至#70中任一项的设备，所述设备包含：
第一泵，其与所述分离单元流体流动连通，用于泵送二氧化碳-富集的液体，以产生泵送的二氧化碳-富集的液体；
第十换热器，其与所述第一泵流体流动连通，用于通过间接热交换，气化所述泵送的二氧化碳-富集的液体，以产生二氧化碳-富集的产物气体。
#72. 根据#71的设备，所述设备包含第四压缩机，其与所述第十换热器流体流动连通，用于压缩二氧化碳-富集的产物气体，以产生压缩的二氧化碳-富集的产物气体。
#73. 根据#64至#72中任一项的设备，所述设备包含：
第十一换热器，其与所述分离单元流体流动连通，用于通过间接热交换，温热“轻质”杂质-富集的气体，以产生温热的“轻质”杂质-富集的气体；
第五压缩机，其与所述第十一换热器流体流动连通，用于压缩所述温热的“轻质”杂质-富集的气体，以产生压缩的“轻质”杂质-富集的气体；和
第十二换热器，其与所述第五压缩机流体流动连通，其设置成使得通过间接热交换，将所述压缩的“轻质”杂质-富集的气体至少部分冷凝。
#74. 根据#64至#72中任一项的设备，所述设备包含：
第十三换热器，其与所述分离单元流体流动连通，用于通过间接热交换，冷却和部分冷凝“轻质”杂质-富集的气体，以产生部分冷凝的“轻质”杂质-富集的气体；和
第一相分离器，其与所述第十三换热器流体流动连通，用于分离部分冷凝的“轻质”杂质-富集的气体，以产生富含“轻质”杂质的残余气体和回收的二氧化碳液体。
#75. 根据#74的设备，其中所述分离单元为第二塔系统，用于传质分离，所述设备包含导管装置，用于将来自所述第一相分离器的回收的二氧化碳液体作为回流进料至所述第二塔系统。
#76. 根据#75的设备，所述导管装置包含第十四换热器，用于通过间接热交换，温热回收的二氧化碳液体，以在作为回流进料至所述第二塔系统之前，产生温热的回收的二氧化碳液体。
#77. 根据#74至#76中任一项的设备，所述设备包含：
第五减压装置，其与所述第一相分离器流体流动连通，用于使所述回收的二氧化碳液体膨胀，以产生膨胀的回收的二氧化碳液体；
第十五换热器，其与所述第五减压装置流体流动连通，用于通过间接热交换，气化所述膨胀的回收的二氧化碳液体，以产生回收的二氧化碳气体；和
导管装置，用于在所述第四换热器之前，将回收的二氧化碳气体与二氧化碳-富集的塔顶蒸气合并。
#78. 根据#77的设备，所述设备包含第十六换热器，其在第一相分离器和所述第五减压装置之间的所述流体流动连通中，用于在所述膨胀之前，通过间接热交换，温热所述回收的二氧化碳液体。
#79. 根据#74至#78中任一项的设备，所述设备包含：
第六减压装置，其与所述第一相分离器流体流动连通，用于使回收的二氧化碳液体膨胀，以产生膨胀的回收的二氧化碳液体；
第十七换热器，其与所述第六减压装置流体流动连通，用于通过间接热交换，气化和任选温热膨胀的回收的二氧化碳液体，以产生温热的回收的二氧化碳气体；
第六压缩机，其与所述第十七换热器流体流动连通，用于压缩温热的回收的二氧化碳气体，以产生压缩的回收的二氧化碳气体；和
导管装置，用于在所述第一压缩机之前，将压缩的回收的二氧化碳气体与温热的二氧化碳-富集的气体合并。
#80. 根据#74至#79中任一项的设备，所述设备包含：
第十八换热器，其与所述第一相分离器流体流动连通，用于通过间接热交换，温热富含“轻质”杂质的残余气体，以产生温热的富含“轻质”杂质的残余气体；和
排气口，其与所述第十八换热器流体流动连通，用于从所述设备吹扫所述温热的富含“轻质”杂质的残余气体。
#81. 根据#55至#63中任一项的设备，其中所述工作流体为从所述第一塔系统取出的中间液体，所述热泵循环包括：
第七减压装置，其与所述第一塔系统流体流动连通，用于使所述中间液体膨胀，以产生膨胀的中间液体；
第十九换热器，其与所述第七减压装置流体流动连通，用于通过与所述二氧化碳-富集的塔顶蒸气间接热交换，气化所述膨胀的中间液体，以产生中间气体和所述二氧化碳-富集的液体，用作通向所述第一塔系统的所述回流；
第七压缩机，其与所述第十九换热器流体流动连通，用于压缩中间气体，以产生压缩的中间气体；
第二十换热器，其与所述第七压缩机流体流动连通，用于通过间接热交换，冷却压缩的中间气体，以产生冷却的中间气体；和
导管装置，用于将来自所述第二十换热器的冷却的中间气体进料至所述第一塔系统中的中间位置，以提供至少一部分所述蒸气用于所述第一塔系统。
#82. 根据#81的设备，所述设备包含第二十一换热器，其在所述第十九换热器和所述第七压缩机之间的所述流体流动连通中，用于在所述压缩之前，温热所述中间气体。
#83. 根据#55至#82中任一项的设备，所述设备包含第八减压装置，用于在进料至所述第一塔系统之前，使所述冷却的粗品二氧化碳流体膨胀。
#84. 根据#55至#83中任一项的设备，所述设备包含：
第二泵，其与所述第一塔系统流体流动连通，用于泵送“重质”杂质-富集的塔底液体，以产生泵送的塔底液体；
第二十二换热器，其与所述第二泵流体流动连通，用于通过间接热交换，温热泵送的塔底液体，以产生温热的塔底液体；和
第三泵，其与所述第二十二换热器流体流动连通，用于泵送温热的塔底液体，以产生泵送的废液。
#85. 根据#55至#84中任一项的设备，所述设备包含：
第八减压装置，其在所述第一换热器和所述第一塔系统之间的所述流体流动连通中，用于使至少部分冷凝的冷却的粗品二氧化碳流体膨胀；和
第二十三换热器，其在所述第一换热器和所述第一塔系统之间的所述流体流动连通中，用于在所述第一塔系统之前，至少部分气化膨胀的粗品二氧化碳流体。
#86. 根据#55至#85中任一项的设备，其中所述换热器为在单一主要换热器内的区域。
对比实施例
使用关注的组合物和压力/温度范围内测量的蒸气-液体平衡数据，使用ASPEN™ Plus软件(版本7.2；© Aspen Technology，Inc.)，通过计算机，将图1A中描述的方法模型化，在表1中提供关键流的热量和质量平衡数据。
根据该模型化，对比实施例的方法以91.1摩尔%的纯度回收进料中的99.3%的二氧化碳，并且共消耗约23,775 kW的功率。该数字代表压缩机CP1和CP3(23,682 kW)和泵P3和P4(92 kW)所需的功率的总和。
实施例1
使用关注的组合物和压力/温度范围内测量的蒸气-液体平衡数据，使用ASPEN™ Plus软件(版本7.2；© Aspen Technology，Inc.)，通过计算机，将图3中描述的方法模型化。在表2中提供关键流的热量和质量平衡数据。
根据该模型化，举例说明的方法以91.1摩尔%的纯度回收进料中的99%的二氧化碳，并且共消耗约20,013 kW的功率。该数字代表压缩机CP1和CP3(19,915 kW)和泵P3和P4(98 kW)所需的功率的总和。因此，该举例说明的方法节约对比实施例的16.2%的功率(或15.6%，基于比功率)。
应注意到，这些数字不考虑在图1B中描述的常规的“轻质”杂质去除方法消耗的功率。因此，若考虑图1B，图3的总功率节约和比功率节约实际上显著多于上面所指出的。
实施例2
使用关注的组合物和压力/温度范围内测量的蒸气-液体平衡数据，使用ASPEN™ Plus软件(版本7.2；© Aspen Technology，Inc.)，通过计算机，将图4中描述的方法模型化。在表3中提供关键流的热量和质量平衡数据。
根据该模型化，举例说明的方法以91.1摩尔%的纯度回收进料中的99%的二氧化碳，并且共消耗约18,527 kW的功率。该数字代表压缩机CP1和CP3(18,428 kW)和泵P3和P4(100 kW)所需的功率的总和。因此，该举例说明的方法节约对比实施例的22.5%的功率(或21.9%，基于比功率)。
应注意到，这些数字不考虑在图1B中描述的常规的“轻质”杂质去除方法消耗的功率。因此，若考虑图1B，图4的总功率节约和比功率节约实际上显著多于上面所指出的。
实施例3
使用关注的组合物和压力/温度范围内测量的蒸气-液体平衡数据，使用ASPEN™ Plus软件(版本7.2；© Aspen Technology，Inc.)，通过计算机，将图5中描述的方法模型化。在表4中提供关键流的热量和质量平衡数据。
根据该模型化，举例说明的方法以97.3摩尔%的纯度回收进料中的94.9%的二氧化碳，并且共消耗约17,801 kW的功率。该数字代表压缩机CP1和CP3(17,511 kW)和泵P1，P3和P4(290 kW)所需的功率的总和。因此，该举例说明的方法节约对比实施例的26.7%的功率(或16.3%，基于比功率)。
应注意到，这些数字不考虑在图1B中描述的常规的“轻质”杂质去除方法消耗的功率。因此，若考虑图1B，图5的总功率节约和比功率节约实际上显著多于上面所指出的。
实施例4
使用关注的组合物和压力/温度范围内测量的蒸气-液体平衡数据，使用ASPEN™ Plus软件(版本7.2；© Aspen Technology，Inc.)，通过计算机，将图6中描述的方法模型化。在表5中提供关键流的热量和质量平衡数据。
根据该模型化，举例说明的方法以99.5摩尔%的纯度回收进料中的93.2%的二氧化碳，并且共消耗约19,089 kW的功率。该数字代表压缩机CP1和CP3(18,839 kW)和泵P1，P3和P4(250 kW)所需的功率的总和。因此，该举例说明的方法节约对比实施例的19.3%的功率(或6.6%，基于比功率)。
应注意到，这些数字不考虑在图1B中描述的常规的“轻质”杂质去除方法消耗的功率。因此，若考虑图1B，图6的总功率节约和比功率节约实际上显著多于上面所指出的。
虽然已参考在附图中描述的优选实施方案描述了本发明，但应认识到，在本发明的精神或范围内，各种修改是可能的。
在本说明书中，除非另外明确指示，词语‘或’在满足任一或两个所述条件时返回真值的运算符号的意义上使用，有别于仅需满足条件之一的运算符号‘排他性的或’。词语‘包含’在‘包括’的意义上使用而不是指‘由…组成’。以上所有现有技术教导通过引用结合到本文中。在本文中，承认任何先前出版的文件均不认为是承认或陈述在澳大利亚或其它地方在其日期时其教导属于公知常识。

Claims (10)

1. 一种用于纯化包含至少一种“轻质”杂质和至少一种“重质”杂质的粗品二氧化碳流体的方法，所述方法包括：
通过间接热交换，在高于二氧化碳的三相点压力下冷却所述粗品二氧化碳流体，以产生冷却的粗品二氧化碳流体；
将所述冷却的粗品二氧化碳流体进料至第一塔系统，用于传质分离，以产生包含所述“轻质”杂质的二氧化碳-富集的塔顶蒸气和耗尽所述“轻质”杂质的“重质”杂质-富集的塔底液体；
通过间接热交换，通过至少部分气化在所述第一塔系统中的或从所述第一塔系统取出的至少一种“重质”杂质-富集的液体，使所述第一塔系统再沸腾，以提供蒸气用于所述第一塔系统；
通过间接热交换，冷却和至少部分冷凝二氧化碳-富集的塔顶蒸气或由其产生的压缩的二氧化碳-富集的气体，以产生包含所述“轻质”杂质的至少部分冷凝的二氧化碳-富集的气体；
分离所述至少部分冷凝的二氧化碳-富集的气体，以产生“轻质”杂质-富集的气体和二氧化碳-富集的液体；和
提供至少一部分所述二氧化碳-富集的液体作为回流用于所述第一塔系统，
其中所述第一塔系统在高于二氧化碳的三相点压力并且低于二氧化碳的临界压力下操作；和
其中所述方法包括至少一个热泵循环，所述热泵循环使用来自所述第一塔系统的流体作为工作流体。
2. 权利要求1的方法，其中在所述分离以产生所述“轻质”杂质-富集的气体和所述二氧化碳-富集的液体之前，使所述至少部分冷凝的二氧化碳-富集的气体膨胀。
3. 权利要求1的方法，其中通过所述间接热交换，将所述二氧化碳-富集的塔顶蒸气或由其产生的所述压缩的二氧化碳-富集的气体部分冷凝，以产生部分冷凝的二氧化碳-富集的气体。
4. 权利要求1的方法，其中通过相分离，将所述二氧化碳-富集的液体与所述“轻质”杂质-富集的气体分离。
5. 权利要求1的方法，其中在第二塔系统中，通过传质分离，将所述二氧化碳-富集的液体与所述“轻质”杂质-富集的气体分离。
6. 权利要求1的方法，其中通过选自在所述热泵循环中的至少一种再循环流和所述粗品二氧化碳流体的至少一种流，提供使所述第一塔系统再沸腾所需的至少一部分气化负荷。
7. 权利要求1的方法，其中提供蒸气用于所述第一塔系统的所述“重质”杂质-富集的液体包含在所述第一塔系统的中间位置中的或从所述第一塔系统的中间位置取出的中间液体。
8. 权利要求7的方法，其中通过在所述热泵循环中的至少一种再循环流，提供使所述中间液体气化所需的至少一部分气化负荷。
9. 权利要求7的方法，其中通过所述二氧化碳-富集的塔顶蒸气，提供使所述中间液体气化所需的至少一部分气化负荷。
10. 用于纯化包含至少一种“轻质”杂质和至少一种“重质”杂质的粗品二氧化碳流体的设备，所述设备包含：
第一换热器，用于通过间接热交换，冷却所述粗品二氧化碳流体，以产生冷却的粗品二氧化碳流体；
第一塔系统，其与所述第一换热器流体流动连通，用于通过传质分离来分离所述冷却的粗品二氧化碳流体，以产生包含所述“轻质”杂质的二氧化碳-富集的塔顶蒸气和耗尽所述“轻质”杂质的“重质”杂质-富集的塔底液体；
至少一个第二换热器，用于通过间接热交换，使在所述第一塔系统中的或从所述第一塔系统取出的“重质”杂质-富集的液体再沸腾，以提供蒸气用于所述第一塔系统；
第三换热器，用于通过间接热交换，冷却和至少部分冷凝二氧化碳-富集的塔顶蒸气或由其产生的压缩的二氧化碳-富集的气体，以产生包含所述“轻质”杂质的至少部分冷凝的二氧化碳-富集的气体；
分离单元，其与所述第三换热器流体流动连通，用于分离至少部分冷凝的二氧化碳-富集的气体，以产生“轻质”杂质-富集的气体和二氧化碳-富集的液体；和
导管装置，用于提供二氧化碳-富集的液体作为回流用于所述第一塔系统，
其中所述设备包含至少一个热泵循环，所述热泵循环使用来自所述第一塔系统的流体作为工作流体。
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