EA018958B1

EA018958B1 - Способ извлечения высокочистого диоксида углерода

Info

Publication number: EA018958B1
Application number: EA201170265A
Authority: EA
Inventors: Расмус Финд
Original assignee: Юнион Инджиниринг А/С
Priority date: 2008-07-29
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2013-12-30
Also published as: CN102112202A; ES2476640T3; BRPI0916332A2; EP2328672B1; DK2328672T3; JP2011529430A; EP2328672A1; AU2009242764B2; AU2009242764A1; JP5512673B2; EA201170265A1; CA2731813A1; NZ590827A; PL2328672T3; MX2011001185A; US9545595B2; CO6361959A2; US20110200517A1; CN105944504A; WO2009132661A1

Abstract

Изобретение относится к способу извлечения высокочистого диоксида углерода из газообразного источника и его использованию. Более конкретно, изобретение относится к производству высокочистого диоксида углерода, который, по существу, не содержит азота, кислорода, оксидов азота, сернистых соединений и летучих органических загрязняющих примесей, в частности бензола. Изобретение относится к способу удаления бензола из подаваемого газообразного диоксида углерода, а также к использованию указанного высокочистого диоксида углерода в пищевых продуктах.

Description

Настоящее изобретение относится к способу извлечения высокочистого диоксида углерода из газообразного источника и его использованию. Более конкретно, настоящее изобретение относится к производству высокочистого диоксида углерода, который, по существу, не содержит оксидов азота, сернистых соединений и летучих органических примесей. Настоящее изобретение также относится к способу удаления бензола из подаваемого потока диоксида углерода, а также к использованию указанного высокочистого диоксида углерода в продуктах питания.

Уровень техники

Диоксид углерода - хорошо известный газ, присутствующий в атмосфере. Он в большом количестве выбрасывается в атмосферу в результате процессов ферментации, кальцинации известняка и всех форм процессов горения углерода и углеродсодержащих соединений. За последние десятилетия внимание к указанным выбросам возросло из-за экологических проблем, связанных с грядущим изменением климата, вызванным парниковым эффектом. Следовательно, в течение этих лет проводилась масштабная деятельность, направленная на создание способов извлечения диоксида углерода из газообразных продуктов сгорания. По возможности, последующее извлечение диоксида углерода может сделать указанные способы экономически целесообразными.

Один тип обычных способов извлечения диоксида углерода из газообразного источника - это абсорбция, когда диоксид углерода поглощается абсорбентом. Если в газообразном источнике присутствуют другие газы, такие как кислород, указанные другие газы также могут быть абсорбированы химически и/или физически. В этом случае в качестве абсорбента используют абсорбент на основе амина.

В известном уровне техники установлено, что когда О₂ присутствует в содержащем диоксид углерода газообразном источнике и когда в качестве абсорбента используется алканоламин, указанный О₂ в ходе поглощения преобразуется в содержащий алканоламин абсорбент. Вследствие этого, из-за присутствия О2 происходит нежелательное разложение алканоламина, а также возникают проблемы коррозии.

Эта проблема освещается во многих документах известного уровня техники. В ЕР 1059110 описана система для извлечения абсорбата, такого как диоксид углерода, с использованием алканоламиновой абсорбирующей жидкости, где насыщенный абсорбент перед отделением абсорбата от абсорбента нагревают в две стадии и где насыщенный абсорбент после первой стадии нагревания и перед второй стадией нагревания подвергают обескислороживанию. Обескислороживание осуществляют посредством снижения давления.

В ЕР 1061045 описана система извлечения абсорбата, такого как диоксид углерода, из кислородсодержащей смеси, при этом диоксид углерода концентрируется в содержащей алканоламин абсорбирующей жидкости, от этой абсорбирующей жидкости отделяют кислород, диоксид углерода из абсорбирующей жидкости отгоняют с паром и извлекают. В этой системе кислород отделяют от абсорбирующей жидкости путем осуществления контакта насыщенного диоксидом углерода абсорбента, содержащего растворенный кислород, с вымывающим кислород газом в противотоке, при котором происходит массообмен.

В других случаях в газообразном источнике, помимо О2 в виде загрязняющих примесей, могут присутствовать оксиды азота (также именуемые ΝΟ_Χ), соединения серы и летучие органические соединения. Эти примеси также могут быть химически и/или физически поглощены абсорбентом, если в качестве абсорбента используют материал на основе амина.

В обычной установке по производству высокочистого диоксида углерода этот диоксид углерода сначала поглощают абсорбентом, после чего диоксид углерода и абсорбент разделяют в отпарной колонне. Однако часть примесей, присутствующих в исходном газе, поглощается на стадии абсорбции вместе с диоксидом углерода. При отделении диоксида углерода от абсорбента на последующей стадии отпаривания часть поглощенных примесей также переходит в отпарной газ вместе с диоксидом углерода. Кроме того, отпарной газ в некоторых количествах содержит Ν2 и О2.

При производстве диоксида углерода для пищевых продуктов или для другого назначения, где нужна высокая степень чистоты, для достижения такой чистоты указанные загрязняющие примеси должны быть удалены из отпарного газа далее по ходу технологического потока. К обычным технологическим приемам, применяемым для удаления таких примесей, относятся промывка, окисление, адсорбция и дистилляция.

Первая стадия очистки отпарного газа ниже по ходу технологического потока, чаще всего, представляет собой процесс окисления. На этой стадии окисления любые имеющиеся ΝΟ_Χ окисляются до нитрата, который впоследствии может быть удален как жидкая фаза. Кроме того, если имеется сера в виде сероводорода, это соединение окисляется до свободной серы. К сожалению, для такого окисления нужно большое количество химикатов. Могут быть использованы различные окислители. В частности, широко используется перманганат калия. Однако этот конкретный химикат очень опасен и, к тому же, поскольку перманганат калия может быть использован для производства взрывчатых веществ, ожидается, что промышленное использование этого химиката в определенный момент может быть запрещено.

На следующей стадии очистки отпарного газа ниже по ходу технологического потока содержащий диоксид углерода газ направляют в дегидратор. В нем поглощается и тем самым удаляется из потока газа любая присутствующая в газе вода. Однако, если в газе присутствуют остаточные количества ацетальде

- 1 018958 гида и/или летучих оксигенатов, эти соединения также удаляются в дегидраторе.

На последней стадии очистки ниже по ходу технологического потока газообразный диоксид углерода сжижают в конденсаторе. В конденсаторе возможно удаление любого остаточного количества N0, которое еще может присутствовать. Однако это не относится к любому остаточному количеству Ν0₂. Фактически, если любое количество Ν0₂ присутствует в газе, когда он попадает в конденсатор, или любое количество Ν0₂ образуется внутри конденсатора, как, например, в результате окисления N0, указанный Ν0₂ переходит в конденсаторе в жидкую фазу, после чего его, практически, невозможно извлечь.

Кроме того, потоки диоксида углерода могут содержать различные количества летучих органических соединений, таких как бензол, которые, в силу законодательных ограничений и внутренних стандартов, необходимо удалять, снижая их содержание до уровня порядка нескольких частей на миллиард.

Традиционно, остаточные количества бензола удаляют из газообразного потока при помощи угольного фильтра в следующей по технологической цепочке установке, этот угольный фильтр предназначен для удаления определенного количества бензола, содержащегося в этом потоке.

Однако, если состав газообразного потока в каком-то конкретном процессе изменяется, из-за чего угольный фильтр не может задержать весь присутствующий в газообразном потоке бензол, в конечный продукт, такой как безалкогольные напитки, может попадать диоксид углерода, содержащий бензол в слишком высокой концентрации, что отрицательно влияет как на отдаленные последствия для здоровья, так и, конечно же, на перспективы сбыта.

Кроме того, в данной области постоянно существует потребность в дополнительных средствах более эффективной очистки газообразных потоков.

Сущность изобретения

Следовательно, задачей настоящего изобретения является обеспечение способа извлечения высокочистого диоксида углерода, по существу, не содержащего примесей, простым и более рентабельным способом.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение способа эффективного удаления бензола независимо от того, является ли содержание бензола постоянным или переменным.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение усовершенствованного способа удаления других загрязняющих примесей на стадии мгновенного испарения.

Ранее авторами настоящего изобретения было обнаружено, что путем установки испарительной колонны между абсорбционной колонной и отпарной колонной можно заметно уменьшить содержание Ν0_Χ в отпарном газе.

Неожиданно оказалось, что при подаче теплого влажного газообразного потока диоксида углерода в нижнюю часть испарительной колонны удаление Ν0_Χ происходит более эффективно.

Также неожиданно было обнаружено, что помимо Ν0_Χ в испарительной колонне эффективно могут быть удалены также сернистые соединения и в особенности летучие органические загрязняющие примеси, такие как ароматические соединения, более конкретно бензол. А именно было обнаружено, что при содержании бензола более 10 ч./млн (мол./мол.) в испарительной колонне происходит более эффективное удаление бензола из газообразного потока. Так, в отличие от других средств удаления бензола, таких как угольный фильтр, эффективность удаления бензола увеличивается с увеличением содержания бензола, таким образом, для оптимального удаления бензола не важно, является ли его содержание постоянным, что является огромным преимуществом настоящего изобретения.

Следовательно, введение испарительной колонны дает несколько положительных результатов.

Прежде всего, содержание примесей в отпарном газе настолько мало, что последующего окисления более не требуется. Следовательно, снижается потребление химикатов и исключается необходимость утилизации использованных химикатов.

Во-вторых, в жидкой фазе диоксида углерода, выходящей из конденсатора, по существу, отсутствует Ν0₂. Это является следствием того, что почти весь 0₂ удаляется в испарительной колонне, равновесие химической реакции Ν0+1/20₂<->Ν0₂ сдвигается влево с образованием, главным образом, Ν0. Следовательно, Ν0₂ отсутствует в газе, когда этот газ впоследствии поступает в конденсатор. Кроме того, Ν0₂ в конденсаторе не образуется, так как содержание 02 в этом газе очень мало. Следовательно, продукт жидкий диоксид углерода, по существу, не содержит Ν0₂.

В-третьих, изменение состава потока в процессе работы не ухудшает качества продукта.

В-четвертых, было обнаружено, что существенно снижается потребление конденсатором энергии. Считается, что этот эффект является следствием того, что по сравнению с обычными установками из-за очень низкого содержания примесей в газовой фазе увеличивается полный коэффициент теплопередачи, а также температура конденсации. В результате возрастает давление всасывания холодильного компрессора, обеспечивающего процесс конденсации, что также ведет к снижению затрат энергии на конденсацию.

Наконец, увеличивается выход продукта, так как потери газообразного диоксида углерода в конденсаторе существенно ниже, чем в обычных установках по производству высокочистого диоксида углерода.

- 2 018958

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана принципиальная схема извлечения СО₂ на обычной установке;

на фиг. 2 - принципиальная схема извлечения СО₂ на обычной установке, в которую включена испарительная колонна в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг. 3 - принципиальная схема извлечения СО₂ на обычной установке, в которую включена испарительная колонна в соответствии с настоящим изобретением и где в эту испарительную колонну рециркулируют влажный отпарной газ;

на фиг. 4 представлен график, отражающий извлечение бензола из отпарного газа при различных концентрациях бензола в газе, подаваемом в абсорбционную колонну.

Описание изобретения

В одном из аспектов настоящее изобретение относится к способу извлечения высокочистого диоксида углерода из газообразного источника, в котором указанный высокочистый диоксид углерода, по существу, не содержит примесей, например оксидов азота, соединений серы и летучих органических соединений, таких как ароматические соединения, а именно бензол.

Так, в первом аспекте настоящим изобретением обеспечивается способ удаления бензола из потока жидкого диоксида углерода путем введения этой жидкости в испарительную колонну.

Неожиданно было обнаружено, что бензол может быть удален из жидкого потока в испарительной колонне эффективным образом по сравнению с тем же процессом, но без испарительной колонны, в одном конкретном варианте осуществления изобретения концентрация бензола в этом потоке относительно высока, то есть превышает 10 ч./млн (мол./мол.). Фактически, неожиданно оказалось, что при увеличении содержания бензола в этом потоке извлечение бензола способами настоящего изобретения становится более эффективным, следовательно, качество удаления бензола в соответствии со способом настоящего изобретения не ухудшается, если концентрация бензола увеличивается или изменяется.

Удаление бензола, представляющего собой канцерогенное вещество, имеет чрезвычайно важное значение, когда диоксид углерода предназначается для потребления и/или ухода за людьми и/или животными. При создании установки по извлечению диоксида углерода указанную установку часто проектируют в расчете на конкретный состав газообразного потока, поступающего в установку. Таким образом, настоящее изобретение особенно хорошо подходит для ситуаций, когда состав исходного газообразного потока может изменяться.

Кроме того, поскольку удаление большей части бензола происходит на стадии мгновенного испарения, если она имеется, традиционный угольный фильтр для удаления остаточных количеств бензола, если он вообще нужен, может дольше работать без замены. Таким образом, настоящим изобретением предусматривается использование испарительной колонны в установке по извлечению диоксида углерода с целью удаления бензола, в частности, когда он присутствует в исходном газообразном диоксиде углерода в концентрации по меньшей мере 1, 2, 4, 6, 8 или 10 ч./млн или выше.

В различных вариантах осуществления настоящего способа стадию мгновенного испарения проводят как сочетание следующих стадий: а) подача газа, содержащего диоксид углерода, кислород, Ν₂, оксиды азота, летучие органические загрязняющие примеси, в частности бензол, в абсорбционную колонну; и/или Ь) поглощение этого газа абсорбентом, посредством чего газ разделяется на обедненный диоксидом углерода газ и обогащенную диоксидом углерода жидкость, и с) повышение давления и нагревание жидкости, полученной на стадии Ь), необязательно, сопровождаемое следующими стадиями: е) повышение давления жидкости, отводимой из испарительной колонны на стадии б); и/или ί) разделение жидкости, полученной на стадии е), на обогащенный диоксидом углерода отпарной газ и обедненную диоксидом углерода жидкость посредством отпаривания в отпарной колонне; и/или д) подача части обогащенного диоксидом углерода отпарного газа в нижнюю часть испарительной колонны стадии б). Все или некоторые из этих стадий могут осуществляться в соответствии с необходимостью.

В других вариантах осуществления изобретения данный способ дополнительно включает следующие стадии: 11) промывка газа, полученного на стадии ί); и/или _]) дегидратация обогащенного диоксидом углерода газа, например, полученного на стадии 1); и/или к) конденсация полученных обогащенных диоксидом углерода газов; и/или 1) дистилляция обогащенного диоксидом углерода потока, например, сконденсированного на стадии к) диоксида углерода; и/или т) хранение диоксида углерода в резервуаре для хранения. Любой из указанных выше стадий обработки в случае необходимости может предшествовать повышение давления и/или охлаждение или нагревание.

В еще одном варианте осуществления изобретения любой из указанных выше полученных обогащенных диоксидом углерода потоков может быть разделен на две части, одну из которых рециркулируют и подают в нижнюю часть испарительной колонны. В этом варианте осуществления изобретения стадия д) может быть опущена. Как и отпарной газ, эти потоки диоксида углерода могут быть поданы в относительном количестве по меньшей мере 1% (мол./мол.) от общего потока. Выбор точки, в которую рециркулируют обогащенный диоксидом углерода поток, зависит от заданной степени чистоты в сопоставлении с необходимым выходом продукта. Когда поток диоксида углерода отбирают еще дальше по технологической линии данной установки, эффект от рециркуляции увеличивается, однако, в то же время, конечный выход снижается.

- 3 018958

В этих вариантах осуществления изобретения обеспечивается способ полного извлечения диоксида углерода, в котором каждая из названных дополнительных стадий часто присутствует в способе извлечения диоксида углерода, основанном на абсорбции.

Стадия д) на настоящий момент является предпочтительным отличительным признаком способа настоящего изобретения, поскольку рециркуляция относительно небольшого количества отпарного газа (по меньшей мере 1%, например 2 или 4% (мол./мол.)) относительно всего отпарного газа, подаваемого в испарительную колонну, оказывает сильное влияние на удаление загрязняющих примесей, изначально присутствующих в поступающем газе. Также предусматривается более высокое процентное отношение, например 6, 8, 10% или более. Однако, поскольку отпарной газ, фактически, является целевым продуктом, то есть представляет собой, по существу, чистый диоксид углерода, рециркуляция этого газа в испарительную колонну уменьшает выход продукта - диоксида углерода. Таким образом, направляемое на рециркуляцию количество следует подбирать с учетом заданной степени очистки, принимая во внимание уменьшение выхода диоксида углерода.

Авторами настоящего изобретения неожиданно обнаружено, что для достижения значительного эффекта достаточно 2%, тогда как для достижения значительного влияния на удаление бензола при низких концентрациях бензола в подаваемом газе требовалось 4% (в данном контексте низкий означает менее 10 ч./млн (мол./мол.)).

Дополнительные стадии очистки, описанные ниже, например промывка, дегидратация, конденсация, дистилляция и т.д., также применимы в способе первого аспекта настоящего изобретения.

Во втором аспекте настоящим изобретением обеспечивается способ извлечения высокочистого диоксида углерода из газообразного источника, включающий следующие стадии:

a) подача газа, содержащего диоксид углерода и загрязняющие примеси, выбранные из группы, состоящей из кислорода, Ν₂, оксидов азота, сернистых соединений и летучих органических загрязняющих примесей, таких как бензол, в абсорбционную колонну;

b) поглощение этого газа абсорбентом, посредством чего газ разделяется на обедненный диоксидом углерода газ и обогащенную диоксидом углерода жидкость;

c) повышение давления и нагревание жидкости, полученной на стадии Ь);

б) разделение посредством мгновенного испарения жидкости, полученной на стадии с), на обогащенный загрязняющими примесями газ и обедненную загрязняющими примесями жидкость, отводимые из испарительной колонны;

е) повышение давления жидкости, отводимой из испарительной колонны на стадии б);

ί) разделение жидкости, полученной на стадии е), на обогащенный диоксидом углерода отпарной газ и обедненную диоксидом углерода жидкость посредством отпаривания в отпарной колонне;

д) разделение отпарного газа на две части, из которых первую часть рециркулируют и подают в нижнюю часть испарительной колонны, а вторую часть охлаждают с целью получения охлажденного газа.

Неожиданно было обнаружено, что при рециркуляции части отпарного газа в испарительную колонну удаление загрязняющих примесей из газообразного потока происходит более эффективно, чем в способе известного уровня техники, предусматривающем удаление ΝΟ_Χ из газообразного источника путем использования испарительной колонны. Было обнаружено, что подача лишь 1% (мол./мол.) или более отпарного газа в испарительную колонну, например 2 или 4%, оказывает сильное влияние на удаление загрязняющих примесей. Также неожиданно обнаружено, что, когда в испарительную колонну подают 4% (мол./мол.) отпарного газа, бензол, в частности, если он присутствует в низких концентрациях (в данном контексте менее 10 ч./млн), удаляется эффективным образом.

Эти два аспекта настоящего изобретения представляют собой средство эффективного удаления загрязняющих примесей из потока газообразного диоксида углерода в одной технологической установке с использованием более простой и более рентабельной компоновки. Кроме того, способы настоящего изобретения независимы от постоянства состава подаваемого газа, в отличие от способов удаления, в частности, бензола известного уровня техники. Фактически, способы настоящего изобретения неожиданно обеспечивают удаление бензола более эффективно, когда концентрация бензола в подаваемом газе увеличивается.

В еще одном аспекте настоящим изобретением обеспечивается использование, по существу, чистого диоксида углерода, полученного любым из способов настоящего изобретения, в таких разнообразных областях, как пищевые продукты, больничное оборудование, повышение нефтеотдачи или секвестрация углекислого газа, в каждой из которых диоксид углерода должен обладать определенной степенью чистоты.

Следующее далее подробное описание в равной мере относится к различным аспектам способов настоящего изобретения. Конкретные варианты осуществления изобретения также в равной мере относятся к каждому из аспектов настоящего изобретения.

В принципе, данный способ применим к любому газу, содержащему диоксид углерода, кислород, Ν₂, оксиды азота, необязательно, соединения серы и органические загрязняющие примеси, а именно бензол. В предпочтительном варианте осуществления изобретения, однако, подаваемый газ представляет

- 4 018958 собой дымовой газ.

На стадии абсорбции (стадия Ь)) может быть использован любой, химический или физический, абсорбент, способный поглощать диоксид углерода. К примерам физических абсорбентов относятся селексол, метанол, пуризол, геносорб или морфисорб. В качестве примеров химических абсорбентов можно упомянуть любые абсорбенты на основе аминов. Термин абсорбент на основе аминов означает любое вещество, включающее аминогруппу, например алканоламины, такие как моноэтаноламин, диэтаноламин, диизопропаноламин, метилдиэтаноламин и триэтаноламин, аминоспирты, такие как аминодиэтиленгликоль, и аминокислоты и соли аминокислот, и их производные. Используется предпочтительно абсорбент на основе аминов. Другие пригодные абсорбенты приведены в \ХО 2005087349 и \ХО 2005087350.

Наиболее часто абсорбент представляет собой водный раствор одного из указанных выше абсорбентов на основе аминов. Однако в способе, соответствующем настоящему изобретению, также могут быть использованы смеси, содержащие два или более из перечисленных веществ в любом соотношении компонентов в смеси. Определение оптимального количества и состава абсорбента, обеспечивающего надлежащее поглощение, входит в компетенцию специалистов в данной области.

Жидкость, отводимую из абсорбционной колонны, затем нагревают, ее давление увеличивают до величины, которая больше или равна давлению жидкости, отводимой из абсорбера. Целью увеличения давления является, главным образом, облегчение транспортировки этой жидкости. Осуществление этой операции входит в компетенцию специалистов в данной области.

Как пояснено выше, введение стадий мгновенного испарения (стадии б)) в способ настоящего изобретения делает возможным получение отпарного газа, который, по существу, не содержит кислород, бензол и содержит только следовые количества оксидов азота. Однако для обеспечения такого положительного результата испарительная колонна должна работать при более высоких температуре и давлении, превышающих или близких к равновесным условиям потока жидкости, отводимой из абсорбционной колонны. При этих условиях жидкость, поступающая в испарительную колонну, является ненасыщенной, поэтому возможно выделение компонентов, не достигших состояния насыщения. Следовательно, благодаря новым равновесным условиям, по существу, весь О₂ и основная часть ΝΟ_Χ удаляются из испарительной колонны в потоке газа и, таким образом, никогда не попадают в отпарную колонну.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения температура жидкости, получаемой на стадии с), лежит в диапазоне от 70 до 140°С, более предпочтительно в диапазоне от 90 до 120°С, наиболее предпочтительно в диапазоне от 95 до 110°С, давление указанной жидкости лежит в диапазоне от 0,1 до 3 бар, более предпочтительно в диапазоне от 0,2 до 2 бар, наиболее предпочтительно в диапазоне от 1 до 2 бар. Функционирование за пределами этих диапазонов, как правило, экономически нецелесообразно. Специалистам в данной области известно, как осуществить подобные операции повышения давления и нагревания.

Газ, полученный на стадии б), который помимо кислорода, Ν₂, оксидов азота и, необязательно, воды, сернистых соединений и летучих органических соединений, содержит значительное количество диоксида углерода, может быть рециркулирован в абсорбционную колонну для повторного извлечения диоксида углерода. В качестве альтернативы указанный газ может быть утилизирован.

Перед подачей в отпарную колонну давление жидкости, отводимой из испарительной колонны, увеличивают до значения, больше или равного давлению жидкости, отводимой из испарительной колонны. Специалистам в данной области известно, как осуществить такое повышение давления.

В отпарной колонне жидкость под давлением из испарительной колонны разделяют на обогащенный диоксидом углерода газ и обедненную диоксидом углерода жидкость. Как указано выше, благодаря удалению кислорода и оксидов азота в испарительной колонне содержание О₂ и ΝΟ_Χ в потоке отпарного газа намного уменьшается. Из-за сниженного количества ΝΟ_Χ и очень ограниченного количества О₂ в отпарном газе равновесие реакции NΟ+1/2Ο₂<->NΟ₂ сдвигается влево, в сторону образования, главным образом, NΟ.

Жидкость, полученная на стадии 1), которая содержит преимущественно абсорбент, необязательно водный раствор абсорбента, может быть рециркулирована и смешана с абсорбентом, используемым для поглощения газа на стадии Ь). Однако перед подачей в абсорбционную колонну может потребоваться регулирование температуры и/или давления указанной жидкости.

Газ 03', отводимый из отпарной колонны (см. фиг. 3), затем ниже по ходу технологического потока подвергают очистке. Однако при определенных обстоятельствах отпарной газ может иметь настолько высокую степень чистоты, что последующая очистка может не потребоваться.

В предпочтительном на данный момент варианте осуществления настоящего изобретения газ 03', отводимый из отпарной колонны, разделяют на две части, первую часть подают непосредственно в нижнюю часть испарительной колонны.

Таким образом, в этом варианте осуществления изобретения в испарительную колонну снизу подают теплый влажный газообразный диоксид углерода. Рециркуляция потока отпарного газа в испарительную колонну оказывает сильное влияние на удаление и азота, и кислорода, и, таким образом, оксидов азота, а также летучих органических соединений, в частности ароматических, таких как бензол, незави

- 5 018958 симо от количества бензола, присутствующего в газообразном потоке, подлежащем очистке в испарительной колонне.

Кроме того, при подаче этой части отпарного газа в испарительную колонну бензол удаляется более эффективно, в частности, при его концентрациях в подаваемом газе менее 10 ч./млн.

В одном варианте осуществления изобретения вторую часть газа, отводимого из отпарной колонны, охлаждают, а затем подают в промывную колонну. В этой колонне из газа могут быть удалены любые примеси, растворимые в промывочной жидкости. Предпочтительной промывочной жидкостью является вода, так как растворимость диоксида углерода в воде мала. Специалистам в данной области известно, как осуществить такую стадию промывки.

В частности, когда в качестве абсорбента используют водные растворы, часть газообразной воды в отпарном газе может быть сконденсирована на стадии охлаждения, рециркулирована и, необязательно, смешана с жидкостью, поступающей в испарительную колонну или куда-либо еще выше по ходу технологического потока. Следовательно, благодаря рециркуляции осуществляется регулирование водного баланса и сокращается до минимума потребность в подаче воды извне.

Г аз, отводимый из промывной колонны, по существу, не содержит каких-либо растворимых примесей, таких как абсорбент.

Этот газ сжимают и охлаждают перед подачей в дегидратор. Таким образом, уменьшается содержание в нем воды. Повышение давления может быть осуществлено за одну или более ступеней сжатия, например 1, 2 или 3 или даже больше.

В тех случаях, когда данный способ не включает стадии промывки, отпарной газ в одном из вариантов осуществления может быть охлажден и сжат перед подачей в дегидратор. В качестве альтернативы дегидратация может быть осуществлена перед сжатием или во время сжатия. Осуществление подобного регулирования давления и температуры входит в компетенцию специалистов в данной области.

В устройстве дегидратации удаляют воду. В частности, при использовании адсорбции можно эффективно удалить оксигенаты и летучие органические соединения. К примерам оксигенатов, которые могут быть удалены, относятся ацетальдегид и метанол. Специалистам в данной области известно, как функционирует обычное устройство дегидратации.

В конкретном варианте осуществления изобретения газ, отводимый из отпарной колонны, направляют в дегидратор непосредственно, без стадии промывки. В другом варианте осуществления изобретения этот газ перед подачей в дегидратор подвергают промывке.

Затем сухой газ поступает в конденсатор, где этот газ разделяют на обогащенную диоксидом углерода жидкость и газообразную смесь диоксида углерода и неконденсирующихся газов, например N0, Ν₂, 0₂. Газ, поступающий в конденсатор, по существу, не содержит Ν0₂. Благодаря введению между абсорбционной колонной и отпарной колонной испарительной колонны из этого газового потока удаляется почти весь 0₂ и основная часть Ν0_χ. Следовательно, химическое равновесие реакции Ν0+1/20₂<->Ν0₂сильно сдвигается влево, и следовые количества любых Ν0_Χ присутствуют преимущественно в форме Ν0. Это также справедливо, когда газ поступает в конденсатор. Таким образом, в газе практически нет примесей Ν0₂ и никакое количество Ν0₂ не может перейти в жидкую фазу сконденсированного диоксида углерода, из которого их трудно удалить.

Помимо рециркуляции отпарного газа в нижнюю часть испарительной колонны в соответствии с каждым из вариантов осуществления изобретения, описываемым в настоящем документе, предусматривается, что в качестве альтернативы вместо отпарного газа в испарительную колонну может быть подан любой поток, по существу, чистого диоксида углерода, отбираемый далее по технологическому потоку в очистной установке. Следовательно, часть обогащенного диоксидом углерода потока, отводимого из промывной колонны стадии 11). и/или часть потока диоксида углерода, отводимая из дегидратора стадии _)); и/или обогащенный диоксидом углерода поток, отводимый из конденсатора стадии к); и/или обогащенный диоксидом углерода поток, отводимый из дистиллятора стадии 1); и/или т) диоксид углерода из резервуара для хранения может быть в соответствующих случаях подан в испарительную колонну вместо отпарного газа. В тех случаях, когда поток диоксида углерода жидкий, эту жидкость перед подачей в испарительную колонну необходимо повторно вскипятить. Осуществление повторного кипячения входит в компетенцию специалистов в данной области.

Кроме того, было обнаружено, что благодаря очень низкому содержанию каких-либо примесей, полный коэффициент теплопередачи увеличивается и температура конденсации газа повышается по сравнению с обычными установками для извлечения диоксида углерода. Поэтому энергопотребление при работе конденсатора уменьшается. Кроме того, благодаря низкому содержанию примесей возрастает давление всасывания холодильного компрессора, обеспечивающего процесс конденсации, что также повышает эффективность работы.

В конденсаторе часть газообразного диоксида углерода сжижается. Количество сконденсированного диоксида углерода определяется температурой и давлением в соответствии с законами термодинамики. Однако необходимо непрерывно выпускать некоторое количество газа из конденсатора, чтобы избежать накопления примесей. Следовательно, некоторое количество газообразного диоксида углерода также выводится. Но чем меньше примесей поступает в конденсатор, тем меньше газа нужно выпускать из

- 6 018958 конденсатора. В результате, если сравнивать установку, соответствующую настоящему изобретению, и обычную установку, выход продукта увеличивается.

Определение оптимальных условий работы конденсатора входит в компетенцию специалистов в данной области.

Жидкость, отводимая из конденсатора, затем может быть подана в дистилляционную колонну. Стадия дистилляции является необязательной, ее необходимость зависит от чистоты диоксида углерода, получаемого в конденсаторе. В ходе дистилляции отгоняются любые имеющиеся следовые количества N0. Поэтому получаемый диоксид углерода характеризуется очень высокой степенью чистоты.

Если нужно, жидкость, отводимая из дистилляционной колонны, может быть подана в ребойлер до того, как жидкий диоксид углерода поступит в резервуар для хранения. Благодаря установке ребойлера, связанного с дистилляционной колонной, можно получить диоксид углерода еще более высокой степени чистоты.

В альтернативном варианте осуществления изобретения газ из устройства дегидратации подают непосредственно в нижнюю часть дистилляционной колонны, то есть минуя ребойлер.

Специалистам в данной области известно, как устроена и функционирует такая дистилляционная колонна, необязательно, с ребойлером.

Как указано выше, дополнительным преимуществом способа, соответствующего настоящему изобретению, является то, что стадия окисления отпарного газа не нужна. Следовательно, исключается использование опасных химикатов.

В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к использованию любых способов, соответствующих настоящему изобретению, для производства высокочистого диоксида углерода. Степень чистоты продукта - диоксида углерода, предпочтительно соответствует использованию в пищевых продуктах или для повышения нефтеотдачи или секвестрации углекислого газа, таким образом, этот продукт пригоден для использования в качестве компонента любого типа продуктов питания или в нефтедобывающей промышленности. В отдельном предпочтительном варианте осуществления изобретения диоксид углерода, производимый в соответствии со способом настоящего изобретения, используется в качестве компонента безалкогольных напитков.

В еще одном аспекте настоящим изобретением обеспечивается установка для извлечения высокочистого диоксида углерода.

Такая установка включает абсорбционную колонну, в которой имеется выходное отверстие для газа и выходное отверстие для жидкости, это выходное отверстие для жидкости соединено с испарительной колонной, в которой имеется выходное отверстие для газа и выходное отверстие для жидкости, это выходное отверстие для жидкости соединено с отпарной колонной, в которой имеется выходное отверстие для газа и выходное отверстие для жидкости, и где указанное выходное отверстие для газа необязательно соединено с промывной колонной. В необязательной промывной колонне имеется выходное отверстие для газа и выходное отверстие для жидкости, это необязательное выходное отверстие для газа соединено с дегидратором, в котором имеется выходное отверстие для газа, соединенное с конденсатором, в котором имеется выходное отверстие для газа и выходное отверстие для жидкости, из которого полученный жидкий диоксид углерода направляют в резервуар для хранения.

В тех случаях, когда необязательная промывная колонна отсутствует, выходное отверстие для газа отпарной колонны соединено с дегидратором.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения выходное отверстие для жидкости конденсатора соединено с дистилляционной колонной, в которой имеется выходное отверстие для жидкости, из которого полученный жидкий диоксид углерода направляют в резервуар для хранения.

Используемая абсорбционная колонна может представлять собой любую известную в данной области техники колонну, пригодную для осуществления поглощения абсорбентом газообразного диоксида углерода. К примерам пригодных для использования абсорбционных колонн относятся колонны, содержащие внутреннюю оснастку или элементы массообмена, такие как тарелки, неупорядоченная или структурированная насадка.

Испарительная колонна может представлять собой любую известную в данной области техники колонну для мгновенной дистилляции. К примерам пригодных для использования испарительных колонн относятся колонны, содержащие внутреннюю оснастку или элементы массообмена, такие как тарелки, неупорядоченная или структурированная насадка. Специалистам в данной области нетрудно определить, нужно ли для получения желаемого результата использовать одну или более колонну для мгновенной дистилляции высокого давления или одну или более дистилляционную колонну низкого давления или их сочетание. В компетенцию специалистов в данной области также входит определение того, можно ли получить желаемый результат, используя только одну колонну, или используя две или более колонны, соединенные последовательно или параллельно.

Используемая в данной установке отпарная колонна может представлять собой любую известную в данной области техники насадочную колонну. К примерам пригодных отпарных колонн относятся колонны, содержащие внутреннюю оснастку или элементы массообмена, такие как тарелки, неупорядоченная или структурированная насадка.

- 7 018958

Промывная колонна может представлять собой любой тип промывной колонны, известный в данной области техники. Является предпочтительным, чтобы используемая колонна содержала внутреннюю оснастку или элементы массообмена, такие как тарелки, неупорядоченная или структурированная насадка, обеспечивающие надлежащее распределение промывочной воды и оптимальный контакт между газом и водой.

Дегидратор предназначен для удаления из потока газа воды и других примесей. Процесс дегидратации потока газа хорошо известен в данной области техники, специалистам нетрудно подобрать дегидратор, пригодный для осуществления дегидратации. В качестве примеров устройств дегидратации можно привести адсорбер Т8Л (двухступенчатая адсорбция) с молекулярными ситами и фильтрами из частиц активированного угля. К другим типам дегидраторов относятся устройства МЕС или ТЕС (установки осушки газа этиленгликолем).

Используемый в данной установке конденсатор может относиться к любому типу теплообменников, пригодному для осуществления конденсации. Специалистам в данной области известно, как спроектировать конденсатор, учитывая температуру, давление и химический состав поступающего в конденсатор газа.

Дистилляционная колонна может относиться к любому типу известных в данной области колонн, пригодному для дистилляции жидкого диоксида углерода. В компетенцию специалистов в данной области входит определение того, может ли желаемый результат быть достигнут при использовании только одной колонны или при использовании двух или более колонн, соединенных последовательно или параллельно. Обычно наиболее подходящей дистилляционной колонной является насадочная колонна с низким падением давления, однако, также могут быть применены и тарельчатые колонны.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения выходное отверстие для газа испарительной колонны соединено с абсорбционной колонной. При такой конфигурации газ, выходящий из испарительной колонны, может быть рециркулирован в абсорбционную колонну. Положительным результатом такой рециркуляции является обеспечение второй стадии извлечения диоксида углерода, который перешел из жидкой в газовую фазу на стадии мгновенного испарения и, следовательно, иначе был бы потерян.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения выходное отверстие для жидкости отпарной колонны соединено с абсорбционной колонной, что делает возможным рециркуляцию жидкости, выходящей из отпарной колонны. Положительным результатом рециркуляции является повторное использование абсорбента, который иначе нужно было бы утилизировать.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения выходное отверстие для газа отпарной колонны, соединенное с промывной колонной, также соединено с испарительной колонной. В этом варианте осуществления изобретения газообразную воду удаляют из отпарного газа, когда отпарной газ охлаждают и конденсируют, а жидкую воду затем, если нужно, рециркулируют в испарительную колонну. При таком режиме функционирования возможно регулировать водный баланс в установке.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения выходное отверстие для жидкости дистилляционной колонны соединено с ребойлером с целью повышения чистоты продукта диоксида углерода.

Существуют стандартные методики, известные специалистам в данной области, для расчета количества и размеров каждой из указанных выше единиц оборудования, входящих в данную установку, когда известны массовый расход, химический состав, температура и давление каждого из потоков, с целью достижения наиболее приемлемого режима функционирования установки.

При подборе материалов для изготовления каждого из указанных устройств особое внимание следует уделять температуре, давлению и химическим и физическим свойствам обрабатываемых газов и жидкостей. Рассмотрение этого входит в компетенцию специалистов в данной области. Однако из-за низкого содержания примесей в отпарном газе, оборудование ниже по ходу технологического потока в меньшей степени подвергается воздействию агрессивных веществ (таких как О₂ в случае использования для повышения нефтеотдачи) по сравнению с обычными установками.

Кроме того, специалистам в данной области понятно, что подбор и регулирование параметров процесса зависит от химического состава газа, поступающего в установку, а также от химического состава и физического состояния газов и жидкостей на каждой из стадий данного способа. Методика расчета количества и размера теплообменников на основе минимизации потребления энергии на нагревание и охлаждение является стандартной для специалистов в данной области. Подбор устройств для повышения и снижения давления потоков газа и жидкости также относится к компетенции специалистов в данной области.

Далее настоящее изобретение описано более подробно со ссылкой на являющиеся в настоящий момент наиболее предпочтительными варианты его осуществления, которые показаны на фиг. 2 и 3, и со ссылкой на обычную установку, которая показана на фиг. 1. Указанные чертежи представляют собой принципиальную технологическую схему извлечения СО₂.

- 8 018958

Пример, соответствующий настоящему изобретению

Для являющегося в настоящий момент наиболее предпочтительным варианта осуществления изобретения в приведенной ниже таблице представлены данные о давлении, температуре, а также химическом составе заслуживающих внимания потоков газа и жидкости. Во всех случаях давление представляет собой общее давление. Данные в процентах и частях на миллион (ч./млн) основаны на мольных долях. Для газовых потоков приведенные данные основываются на влажных газах. В данном примере дается ссылка на фиг. 2.

Таблица 1

Давление, температура и химический состав некоторых потоков газов и жидкостей для установки, соответствующей настоящему изобретению, которая включает испарительную колонну

	Давление, бар	Температура, ’С	со₂, моль	о₂, моль	ыо₂, моль	N0, моль
Газ 01, поступающий б абсорбционную колонну	1, 02	47	11%	3,4%	3 ч/млн	100 ч/млн
Газ 62, выходящий из абсорбционной колонны	1,02	43	600 ч/млн	3, 8%	<1 ч/млн	115 ч/млн
ЖИДКОСТЬ 1.1 , выходящая из абсорбционной колонны	1,02	48	1,3%	<1 ч/млн	<1 ч/млн	<1 ч/млн
Жидкость Ь2, поступающая в испарительную колонну	3	95	1,2%	<1 ч/млн	<1 ч/млн	<1 ч/млн

Газ 03, выходящий из испарительной колонны	1,3	94	38%	420 ч/млн	<1 ч/млн	110 ч/млн
Жидкость ЪЗ, поступающая в отпарную колонну	3	94	1,2%	<1 ч/млн	<1 ч/млн	<1 ч/млн
Жидкость Ъ4 после отпарной колонны	2	112	0,6%	<1 ч/млн	<1 ч/млн	<1 ч/млн
Жидкость Ь5 до абсорбционной колонны	2	63	0,6%	<1 ч/млн	<1 ч/млн	<1 ч/млн
Газ 64, выходящий из отпарной колонны после охлаждения	1,2	45	92%	ч/млн	<1 ч/млн	<1 ч/млн
Газ 05, выходящий из промывной колонны	1/2	45	92%	1 ч/млн	<1 ч/млн	<1 ч/млн
Газ Об, поступающий в дегидратор	17	20	99,9%	1 ч/млн	<1 ч/млн	<1 ч/млн
Газ 67, поступающий в конденсатор	17	20	Ί00%	1 ч/млн	<1 ч/млн	<1 ч/млн
Газ 68, выходящий из конденсатора	17	-24	-100%	20 ч/млн	<1 ч/млн	<1 ч/млн
Жидкость Ьб, выходящая из конденсатора	17	-24	Ί00%	ч/млн	<1 ч/млн	<1 ч/млн
Газ 69, рециркулируемый из ребойлера в дистилляционную колонну	17	-24	'100%	3 ч/млн	<1 ч/млн	<1 ч/млн
Жидкость Ь7, выходящая из ребойлера	17	'24	100%	<1 ч/млн	<1 ч/млн	<1 ч/млн

ч./млн - частей на миллион

Газ С1, подаваемый в установку, представляет собой дымовой газ, содержащий 11% С0₂, 3,4% 0₂, 3 ч./млн Ν0₂ и 100 ч./млн N0. Этот газ поступает в абсорбционную колонну А1 при температуре 47°С и давлении 1,02 бар. Другими основными компонентами подаваемого газа являются 76,6% Ν₂ и 7,6% Н₂О.

В абсорбционной колонне А1 подаваемый газ 01 смешивают с жидкостью Ь5, рециркулируемой из отпарной колонны А2. В качестве абсорбента используется водный раствор моноэтаноламина. Поток газа 02, выходящий из абсорбционной колонны А1, имеет температуру 43°С и давление 1,02 бар и содержит 600 ч./млн СО₂, 3,8% О₂, <1 ч./млн Ν0₂ и 115 ч./млн N0. Другим основным компонентом являет

- 9 018958 ся Ν₂, присутствующий в газе С2 в количестве 87%.

Поток жидкости Ь1, выходящий из абсорбционной колонны А1, включает водный раствор моноэтаноламина, содержание в котором 0₂, Ν0₂ и N0 составляет <1 ч./млн. На выходе из абсорбционной колонны А1 поток жидкости Ь1 имеет температуру 48°С и давление 1,02 бар. Однако перед подачей в испарительную колонну А3 в виде жидкости Ь2 его температуру увеличивают до 95°С, а давление до 3 бар.

В испарительной колонне А3 жидкость Ь2 разделяют на поток газа 03 и поток жидкости, оба потока выходят из испарительной колонны при температуре 94°С и давлении 1,3 бар. Газ 03, выходящий из испарительной колонны А3, содержит 38% С0₂, 420 ч./млн 0₂ и 110 ч./млн N0. Содержание в 03 Ν0₂составляет <1 ч./млн. Другие компоненты, такие как Н₂0, оксигенаты, например ацетальдегид, летучие органические соединения и аргон, также присутствуют в газе 03. В конкретных вариантах осуществления изобретения, поясняемых фиг. 2, 3, поток газа 03 рециркулируют в абсорбционную колонну А1. Основным компонентом жидкости, выходящей из испарительной колонны А3, является водный раствор моноэтаноламина.

Давление потока жидкости, выходящей из испарительной колонны А3, затем повышают до 3 бар непосредственно перед подачей в отпарную колонну А2.

В отпарной колонне А2 жидкость Ь3 разделяют на поток газа и поток жидкости. Поток жидкости Ь4 имеет температуру 112°С и давление 2 бар, содержит 0,6 ч./млн С0₂, тогда как содержание в нем 0₂, Ν0₂ и N0 составляет <1 ч./млн. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 1-3, поток жидкости Ь4 рециркулируют в абсорбционную колонну А1 как поток жидкости Ь5. Однако перед подачей в абсорбционную колонну А1 температуру потока жидкости Ь5 снижают до 63°С.

Поток газа, выходящий из отпарной колонны, затем охлаждают до температуры 45°С. В показанном варианте осуществления изобретения часть этого газа (главным образом, газообразную воду) конденсируют на стадии охлаждения, указанный конденсат рециркулируют и смешивают с потоком жидкости, который поступает в испарительную колонну А3. Часть конденсируемого газа, которая не сконденсировалась (то есть газ 04), впоследствии подают в промывную колонну А4 при температуре 45°С и давлении 1,2 бар. Кроме того, содержание представляющих интерес химических компонентов в этом потоке газа составляет 92% С0₂ и 1 ч./млн 0₂, тогда как содержание Ν0₂ и N0 составляет <1 ч./млн.

Газ 05 выходит из промывной колонны А4 при той же температуре и давлении, что и газ, поступающий в указанную колонну. Кроме того, содержание С0₂ и 0₂ также остается неизменным. Впоследствии, перед подачей газа 06 в дегидратор А5, давление этого газа повышают до 17 бар, а температуру снижают до 20°С. При поступлении в дегидратор А5 газ 06 содержит 99,9% С0₂ и 1 ч./млн 0₂. В дегидраторе А5 удаляют следы воды, оксигенатов и летучих органических соединений. Таким образом, когда газ 07 выходит из дегидратора А5, содержание в нем С0₂ увеличивается до ~100%. Температура и давление этого газа в ходе дегидратации не изменяется.

В результате газ 07 поступает в конденсатор А6 при температуре 20°С, давлении 17 бар и содержании С0₂ и 0₂ ~100% и 1 ч./млн соответственно. Газ 08, отводимый из конденсатора, содержит ~100% СО₂ и 20 ч./млн 0₂. Содержание Ν0₂ и N0 в этом потоке газа составляет <1 ч./млн.

Жидкость Ь6, выходящая из конденсатора А6, затем поступает в дистилляционную колонну А7 при температуре -24°С и давлении 17 бар. В конкретном варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 2, дистилляционная колонна А7 соединена с ребойлером А8 с целью повышения степени чистоты жидкого продукта - СО₂ Ь7. При такой конфигурации газ 09, содержащий ~100% С0₂ и 3 ч./млн 0₂, рециркулируют из ребойлера А9 в дистилляционную колонну А8. Поток продукта Ь7 выходит из установки при температуре -24°С и давлении 17 бар. Содержание С02 выражается как 100%, так как этот поток содержит только следовые количества 0₂ (<1 ч./млн) и Ν₂ (<1 ч./млн).

Сравнительный пример.

Для сравнения ниже описана традиционная установка без стадии мгновенного испарения. Эта установка идентична установке, соответствующей настоящему изобретению, за исключением того, что между абсорбционной колонной и отпарной колонной отсутствует испарительная колонна. Данные о давлении и температуре, а также химическом составе представляющих интерес потоков газа и жидкости в обычной установке, приведены в таблице, помещенной ниже. Во всех случаях давление представляет собой общее давление. Данные в процентах и частях на миллион основаны на мольных долях. Для газовых потоков приведенные данные основываются на влажных газах. В данном примере дается ссылка на фиг. 1.

- 10 018958

Таблица 2

Давление, температура и химический состав некоторых потоков газов и жидкостей для обычной установки, в которой нет испарительной колонны

	Давление, бар	Температура, ⁴С	со_г, моль	О₂, моль	νο_2γмоль	ΝΟ, моль
Газ 61, поступающий в абсорбционную колонну	1,02	47	11%	3,4%	3 ч/млн	100 ч/млн
Газ 62_г выходящий из абсорбционной колонны	1,02	44	640 ч/млн	3,8%	<1 ч/млн	112 ч/млн
Жидкость Ь1, выходящая из абсорбционной КОЛОННЫ	1,02	43	1,4%	<1 ч/млн	<1 ч/млн	<1 ч/млн

Жидкость Ъ2, поступающая в отпарную колонну	3	95	1, 3%	<1 ч/млн	<1 ч/млн	<1 ч/млн
Жидкость Ь4 после отпарной колонны	2	112	0, 6%	<1 ч/млн	<1 ч/млн	<1 ч/млн
Жидкость Ъ5 до абс орбцио иной колонны	2	63	0, 6%	<1 ч/млн	<1 ч/млн	<1 ч/млн
Газ 64, выходящий из отпарной колонны после охлаждения	1,2	45	92%	65 ч/млн	<1 ч/млн	20 ч/млн
Газ 65, выходящий из промывной колонны	1,2	45	92%	65 ч/млн	<1 ч/млн	20 ч/млн
Газ Сб, поступающий в дегидратор	17	20	99, 8%	70 ч/млн	<1 ч/млн	20 ч/млн
Газ 67, поступающий в конденсатор	17	20	99, 9%	70 ч/млн	<1 ч/млн	20 ч/млн
Газ 68, выходящий из конденсатора	17	-25	98, 0%	1250 ч/млн	<1 ч/млн	20 ч/млн
Жидкость Ъб, выходящая из конденсатора	17	-25	99, 9%	90 ч/млн	20 ч/млн	1 ч/млн
Газ 69, рециркулируемый из ребойлера в дистилляционную колонну	17	-24	99, 9%	180 ч/млн	<1 ч/млн	2 ч/млн
Жидкость Д7, выходящая из ребойлера	17	-24	-100%	12 ч/млн	20 ч/млн	<1 ч/млн

ч./млн - частей на миллион

Газ 61, подаваемый в обычную установку, представляет собой дымовой газ, содержащий 11% СО₂, 3,4% О₂, 3 ч./млн ΝΟ₂ и 100 ч./млн N0. Этот газ поступает в абсорбционную колонну А1 при температуре 47°С и давлении 1,02 бар. Другими основными компонентами подаваемого газа являются 76,6% Ν₂ и 7,6% Н₂О. Таким образом, подаваемый газ идентичен газу, используемому при описании установки, соответствующей настоящему изобретению.

В абсорбционной колонне А1 подаваемый газ 61 смешивают с жидкостью Ь5, рециркулируемой из отпарной колонны А2. В качестве абсорбента используется водный раствор моноэтаноламина. Поток газа 62, выходящий из абсорбционной колонны А1, имеет температуру 44°С и давление 1,02 бар и содержит 640 ч./млн СО₂, 3,8% О₂, <1 ч./млн ΝΟ₂ и 112 ч./млн N0.

Поток жидкости Ь1, выходящий из абсорбционной колонны А1, включает водный раствор моноэтаноламина, содержание в котором О₂, ΝΟ₂ и N0 составляет <1 ч./млн. На выходе из абсорбционной колонны А1 поток жидкости Ь1 имеет температуру 48°С и давление 1,02 бар. Эту жидкость направляют в отпарную колонну А2. Однако перед подачей в отпарную колонну А2 в виде жидкости Ь2 его температуру увеличивают до 95°С, а давление до 3 бар.

В отпарной колонне А2 жидкость Ь2 разделяют на поток газа и поток жидкости. Поток жидкости Ь4 имеет температуру 112°С и давление 2 бар, содержит 0,6 ч./млн СО₂, тогда как содержание в нем О₂, NΟ₂ и NΟ составляет <1 ч./млн. В варианте осуществления, показанном на фиг. 2, поток жидкости Ь4 рециркулируют в абсорбционную колонну А1 как поток жидкости Ь5. Однако перед подачей в абсорбционную колонну А1 температуру потока жидкости Ь5 снижают до 63°С.

Поток газа, выходящий из отпарной колонны, затем охлаждают до температуры 45°С. В показанном варианте осуществления часть этого газа (главным образом, газообразную воду) конденсируют на

- 11 018958 стадии охлаждения, указанный конденсат рециркулируют и смешивают с потоком жидкости, который поступает в отпарную колонну А2. Часть конденсируемого газа, которая не сконденсировалась (то есть газ С4), впоследствии подают в промывную колонну А4 при температуре 45°С и давлении 1,2 бар. Кроме того, содержание представляющих интерес химических компонентов в этом потоке газа составляет 92% СО₂, 65 ч./млн 0₂ и 20 ч./млн N0. Содержание Ν0₂ и составляет <1 ч./млн.

Газ 05 выходит из промывной колонны А4 при той же температуре и давлении, что и газ, поступающий в указанную колонну. Кроме того, содержание С0₂, 0₂ и N0 также остается неизменным. Впоследствии, перед подачей газа 06 в дегидратор А5 давление этого газа повышают до 17 бар, а температуру снижают до 20°С. При поступлении в дегидратор А5 газ 06 содержит 99,8% С0₂, 70 ч./млн О₂ и 20

ч./млн N0. В дегидраторе А5 удаляют следы воды, оксигенатов и летучих органических соединений. Когда газ 07 выходит из дегидратора А5, содержание в нем С02 увеличивается до 99,9%, а содержание 0₂ и N0 остается неизменным. Температура и давление этого газа в ходе дегидратации не изменяется.

В результате, газ 07 поступает в конденсатор А6 при температуре 20°С, давлении 17 бар и содержании С0₂, 0₂ и N0 99,9%, 70 ч./млн и 20 ч./млн соответственно. Газ 08, отводимый из конденсатора, содержит 98,0% СО₂ и 1250 ч./млн 0₂, <1 ч./млн N0₂ и 20 ч./млн N0.

Жидкость Ь6, выходящая из конденсатора А6, затем поступает в дистилляционную колонну А7 при температуре -25°С и давлении 17 бар. В конкретном варианте осуществления, показанном на фиг. 1, дистилляционная колонна А7 соединена с ребойлером А8 с целью повышения степени чистоты жидкого продукта - СО₂ Ь7. При такой конфигурации газ 09, содержащий 99,9% С0₂ и 180 ч./млн 0₂, <1 ч./млн N0₂ и 2 ч./млн N0, рециркулируют из ребойлера А8 в дистилляционную колонну А7. Поток продукта Ь7 выходит из установки при температуре -24°С и давлении 17 бар. Содержание С02 выражается как ~100%, так как этот поток также содержит примеси, такие как 12 ч./млн 0₂, 20 ч./млн N0₂ и <1 ч./млн N0.

При сравнении этих данных с данными, относящимися к способу, соответствующему настоящему изобретению, становится ясно, что содержание загрязняющих примесей для этой установки, в которой нет испарительной колонны, заметно выше. Для сравнения: хорошо известно, что технические требования на С0₂, предназначенный для использования в пищевых продуктах, предписывают максимум 2,5 ч./млн N0 и 2,5 ч./млн N0^

В описанных выше примерах положительный эффект от добавления испарительной колонны продемонстрирован по сравнению с тем же процессом без испарительной колонны.

Далее показано влияние испарительной колонны на удаление бензола при различном содержании бензола в подаваемом газе, с использованием и без использования рециркуляции влажного газа, отводимого из отпарной колонны, в нижнюю часть испарительной колонны, а также влияние на удаление 0₂(и, следовательно, N0_x) в случае, когда часть отпарного газа рециркулируют.

Хотя продемонстрировано влияние рециркуляции отпарного газа, настоящим изобретением предусматривается, что влияние рециркуляции любого другого обогащенного диоксидом углерода потока должно иметь, по существу, такой же эффект.

Удаление бензола.

В данной таблице даны ссылки на газообразные потоки 01, 03' и 03, которые соответствуют потокам газа, подаваемого в абсорбционную колонну А1, отпарного газа, отводимого из отпарной колонны А2, и газа, отводимого из испарительной колонны А3, соответственно. Эти потоки наглядно показаны на фиг. 3.

Данный пример был осуществлен, фактически, в соответствии с Примером, соответствующим настоящему изобретению, приведенном выше, в котором можно найти дополнительные подробности данного процесса.

Данный пример поясняет удаление бензола в обогащенном диоксидом углерода газообразном потоке 03', отводимом из отпарной колонны, при различной концентрации бензола (100, 10, 1, 0,5 ч./млн) в газе 01, подаваемом в абсорбционную колонну.

В табл. 3 приведены данные по удалению бензола для потока отпарного газа в установке по извлечению диоксида углерода известного уровня техники (без мгновенного испарения), в установке с испарительной колонной, соответствующей настоящему изобретению, без рециркуляции (атм. мгновенное испарение) и с рециркуляцией отпарного газа в нижнюю часть испарительной колонны. Отпарной газ подавали в количестве 2 и 4% (мол./мол.) от общего количества отпарного газа (атм. мгновенное испарение и Х% рециркуляции) соответственно.

- 12 018958

Таблица 3

	Без мгновенного испарения	А.тм. мгновенное испарение	АТМ. мгновенное испарение и 2%	Атм. мгновенное испарение и 4%
Концентрация бензола в 51, ч/млн	Концентрация бензола в 53', ч/млд
100	11073,96	3214,37	481,33	52,27
10	1107,54	342,67	67, 19	5,27
1	110,74	55,44	25, 79	0,57
0,5	55,37	39,49	23,49	0,30
	% удаления бензола (п53'/п51)
100	11,07	3,21	0, 48	0,05
10	11,08	3,43	0,67	0,06
1	11,07	5,54	2, 58	0,06
0,5	11,07	7, 90	4,70	0, 06
	кг СО₂ в рецикле в 53
100	0	52,56	51,30	111,04
10	0	52,56	52,10	111,05
1	0	52,56	51,30	111,05
0,5	0	52,56	51,30	111,05

ч./млн - частей на миллион

ч./млрд - частей на миллиард

В табл. 4 отражено влияние использования испарительной колонны на Ν₂ и О₂ (и, следовательно, ΝΟ_Χ) без рециркуляции отпарного газа в испарительную колонну и с рециркуляцией 2 и 4% соответственно, и суммированы данные по удалению бензола.

Таблица 4

Обобщение данных о концентрациях компонентов газа. Влияние рециркуляции отпарного газа на удаление других компонентов

Обобщение данных о концентрациях компонентов в СЗ'	Концентрация компонентов в 03’
Без мгновенного испарения	Обычное мгновенное испарение	Мгновенное испарение и 2%	Мгновенное испарение и 4%
	01	03'	03'	СЗ’	ОЗ'
СО₅	9, 80%	99,89%	100,00%	100,00%	100,00%
	88,24%	1053,16 ч/млн.Об.	10,65 Ч/мЛн.Об.	1,15 ч/млд.об.	0,10 ч/млд.Об.
	1,96%	44,02 ч/млн.об.	0,74 ч/млн.об.	0,22 ч/млд об.	0,02 ч/млд.об.
Обобщение данных о концентрациях бензола в 03'	Концентрация компонентов в 03'
Без мгновенного испарения	Обычное мгновенное испарение	Мгновенное испарение и 2%	Мгновенное испарение и 4%
Бензол	100,00 ч/млн-Об.	11,07 ч/млн.об.	3,21 ч/млн.об.	481,33 ч/млд.об.	52,27 ч/млд.об.
Бензол	10,00 ч/млн.об.	1,11 ч/млн.об.	342,67 ч/млд.об.	67,19 ч/млд.об.	5,27 ч/млд.об.
Бензол	1, 00 ч/млн-Об.	110,74 ч/млд.об.	55,44 ч/млд.об.	25,79 ч/млд.об.	0,57 ч/млд.об.
Бензол	0,50 ч/млн.об.	55,37 ч/млд.об.	39,49 ч/млд.об.	23,49 ч/млд.об.	0,30 ч/штд.об.

ч./млн - частей на миллион

ч./млн.об. - частей на миллион по объему ч./млрд - частей на миллиард ч./млрд.об. - частей на миллиард по объему

В табл. 4 обобщены данные о концентрациях бензола, кислорода и азота в ходе очистки диоксида углерода в соответствии с настоящим изобретением. Из этой таблицы явствует, что добавление стадии мгновенного испарения оказывает влияние на удаление нежелательных компонентов из газа.

Подача относительно небольшого количества отпарного газа (теплого влажного газообразного ди

- 13 018958 оксида углерода) в испарительную колонну оказывает сильное влияние на дополнительное удаление нежелательных компонентов, так что только следовые количества порядка частей на миллиард остаются в отпарном газе.

На фиг. 4 показано, как неожиданно было обнаружено, что благодаря испарительной колонне достигается наиболее эффективное удаление бензола, когда его концентрация в подаваемом газе С1 составляет 10 ч./млн и выше.

Подача 4% или более отпарного газа также эффективна для удаления, если в подаваемом газе содержится меньше бензола (то есть 10 ч./млн или меньше).

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ удаления загрязняющих примесей, включающих, по меньшей мере, бензол, из подаваемого жидкого потока диоксида углерода, источником которого является подаваемый газообразный поток диоксида углерода, включающий стадии, на которых:

с) необязательно, повышают давление и нагревают подаваемый жидкий поток диоксида углерода (Ь2);

б) подают жидкий поток (Ь2), необязательно, полученный на стадии с), в испарительную колонну (А3) с целью получения жидкого потока (Ь3) и обогащенного диоксидом углерода газообразного потока (03);

е) необязательно, повышают давление жидкости (Ь3), отводимой из испарительной колонны (А3) на стадии б);

I) разделяют жидкость (Ь3), полученную на стадии б) или е), на обогащенный диоксидом углерода отпарной газ (С3¹) и обедненную диоксидом углерода жидкость (Ь4) посредством отпаривания в отпарной колонне (А2);

д) подают газообразную часть обогащенного диоксидом углерода отпарного газа (03') в нижнюю часть испарительной колонны (А3) стадии б).
2. Способ по п.1, в котором загрязняющие примеси выбирают из группы, состоящей из азотсодержащих соединений, таких как ΝΟ_Χ, сернистых соединений, летучих органических соединений, таких как ароматические соединения, в частности бензол.
3. Способ по п.2, в котором концентрация бензола в подаваемом газообразном потоке диоксида углерода изменяется.
4. Способ по пп.1, 2 или 3, в котором концентрация бензола в подаваемом газообразном потоке диоксида углерода составляет 1 ч./млн (мол./мол.) или выше.
5. Способ по п.4, в котором концентрация бензола в подаваемом газообразном потоке диоксида углерода составляет 10 ч./млн (мол./мол.) или выше.
6. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором обогащенный диоксидом углерода газообразный поток (03), отводимый из испарительной колонны (А3), возвращают в процесс.
7. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором стадии мгновенного испарения б) предшествуют стадиям, на которых:

a) подают газ (01), содержащий диоксид углерода, кислород, Ν₂, оксиды азота, летучие органические загрязняющие примеси, в частности бензол, в абсорбционную колонну (А1);

b) осуществляют поглощение газа (01) абсорбентом, посредством чего газ (02) разделяется на обедненный диоксидом углерода газ и обогащенную диоксидом углерода жидкость (Ь1);

c) повышают давление и нагревают жидкость (Ь1), полученную на стадии Ь), с целью образования жидкости (Ь2).
8. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором часть обогащенного диоксидом углерода газа, подаваемая в испарительную колонну (А3), составляет по меньшей мере 1% (мол./мол.), предпочтительно 1-8% (мол./мол.) общего количества отпарного газа (03').
9. Способ по любому из предшествующих пунктов, который дополнительно сопровождается по меньшей мере одной из стадий, на которых:

II) промывают газ (03'), полученный на стадии Г), при помощи промывной колонны (А4) с целью получения газа (05), по существу, не содержащего растворимых загрязняющих примесей; и/или

.)) проводят дегидратацию газа (03') или (05), полученного на стадии Г) или 1), при помощи дегидратора (А5) и тем самым обеспечивают сухой газ (07), по существу, не содержащий воду, оксигенаты, такие как ацетальдегид и следы метанола, и летучие органические соединения; и/или

k) разделяют газы (03'), (05) или (07), полученные на стадиях Г), 1) или Д на газообразную смесь обогащенной диоксидом углерода жидкости (Ь6) и неконденсирующихся газов (08) при помощи конденсатора (А6); и/или

l) дистиллируют обогащенную диоксидом углерода жидкость (Ь6), полученную на стадии к), в дистилляционной колонне (А7) с целью получения жидкого диоксида углерода (Ь7) высокой степени чистоты, который, по существу, не содержит оксидов азота, сернистых соединений и летучих органических соединений; и/или

- 14 018958

т) хранят обогащенный диоксидом углерода поток (Ь7) в резервуаре для хранения, в котором часть по меньшей мере одного из обогащенных диоксидом углерода потоков (65), (67), (Ь6), (Ь7) на любой из стадий И), Д к), 1) или т) рециркулируют и подают в нижнюю часть испарительной (А3) колонны стадии ά).
10. Способ по п.9, в котором часть обогащенного диоксидом углерода газа, подаваемая в испарительную колонну, составляет по меньшей мере 1% (мол./мол.) общего количества газа по меньшей мере одного рециркулируемого потока.
11. Способ по любому из пп.9, 10, в котором часть обогащенного диоксидом углерода газа, подаваемая в испарительную колонну, составляет от 1 до 8% (мол./мол.) общего количества газа по меньшей мере одного рециркулируемого потока.
12. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором подаваемый газообразный поток диоксида углерода (61) представляет собой дымовой газ.
13. Способ по любому из пп.7-12, в котором абсорбент представляет собой абсорбент на основе аминов.
14. Способ по любому из пп.9-13, в котором обогащенный диоксидом углерода поток (Ь7) используют в качестве компонента пищевых продуктов, больничного оборудования или для повышения нефтеотдачи или секвестрации.
15. Способ по п.14, в котором пищевые продукты представляют собой напитки.