專利名稱：通過(guò)膜和冷凝由含二氧化碳?xì)怏w混合物獲得二氧化碳的方法
通過(guò)膜和冷凝由含二氧化碳?xì)怏w混合物獲得二氧化碳的方法
背景技術(shù)：
已提出由膜將CO2與廢氣流中的其它組分分離。從廢氣流中回收二氧化碳由多個(gè)因素推動(dòng)，包括工業(yè)二氧化碳市場(chǎng)、強(qiáng)化采油(EOR)和減少溫室氣體減排的政府和工業(yè)努力。存在許多方法從廢氣流的其它組分中除去C02。當(dāng)廢氣流含有大量CO2時(shí)，可將該料流冷卻以提供液體CO2產(chǎn)物。當(dāng)廢氣流含有少量CO2時(shí)，在冷卻以前使用各種方法提高CO2含量，例如膜分離或吸附。通常，當(dāng)使用多種方法時(shí)，注意到兩種方法的聯(lián)合以得到更有效的節(jié)能。例如，US 4，639，257公開了使用膜分離和蒸餾從氣體混合物中回收二氧化碳。然而，各個(gè)步驟分開地有效進(jìn)行，其中在各膜和蒸餾方法以前進(jìn)行溫度和壓力調(diào)整。如‘257專利所公開，用于膜分離的氣體溫度和壓力分別為約300K(26. 85°C )和約28巴，而用于蒸餾的分別為約_3°C (270. 15K)至-40°C (233. 15K)和約1_3巴。該方法的能量需求使得它 是效率低的。根據(jù)美國(guó)能源部，2007年現(xiàn)有的技術(shù)不能以小于35%的電力成本增加從現(xiàn)有粉煤(PC)發(fā)電裝置的煙道氣中除去至少90%的C02。需要經(jīng)濟(jì)的聯(lián)合CO2回收方法。發(fā)明概述公開了由含CO2氣體混合物獲得二氧化碳的方法。該方法包括如下步驟。得到了含CO2氣體混合物。冷卻該氣體混合物。使冷卻的氣體混合物流入由聚合物材料構(gòu)成的氣體分離膜組件以產(chǎn)生富二氧化碳料流和貧二氧化碳料流。聚合物材料具有在35°c和10巴壓力下>0. 03 [ (cm3C02，在STP下)/ (cm3聚合物材料)(cmHg)]的溶解度和>210°C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。壓縮富二氧化碳料流。通過(guò)冷卻將壓縮的富二氧化碳料流至少部分冷凝。使冷卻的壓縮的富二氧化碳料流經(jīng)受低溫相分離以產(chǎn)生富CO2液體和貧CO2蒸氣料流。公開了由含CO2氣體混合物獲得二氧化碳的另一方法。該方法包括如下步驟。得到了含CO2氣體混合物。冷卻該氣體混合物。使冷卻的氣體混合物流入由聚合物材料構(gòu)成的氣體分離膜組件以產(chǎn)生富二氧化碳料流和貧二氧化碳料流。氣體分離膜具有以Barrer表示的氧氣滲透率，當(dāng)膜一側(cè)的壓力為30psia,同時(shí)膜的另一側(cè)為小于Imm Hg的真空時(shí)在300C的溫度下，對(duì)于80摩爾％氮?dú)夂?0摩爾％氧氣的混合物，氧氣滲透率小于2000/ (選擇性)3 5，其中選擇性為氧氣/氮?dú)膺x擇性。通常，在這些條件下的選擇性為約5至約9。壓縮富二氧化碳料流。通過(guò)冷卻將壓縮的富二氧化碳料流至少部分冷凝。使冷卻的壓縮的富二氧化碳料流經(jīng)受低溫相分離以產(chǎn)生富CO2液體和貧CO2蒸氣料流。公開了由含CO2氣體混合物獲得二氧化碳的又一方法。該方法包括如下步驟。得到了含CO2氣體混合物。冷卻該氣體混合物。使冷卻的氣體混合物流入氣體分離膜組件。將尾氣送入膜的滲透物側(cè)，尾氣具有低CO2濃度。從膜中回收富二氧化碳滲透物。從膜中回收貧二氧化碳非滲透物。公開了由含CO2氣體混合物獲得二氧化碳的又一方法。該方法包括如下步驟。得到了含CO2氣體混合物。在換熱器中冷卻該氣體混合物。使冷卻的氣體混合物流入氣體分離膜組件以產(chǎn)生富二氧化碳滲透物和貧二氧化碳非滲透物。使貧二氧化碳料流膨脹以產(chǎn)生冷貧二氧化碳料流。壓縮富二氧化碳滲透物。通過(guò)在換熱器中冷卻而將壓縮的富二氧化碳滲透物部分冷凝。將部分冷凝的壓縮的富二氧化碳滲透物分離成富CO2液體和貧CO2蒸氣料流。用選自冷貧二氧化碳料流、貧CO2蒸氣料流和一部分富CO2液體的一種或多種料流為換熱器提供冷能。上述方法中的任何兩種或更多種可組合而提供聯(lián)合方法。任何上述方法或上述聯(lián)合方法中任何兩種或更多種的聯(lián)合可包括一個(gè)或多個(gè)以下方面-聚合物材料選自聚酰亞胺；氟聚砜；聚(苯醚)；聚(氟碳酸酯)；和2，2，2_三氟苯乙酮與聯(lián)苯醚或三苯醚(terphenyl ether)的縮聚物。-聚合物材料為具有式(I)重復(fù)單元的聚酰亞胺聚合物或共聚物
權(quán)利要求
1.由含CO2氣體混合物獲得二氧化碳的方法，所述方法包括如下步驟 得到含CO2氣體混合物； 在換熱器中冷卻所述氣體混合物； 使冷卻的氣體混合物流入氣體分離膜組件中以產(chǎn)生富二氧化碳滲透物和貧二氧化碳非滲透物； 使貧二氧化碳料流膨脹以產(chǎn)生冷的貧二氧化碳料流； 壓縮所述富二氧化碳滲透物； 通過(guò)在換熱器中冷卻而將壓縮的富二氧化碳滲透物部分冷凝；將部分冷凝的壓縮的富二氧化碳滲透物分離成富CO2液體和貧CO2蒸氣料流；和 用選自冷的貧二氧化碳料流、貧CO2蒸氣料流和一部分富CO2液體的一種或多種料流為換熱器提供冷能。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其進(jìn)一步包括如下步驟將貧二氧化碳非滲透物在其膨脹以前在換熱器處冷卻，其中供入換熱器中的冷能為冷的貧二氧化碳料流。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中供入換熱器中的冷能為貧CO2蒸氣料流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中使貧CO2蒸氣料流在將其冷能供入換熱器中以前膨脹。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中供入換熱器中的冷能為一部分富CO2液體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其進(jìn)一步包括如下步驟降低兩部分富CO2液體的壓力，由此提供兩部分冷卻的較低壓力富CO2液體，冷卻的較低壓力富CO2液體為換熱器提供冷能。
7.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其進(jìn)一步包括如下步驟將含CO2氣體混合物在冷卻步驟以前壓縮至約3巴至約60巴的壓力。
8.根據(jù)權(quán)利要求I的方法,其中將氣體混合物冷卻至約5°C至約_60°C的溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中將氣體混合物冷卻至約_20°C至約_50°C的溫度。
10.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中含CO2氣體混合物中至少90%的CO2在富CO2液體中被回收。
11.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中含CO2氣體混合物由燃燒方法的煙道氣、天然氣料流，或發(fā)酵乙醇生產(chǎn)裝置的CO2排氣得到。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中含CO2氣體混合物由燃燒方法的煙道氣得到，且燃燒方法選自蒸汽甲烷重整(SMR)方法、鼓風(fēng)爐和空氣點(diǎn)火或氧氣促進(jìn)化石燃料燃燒方法。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中燃燒方法為以全氧燃燒或部分氧燃燒模式操作的氧氣促進(jìn)化石燃料燃燒方法。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中氧氣促進(jìn)化石燃料燃燒方法以全氧燃燒模式操作，其初級(jí)和次級(jí)氧化劑為純氧氣或包含氧氣和再循環(huán)煙道氣的合成空氣。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中氧氣促進(jìn)化石燃料燃燒方法以部分氧燃燒模式操作，其初級(jí)氧化劑為空氣且其次級(jí)氧化劑為包含氧氣和再循環(huán)煙道氣的合成空氣。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中燃燒方法為空氣點(diǎn)火化石燃料燃燒方法，化石燃料為煤，且含CO2氣體混合物包含約8%v/v至約16%v/v的CO2。
17.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中燃燒方法為空氣點(diǎn)火化石燃料燃燒方法，化石燃料為天然氣，且含CO2氣體混合物包含約3%v/v至約10%v/v的CO2。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中含CO2氣體混合物包含約60%v/v至約90%v/v的C02。
19.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中燃燒方法為蒸汽甲烷重整(SMR)方法，且含CO2氣體混合物包含約15%v/v至約90%v/v的CO2。
20.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中燃燒方法為鼓風(fēng)爐，且含CO2氣體混合物包含約20%v/v 至約 90%v/v 的 CO2。
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22.
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24.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其進(jìn)一步包括如下步驟 將貧二氧化碳非滲透物在換熱器處冷卻； 將冷卻的貧二氧化碳非滲透物在低溫膨脹器處膨脹以在相分離器中產(chǎn)生固 體二氧化碳和貧CO2氣體； 用貧CO2氣體將冷能供入換熱器中以產(chǎn)生加熱的貧CO2氣體； 將加熱的貧CO2氣體在冷膨脹器處膨脹；和 用膨脹的加熱的貧CO2氣體為換熱器提供冷能。
全文摘要
由含CO2氣體混合物獲得二氧化碳的方法，所述方法包括如下步驟使冷卻的氣體混合物流入氣體分離膜組件中以產(chǎn)生富二氧化碳滲透物和貧二氧化碳非滲透物，將部分冷凝的壓縮的富二氧化碳滲透物分離成富CO2液體和貧CO2蒸氣料流，用選自冷的貧二氧化碳料流、貧CO2蒸氣料流和一部分富CO2液體的一種或多種料流提供冷能。
文檔編號(hào)F25J3/06GK102781547SQ201080063810
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者D·J·哈賽, E·S·小桑德斯, J-P·特拉尼耶, P·泰里安, S·S·庫(kù)爾卡尼 申請(qǐng)人:喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司