CN1370815A - 净化二氧化碳原料流的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

在此公开的是一种净化二氧化碳的方法和设备,包括(i)一个吸附步骤,从二氧化碳原料气中除去预定量的碳氢化合物,以降低原料流的热值,和(ii)一个催化氧化步骤,位于吸附步骤之后,通过催化氧化除去原料气中残余的碳氢化合物。

Description

净化二氧化碳原料流的方法和设备
技术领域
本发明总体上讲涉及一项用于从原料流中回收二氧化碳并降低二氧化碳净化系统的成本的方法和设备。更具体地讲，本发明涉及一种利用吸附床，比如活性碳，与催化氧化系统相结合的二氧化碳的净化方法和设备。
背景技术
表1中列出了以一种化学过程中的井流和排气流为例的二氧化碳原料流中不同成分的浓度。
                        表1
                     原料气组成
成分 浓度Ppm(v) Lbs./hr.1     燃烧热Btu′s/hr.     氧化过程需氧量Lbs./hr.
氮     130     NA     NA     NA
甲烷  2     7,730     27.13     569,730     108.5
乙烷     1,230     8.10     165,261     17.2
丙烷     940     9.07     178,361     23.1
异丁烷     260     3.31     64,922     11.9
正丁烷     360     9.57     89,636     16.4
异戊烷     150     2.37     46,213     8.4
正戊烷     180     2.84     44,378     10.1
己烷     380     7.17     139,034     25.4
环己烷     290     5.34     100,638     18.3
苯     4,800     82.12     1,432,621     252.7
甲苯     1,000     20.18     355,188     63.2
二氧化碳     残余物     NA     NA
可燃成分总量     177.2     3,185,982     555.2
注1：基于一套每天100公吨的设备。
注2：由于催化剂和操作条件的选择，只被催化氧化过程部分除去。
如表所示，为提供相对纯净的二氧化碳，原料流中含有的各种碳氢化合物必须被除去。目前，一些技术如洗涤器、吸收系统和催化氧化系统等被用于从气流中除去碳氢化合物。对这些技术简述如下。
洗涤器通常利用水洗，可以充分地从原料流中除去水溶性碳氢化合物，例如乙醇和甲醇之类。但是洗涤器对于除去非水溶性碳氢化合物没有效果。通常是用吸附床和催化氧化系统替代来除去非水溶性碳氢化合物。
典型的吸附床包括有作为吸附介质的活性碳。对于低成本地除去大量的沸点在摄氏20度以上的碳氢化合物，这种吸附床通常有效。然而，当原料流主体中弱吸附和强吸附种类皆有时，就资本成本和操作成本而言，活性碳吸附床技术相对无效。(参见Basmadjian第75页)。比如，弱吸附种类很典型地是被强吸附种类置换，因此，并非所有碳氢化合物种类都被有效地吸附。另外，对于食品级的二氧化碳，诸如乙烷、丙烷、丁烷、甲基醚等等之类的化合物不能被除去至所要求的水平(低ppm及/或ppb)。至少鉴于上述原因，单一的活性碳系统只能部分地除去杂质，例如表1所列原料流中，只有重量比大约70％的碳氢化合物杂质将被吸附有效地除去，因此将无法符合食品级二氧化碳的规格。(表5)
除洗涤器和吸附床之外，催化氧化系统也可被用于从原料流中除去碳氢化合物。催化氧化系统被用于破坏排气流中含有的挥发性有机碳氢化合物和有气味的化合物。通常，以铂或钯为催化剂的单一的催化氧化可以有效地作用于含乙烷、丙烷和丁烷的原料流，即使其中存在有水溶性和/或高沸点的碳氢化合物成分。因为原料气中不一定含有足够的氧，氧通常必须被添加到原料流中，以保证碳氢化合物的全部燃烧，而氧的用量及成本随原料流中碳氢化合物含量水平的增加而增加。
燃烧高含量水平的碳氢化合物会产生大量的热量，这些热量必须被排除，以保护催化剂和容器。为限制热量的产生，燃烧是在多重燃烧阶段进行。通过限制每一燃烧阶段的供氧量，并通过回收二氧化碳以减少进入每一阶段的碳氢化合物的浓度，每一阶段热量的产生可以得到控制。诸如多重燃烧阶段、限氧系统和除热系统等之类的特性增加了与先有技术的催化氧化系统相关的复杂性和成本。
作为例子，图1中图示了净化上述原料流的常规三阶催化氧化系统的方块流程图。原料流通过如图1中所描述的催化氧化系统处理时，其典型特性实例包括在表2中。
                            表2
                   一种原料流的典型流特征
  流号     压力Psig     温度°F     流量SCFH   碳氢化合物磅数  热值(Btus/标准立方英尺)
    1     300     100     80,208     177.20     39.72
    2     298     500     82,123     177.20     38.80
    3     297     875     82,273     121.93     27.00
    4     297     875     46,722     69.24     27.00
    5     294     200     46,722     69.24     27.00
    6     297     875     35,551     52.69     27.00
    7     294     489     82,273     121.93     27.00
    8     291     500     84,193     121.93     26.39
    9     290     875     84,595     70.66     12.41
    10     290     875     3,166     2.64     12.41
    11     289     589     3,166     2.64     12.41
    12     290     875     81,429     68.01     12.41
    13     289     865     84,595     70.66     12.41
    14     286     530     86,293     70.66     12.17
    15     285     875     86,968     27.13     6.55
    16     282     115     86,968     27.13     6.55
    17     325     70     1,915     0     0
    18     325     70     1,920     0     0
    19     325     70     1,698     0     0
参见图1，在10号原料气进入第一阶即20号热交换器前，来自第一阶即30号氧源(17号流)的氧先被注入到进入5号催化氧化系统的10号原料气(1号流)中。这里注入的氧为10号原料气随后在第一阶即40号反应器中的充分燃烧提供了氧源。10号原料气在20号热交换器中将按下面要讨论到的方式被升温，然后进入第一阶即40号反应器(2号流)中经历催化氧化过程。10号原料气在第一阶即40号反应器中的温度由第一阶即50号温度计测量，由第一阶即30号氧源注入到10号原料气中的氧量依照测量所得的温度进行控制。第一阶即40号反应器的温度被控制在华氏875度左右，以确保对于燃烧10号原料气中的碳氢化合物有利的反应动力学。
通过使其经过第一阶即20号热交换器，进入第一阶即40号反应器的10号原料气(2号流)被提升到必要的活化温度，即大约华氏500度。第一阶即20号热交换器利用流出第一阶即40号反应器的10号原料气(3号流)的一部分(4号流)，作为升温介质对进入第一阶即40号反应器的10号原料气进行升温。被用作升温介质的部分10号原料气随后被返回(5号流)，合流到流出第一阶即40号反应器的余下的10号原料气(6号流)中。
如表2所示，10号原料气在进入第一阶即40号反应器时(2号流)，温度为华氏500度，碳氢化合物约为177.2lbs，热值约为每立方英尺原料气39.72Btus；流出第一阶即40号反应器时(3号流)，碳氢化合物约为121.93lbs，热值约为每立方英尺原料气27.00Btus。从而，约占起始重量29％的碳氢化合物及约32％的热值在第一阶催化燃烧过程中被除去。在此例中，甲烷未被从10号原料气中除去，但可在随后的在二氧化碳设备中进行的过程操作中被除去，例如在汽提塔柱中通过蒸馏液体二氧化碳被除去。
在第一阶即40号反应器中进行燃烧之后，10号原料气接着被依次供入第二阶即80号(7号流)和第三阶即120号(13号流)反应器。更具体地说，如图1中所示，10号原料气自第二阶即70号氧源获得氧(18号流)，为在第二阶即80号反应器中进行的燃烧提供氧化剂来源。在进入第二阶即80号反应器前，10号原料气(10号流)被供入通过第二阶即60号热交换器以使其温度升至大约华氏500度(8号流)。10号原料气随后进入第二阶即80号反应器中经历第二阶催化燃烧过程。在10号原料气进入第二阶即80号反应器之前，注入其中的氧量取决于由第二阶即90号温度计所测得的10号原料气在第二阶即80号反应器中的温度。在此例中，进入第二阶即80号反应器的10号原料气里，大约42％的碳氢化合物和53％的热值被第二阶燃烧过程除去。
第二阶即80号反应器中流出的10号原料气(9号流)的一部分(10号流)被用作第二阶即60号热交换器中的升温介质，对流入第二阶即80号反应器的10号原料气进行升温。被用作升温介质的10号原料气随后被合流到(11号流)流出第二阶即80号反应器的余下10号原料气(12号流)中。
流出第二阶即80号反应器之后，10号原料气被供入(13号流)第三阶即100号热交换器中，并在此冷却到大约华氏530度。冷却程度取决于由第三阶即130号温度计所测得的10号原料气在第三阶反应器中的温度。当然，在必要的情况下，也可以通过外加热量使10号原料气在第三阶即100号热交换器中达到大约华氏530度。随后，10号原料气流入第三阶即120号反应器(14号流)。10号原料气在此经历第三阶催化燃烧过程，使进入的碳氢化合物的大约62％和热量的大约46％被除去。流出第三阶即120号反应器的10号原料气(15号流)中的氧含量由135号氧传感器进行监控，一个大约为500至1000ppm(体积)的过量浓度由第三阶即110号氧源(19号流)维持供给。
10号原料气流出第三阶即120号反应器(15号流)，通过第四阶即136号热交换器，其温度冷却至大约华氏115度。然后10号原料气被供入(16号流)一个二氧化碳生产设备(未示于图中)。
上述的并在图1中所示的常规的5号多阶催化反应器系统可以从原料气中有效地除去大多数碳氢化合物。例如，上述催化反应器系统可从一种进入的原料流中除去大约84％的碳氢化合物和大约84％的热值。然而，由于原料流中相对较高的热值，这样的系统在使用操作上比较复杂和昂贵。
除了前面讨论的碳氢化合物，源自某一化学过程的一种典型原料流10也可能包括硫化合物，而这些硫化合物污染损害常规的催化氧化处理设备。下面的美国专利阐明了用于从含有硫化合物的废气流中除去挥发性碳氢化合物的技术。
Matros等人的美国专利5658541描述了一种从废气流中除去挥发性二价硫化合物的方法和设备。挥发性有机化合物也被转化为二氧化碳和水蒸气除去。由在催化剂床上进行的燃烧过程中产生的氧化硫通过吸收或燃烧过程后的吸附除去。余下的废气如氮、氧、二氧化碳和水蒸气被排放到大气中。在操作中，硫盐在催化剂床上集聚生成，并通过使催化剂床升温至活化温度而被定时地清除。随后，硫盐分解形成氧化硫，并被从催化剂床上清除。Matros等人进一步为预热进入燃烧区的气流作了准备。
Cordonna等人的美国专利5061464描述了能从废气流中对硫和一氧化碳进行氧化的耐硫铂族金属催化剂。Deeba等人的美国专利5145285公开了一种具二氧化钛或氧化锆载体的铂。这种被公开的催化剂可被用于汽车和废热发电厂尾气的处理。
虽然Cordonna等人、Deeba等人和Matros等人的专利提供了用于从气流中除去非水溶性碳氢化合物的方法，这些专利仅是公开了制造被排放到大气中的废气流的催化氧化系统，而未对如何从废气中除去各种不同的化合物以生产净化的二氧化碳产品进行尝试。另外，如果被处理的原料气流具有高热值，这些专利中描述的每一系统都将需要多阶催化反应器。
上面讨论的先有技术的二氧化碳系统通常不能提供一种廉价而简易的方法和设备，以除去碳氢化合物，使其达到对具有高热值原料的严格规格中所特有的低浓度。因此需要一种更有效的二氧化碳净化系统，以除去具有高热值的原料气中的碳氢化合物。这种系统应优选具有如下优点，即能廉价地除去碳氢化合物，并达到以严格的食品级规格为例的允许的浓度水平。
发明内容
本发明的一个方面是一种净化原料气的方法，该原料气主要包含二氧化碳，此外还包含碳氢化合物污染物。此方法包括如下步骤：
(i)从所述原料气中吸附碳氢化合物，以达到相应于使原料气的热含量充分降低的程度，以使该步中产生的产品流能在单一的催化氧化反应器中被催化氧化，其中优选地该产品气具有足够高的热值，以使所述催化氧化可自生地进行，并且，
(ii)催化氧化第(i)步产生的气流中剩余的碳氢化合物。
本发明的另一个方面是一个二氧化碳净化设备，包括(i)一个吸附装置，自二氧化碳原料气中吸附碳氢化合物到吸附剂上，并产生贫碳氢化合物的气流；(ii)一个催化氧化反应器，在操作上与上述吸附装置连接，用于从吸附装置中接收上述贫碳氢化合物的气流，并氧化上述贫碳氢化合物的气流中残余的碳氢化合物；以及(iii)有下面两种用途的装置，即确定离开上述吸附装置的贫碳氢化合物气流原料气的热值，并使该气流的一部分以该热值为函数环绕上述吸附装置转向，以使吸附装置中产生的气流能在单一的催化氧化反应器中被催化氧化，并同时在该气中提供充分高的热值，以使该催化氧化能够进行，且优选地自生地进行。
鉴于目前可供选择的多阶催化氧化系统所具有的高成本，本发明将尤其有利于具有一项非甲烷热值大于每标准立方英尺12Btus的二氧化碳原料气。
在此所用的“热值”是指一个气流中所有能够在氧中燃烧的物质在氧中彻底燃烧所产生的热(“燃烧热”)，再除以气流的总体积。燃烧热可以在已发表的参考文献，比如《化工手册》中查到。
附图说明
图1图示了一种常规的二氧化碳净化系统；
图2图示了本发明的一种优选的实施方案；和
图3图示了对图2所示的实施方案的一种可供选择的并且优选的变异方案。
具体实施方式
图2为依照本发明的一种二氧化碳净化系统的优选实施方案的方块流程图。具体地，除其它方面之外，本发明提供了一种二氧化碳净化系统，它具有一个位于单一催化氧化反应器上游的吸附床，用于除去高沸点组分。所述单一催化氧化反应器接着将剩余的碳氢化合物转化为二氧化碳和水。下面对本发明进行详细解释。
如图2所示，140号原料气(1号流)(比如表1中所描述的)从一个已知的供气系统(未标于图中)被导入201号二氧化碳净化系统。140号原料气的操作温度在华氏40度至125度之间，更优选地则是在华氏50度至100度之间，操作压力在200至350psig之间，更优选地则是在275至325psig之间。供气系统提供的140号原料气中，以二氧化碳为主要成分，其重量比一般为至少95％，优选地则是为至少98％，更为优选地则是为至少99％，除此之外，140号原料气中还包括含四个或更多个碳原子的碳氢化合物成分，比如甲苯、苯、环己烷和己烷。表3提供了一个当140号原料气被本发明中的二氧化碳净化系统处理时，其典型物理特性的例子。
                                    表3
                              图2中典型流特征
流号 压力Psig 温度°F 流量SCFH 碳氢化合物磅数/小时    热量值(Btus/标准立方英尺)
    1     300     100     80,208     177.20     39.72
    2     299     115     79,716     71.57     16.75
    3     296     490     81,380     71.57     16.41
    4     295     850     82,053     27.13     6.94
    5     295     850     46,134     15.25     6.94
    6     295     850     35,919     11.88     6.94
    7     294     215     46,134     15.25     6.94
    8     294     496     82,053     27.13     6.94
    9     291     115     82,053     27.13     6.94
    10     350     70     1,624     27.13     0
    11     50     296     13,560     0     0
    12     250     50     14,5001     0     0
    13     50     296     6,390     204     NA
    14     0     85     382     204     NA
    15     0     85     NA     105.63     NA
    16     0     85     194     0     NA
注1：如果空气被用于冷却。
注2：流量为gph。
注3：流量为lbs./hr(平均值)
注4：流量为gph(平均值)。
如图2所示，140号原料气(例如表1中所描述的原料气)被交替引入150号和155号两个吸附床中的至少一个，较重的碳氢化合物比如甲苯、苯、环己烷和己烷将在其中以大约92％的效率被除去。进入150号和155号吸附床的140号原料气有大约150至200lbs的碳氢化合物，或每立方英尺原料气有34.0至45.0Btus的热值。在流经150号和155号吸附床之后，140号原料气(2号流)有大约50至100lbs的碳氢化合物，或每立方英尺原料气有11.5至23.0Btus的热值，剩余的碳氢化合物浓度为大约200至大约500ppm。
因此，150号和155号吸附床除去了相当于140号原料气中总热量大约三分之一至四分之三的碳氢化合物。足够的热量被除去后，对剩余碳氢化合物的催化氧化可以在一个反应器中进行，但足够的热量必须维持在气流中，以使催化氧化能自生进行，即是说，无需通过向催化反应器中引入辅助能量来使催化氧化进行。
140号原料气流出150号和155号吸附床时，其操作温度在华氏40度至125度之间，更为优选地则在华氏50度至100度之间，操作压力是在200至350psig之间，更为优选地则是在275至325psig之间。
用于150号和155号吸附床的吸附介质以活性碳为优选。或者，吸附介质可以例如用一个疏水筛代替活性碳。视进料中污染物的具体情况而定，其它吸附剂也可被采用。
在图2中阐明的优选实施方案里，150号和155号吸附床以一个“双床”的排列连接，这样，一个吸附床上可以进行上述的除去碳氢化合物的吸附过程，而另一个吸附床上可以进行再生吸附介质的解吸附过程。157号阀可被操纵，以控制用150号和155号吸附床中的哪一个进行吸附。当然，150号和155号吸附床皆可同时进行吸附，或同时进行解吸附过程。
进行解吸附过程的方式有多种，比如通过用来自一个常规蒸汽供给源的约50psig的饱和蒸汽(11号流)使吸附床温度上升至约华氏300度的方法。吸附床被加热的时间随床的大小、蒸汽流的速率及除去的碳氢化合物的量而变化。典型的加热周期为4到8小时。另外，可以采用其它加热流体代替蒸汽来升高床温。例如，二氧化碳和氮废气也可被用作为解吸附过程中蒸汽的替代品。
通过流经209号控制阀，蒸汽进入201号二氧化碳净化系统，并通过有选择地开关215号阀，被导入150号和155号吸附床中的任一个或全部两个。蒸汽随后加热相应的150号和155号吸附床中的吸附介质。在解吸附过程中，被吸附在吸附介质上的碳氢化合物以碳氢化合物蒸气(13号流)的形式离开150号和155号碳吸附床。碳氢化合物蒸气随后在156号热交换器中被冷凝。冷凝的蒸气(14号流)被送入180号倾析罐，回收的碳氢化合物和水在其中被分离。回收的碳氢化合物(15号流)可被进一步处理，用作燃料或被除去作废弃物。如果用作燃料，回收的碳氢化合物的热能通常足够用来产生再生过程所需的蒸汽。从碳氢化合物蒸气中分离出的水(16号流)可被储存以供进一步利用，或作为废水废弃。190号阀位于150号和155号吸附床及156号热交换器之间，用于排放冷却气(17号流)。
156号热交换器可以是任何常规形式的热交换器，比如散热片或管壳式结构之类。当然，156号热交换器不仅仅限于这类设计结构。180号倾析罐也同样可以是任何常规的倾析装置。
解吸附过程一旦完成，通过吸附床的蒸气流即通过关闭209号阀而被停止。然后210号阀被打开，由二氧化碳、废气和/或者空气组成的冷却流(12号流)通过吸附床，使其温度降至大约华氏40至125度。冷却流由一个常规的200号冷却流供应源提供，比如风扇或鼓风机。解吸附过程之后，吸附床又已准备好从140号原料气中吸附碳氢化合物。210号和215号阀关闭，相应的157号阀开启，以使140号原料气流通过刚被解吸附的吸附床。
原料气经过在150号和155号吸附床中的任一个或全部两个上的吸附过程之后，140号原料气流出150号和155号吸附床，进入(2号流)第一阶即220号热交换器。在第一阶即220号热交换器中，140号原料气在200psig至350psig压力下，更为优选地则是在275psig至325psig压力下，被加热到大约华氏400至550度，更为优选地则是被加热到华氏450至500度。第一阶即220号热交换器可以是任何常规的热交换器，比如散热片或管壳式结构之类。当然，第一阶即220号热交换器不仅仅限于这类设计结构。如下面将要描述的，离开230号催化反应器的140号原料气的一部分(5号流)被用作220号热交换器中的热能量源，加热140号原料气。
被加热的140号原料气流出第一阶即220号热交换器(3号流)，进入230号催化反应器。为有利于氧化过程进行，在140号原料气进入220号热交换器之前，通过从一个氧供应系统(未标示于图中)往140号原料气中加注氧(10号流)，一个过量的氧浓度被保持在进入230号催化反应器的140号原料气中。在230号催化反应器中，140号原料气中包含的碳氢化合物在催化剂的作用下与氧反应，生成二氧化碳和水。140号原料气进入230号催化反应器(3号流)时，大约为50lps至100lps碳氢化合物，或热值为每立方英尺原料气11.5Btus至23.0Btus，在燃烧之后，流出230号催化反应器(4号流)时，大约为20lps至30lps碳氢化合物。
所述的催化氧化系统的设计有意地让大部分的甲烷未经反应而通过反应器。这一意图可通过如下方法实现，即利用甲烷的氧化温度大约为华氏920度，而乙烷和丙烷的氧化温度分别为华氏大约810度和大约770度的事实，使催化氧化进行的温度高至足以使乙烷、丙烷和高分子量的碳氢化合物氧化，却不至使甲烷被氧化。因此，经过在230号催化反应器中的燃烧，大约40％至80％的进入230号催化反应器中碳氢化合物被除去。
230号催化反应器可以是任何常规的催化反应器，并且可以使用例如金属铂和钯作催化剂，虽然任何其它合适的催化剂均可被采用，且本发明不应仅仅限于上述的催化剂。
在流出230号催化反应器之后，140号原料气被235号氧监控器监控，以确定140号原料气的氧浓度。在这一阶段，140号原料气的操作温度为大约华氏750度至950度，更为优选地则是华氏800度至900度，操作压力为200psig至350psig，更为优选地则为275psig至325psig。235号氧监控器及氧供应系统可以为任何常规的氧监控器及氧供应系统。
流出230号催化反应器的140号原料气的一部分(5号流)被转向导入第一阶即220号热交换器。被导向的部分140号原料气随后作为第一阶即220号热交换器中的热源，使140号原料气在进入230号催化反应器前被升温。在流出第一阶即220号热交换器之后，被导向的部分140号原料气的操作温度为华氏175度至275度，更为优选地则为华氏200度至250度，操作压力为200psig至350psig，更为优选地则为275psig至325psig。在流过第一阶即220号热交换器之后(7号流)，被导向的部分140号原料气与剩余部分的140号原料气(6号流)被重新汇合。当然，其他热源，包括比如蒸汽或电加热器之类，也可被用于第一阶即220号热交换器中。
上面描述的150号和155号吸附床与230号催化反应器的组合可以除去原存于140号原料气中的碳氢化合物总量的大约80％至100％，更为优选地则为85％至100％。与原料气中二氧化碳含量相比，从催化反应器中流出的产品流中的二氧化碳量应相当于二氧化碳的保留为至少98％，优选为至少99％，更优选为至少99.9％。
作为例子，流出230号催化反应器的气流组成示于表4中。
                   表4流出催化氧化系统的典型二氧化碳气组成(碳氢化合物)
    PPM(V)
非甲烷碳氢化合物总量(相当甲烷量)     ＜20
不饱和碳氢化合物     ＜5
苯     ＜0.021
乙醇     ＜10
甲醇     ＜10
乙醛     ＜0.2
其它挥发性氧化物     ＜1
CO2纯度(不包括非冷凝物)     99.90％
在作为220号热交换器中的加热介质的部分140号原料气与剩余部分的140号原料气被汇合后，140号原料气流入260号二氧化碳液化系统(8号流)。260号二氧化碳液化系统液化140号原料气中的二氧化碳，通过蒸馏除去如氧、氮和甲烷等非冷凝物，并贮存液体二氧化碳(9号流)以备将来之用。在这一阶段，液体二氧化碳的操作温度为华氏-20度至10度，更为优选地则为华氏-10度至0度，操作压力为200psig至350psig，更为优选地则为250psig至300psig。260号二氧化碳液化系统可以是任何常规的液化系统，比如一个使用常规冷却液冷却气流的热交换器。作为例子，液体在这时的组成如表5所示。
                表5
          杂质  浓度ppm(v)
总碳氢化合物(相当甲烷量)     ＜30
不饱和碳氢化合物     ＜5
氧     ＜30
氮     ＜60
氢     ＜30
其它惰性气：He，Ar     ＜30
一氧化碳     ＜10
总硫(作为H2S)     ＜0.1
乙醇     ＜10
甲醇     ＜10
乙醛     ＜0.2
苯     ＜0.021
其它挥发性氧化物     ＜1
水     ＜20
CO2纯度(测定)     99.90％
相对于先有技术，本发明的优选实施方案提供有许多特点和优点。例如，在140号原料气进入230号催化反应器之前，150号和155号二氧化碳吸附床从140号原料气中除去了大百分比的较重的碳氢化合物。因此，230号催化反应器可在较低的温度下操作，多重燃烧阶段是不必要的。如图2和图3所示，本发明的优选实施方案从而只要求一个单一的230号催化反应器进行催化燃烧。因此，本发明相比先有技术提供了一种较低价却更有效的二氧化碳净化系统。
图3中所有与图2中相同的结构单元在两图中有相同的标号，图3描述了图2实施方案的一种变种方案。在这一变种中，140号流被通过305号阀，该阀有两个出口，一个出口与140号路径的延续线相接，导向150号和155号吸附器，另一出口与在150号和155号吸附器之后(因此绕过两吸附器)汇入2号路径的310号路径相接。305号阀可被如下设定，即不使进入其中的气流、或使气流的全部、或使0至100％之间的气流的任何部分量能被供入吸附器中，而其余部分则被供入310号路径，绕过吸附器。
315号传感器位于吸附器之后，在310号路径重入气流的汇合点之前。315号传感器持续测量离开吸附器的流中可燃组分的热值。通过使用任何目前这一工作领域中人们所熟知的技术，对全部流或部分取样进行分析，可以实现这一测量。为与315号传感器所测得的流的热值相适应，设定310号阀的位置以使送入230号催化反应器的气流热值恒定不变，例如恒定在每标准立方英尺18Btus，或一个低于它的恒定值。在读取315号传感器测量值的基础上，310号阀的位置可以通过手工进行调节，但更为优选地是通过如下方式自动调节，即315号传感器产生出一个相应于所测的热值的电信号，这一信号被通过电线(未示于图中)从315号传感器传送到一个电动控制器，这一电动控制器又控制一个马达来确定或调整相应于所得信号的310号阀的位置。当进入的140号流中碳氢化合物浓度相对较低时，这一阀门将使相对较大部分的气流围绕吸附器转向；或当吸附剂相对较“洁净”并因此具有较高的能力，使系统能除去相对较高百分比的碳氢化合物时，阀门可以使较大部分的气流在吸附循环开始时即转向。
当然，本发明不必局限于上面所讨论的、并示于图2和图3中的具体实施方案。例如，在本发明范畴中另一可供选用的实施方案里，为能另外除去140号原料气中的甲烷，230号催化反应器可在高达大约华氏1100度的温度下操作。此外，150号和155号吸附床还可被操作，以能另外除去硫。或者，硫化合物可在230号催化反应器中被转化为二氧化硫，然后在一个位于二氧化碳净化系统之后的吸附床中被除去。
虽然已就本发明的优选实施方案进行了描述，但是本发明却不局限于在此公开的实施方案。相反，本发明意在涵盖包括在附加权利要求精神和范畴中的、各种改进和等效装置。下述权利要求的范畴给与了最广义的解释，以包括所有这类改进和等效结构和功能。
此外，示于概述中或图2及图3方块型式中的各种元件各自均为众所周知的元件，这些元件的内部结构和操作无论对作出或使用本发明，或描述本发明的最佳模式均不重要。

Claims (8)

1.一种净化原料气的方法，该原料气主要包含二氧化碳，另外还包含碳氢化合物杂质，此方法包括下列步骤：
(i)从所述原料气中吸附碳氢化合物，以达到相应于使原料气中的热值充分降低的程度，从而使这步中生成的产品气流能在一个单一的催化氧化反应器中被催化氧化；
(ii)催化氧化第(i)步产生的气流中剩余的碳氢化合物。
2.根据权利要求1的方法，其中所说的吸附步骤使原料气的热值降到每标准立方英尺18Btus以下。
3.根据权利要求1的方法，其中所说的吸附步骤和所说的催化氧化步骤一起从原料气中除去大约80％至100％的碳氢化合物。
4.根据权利要求1的方法，其中在第(i)步产生的气流中剩余的碳氢化合物仅需一步催化反应而被催化氧化。
5.根据权利要求1的方法，其中进一步包括对所说产品气流热值的连续测量，并相应于所测得的热值，调节需从中吸附碳氢化合物的原料气流的那一部分，以使供入第(ii)步催化氧化步骤的气流的热值恒定不变。
6.一种二氧化碳净化设备，包括(i)一个吸附装置，从二氧化碳原料气中吸附碳氢化合物到吸附材料上，并产生贫碳氢化合物的气流，(ii)一个催化氧化反应器，在操作上与所说的吸附装置相连，从吸附装置中接受所说的贫碳氢化合物气流，并氧化贫碳氢化合物气流中的残余碳氢化合物，和(iii)有下面两种用途的装置，即确定离开吸附装置的贫碳氢化合物气流原料气的热值，并使所说气流的一部分以所述热值为函数环绕吸附装置转向，以使供入催化氧化反应器的气流恒定不变。
7.根据权利要求6的二氧化碳净化设备，其中所说的吸附装置降低原料气热值至每标准立方英尺小于18Btus。
8.根据权利要求6的二氧化碳净化设备，其中所说的吸附装置和催化氧化装置一起从原料气中除去大约80％至100％的非甲烷类碳氢化合物。
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