MX2008012829A

MX2008012829A - Metodo de purificacion de dioxido de carbono.

Info

Publication number: MX2008012829A
Application number: MX2008012829A
Authority: MX
Inventors: Henry Edward Howard; Minish Mahendra Shah
Original assignee: Praxair Technology Inc
Priority date: 2006-04-03
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2009-02-03
Also published as: EP2002190A2; US20100077795A1; US7666251B2; US20070231244A1; BRPI0709902B1; CA2648031A1; US8216351B2; BRPI0709902A2; WO2007126972A2; WO2007126972A3; CN101460801A; KR101370783B1; CN101460801B; CA2648031C; KR20080112357A

Abstract

Método para purificar una corriente de alimentación que contiene dióxido de carbono (10) en donde la corriente de alimentación después de que haya sido comprimida y secada es parcialmente enfriada y después utilizada para recalentar una columna de montaje (28). Posteriormente, la corriente de alimentación es después enfriada y expandida a una temperatura operacional más baja de la columna de montaje. Una corriente de producto de dióxido de carbono (38) compuesta de partes inferiores de la columna líquidas de la columna de montaje es expandida a una o más presiones para general refrigeración, después de evapora totalmente dentro del intercambiador de calor principal (24) y comprimida por el compresor (58) para producir un producto de dióxido de carbono comprimido (50). La refrigeración es recuperada en el intercambiador de calor principal (24) desde una corriente superior de columna (31) extraída de la columna de montaje (28) dentro del intercambiador de calor principal (24) sea directamente o indirectamente por procesos auxiliares en los cuales el dióxido de carbono es posteriormente separado y opcionalmente reciclado en el compresor principal (12) utilizado en la compresión de la corriente de alimentación (10).

Description

M ETODO D E P U RI F ICACIO N DE DIOXIDO DE CARBONO Cam po de la invención La presente invención se refiere a método de purificación de dióxido de carbono para purificar una corriente de alimentación que contiene d ióxido de carbono dentro de una columna de separación para producir prod ucto de dióxido de carbono, Más particularmente, la presente invención se refiere a un método de purificación en el cual la corriente de alimentación es comprimida e introducida en la columna de sepa ración a una presión debajo de la presión de la corriente de alimentación para permitir transferencia de calor suficiente desde la corriente de alimentación al recalentador de la columna de separación para producir dióxido de carbono de alta pureza y para recuperar prod ucto de dióxido de carbono en presión súper atmosférica para minimizar la energ ía de compresión . Antecedentes de la i nvención El dióxido de carbono es un producto industrial valioso que tiene una variedad de usos q ue req uiere que el dióxido de carbono sea de alta pureza , es decir, alrededor de 95 por ciento de dióxido de carbono pu ro por volumen . En algunos ejemplos, es necesario remover las impurezas indeseables del dióxido de ca rbono. Y en algunos casos, es deseable no perder los componentes valiosos del prod ucto de dióxido de carbono. U n uso importante pa ra el dióxido de carbono es en el campo de recuperación de aceite mejorada en la cual el dióxido de carbono es inyectado verticalmente en un campo de aceite para dirigir el aceite a los pozos de producción . Normalmente, en u na operación de recuperación de aceite mejorada , u na corriente fresca de dióxido de carbono es mezclada con u na corriente reciclada de dióxido de carbono que es generada cuando se produce el aceite. La corriente de dióxido de carbono contiene aproximadamente hasta 95% por vol umen de dióxido de carbono y el restante, las impurezas que consisten principalmente de hidrocarburos están en un rango de alca nos desde C 1 hasta C7. A este respecto, el contenido de metano de las impurezas es conocido que afecta el rend imiento de la recuperación de aceite mejorada y, de esta manera la eliminación de metano es benéfica para estas operaciones. Como se ha indicado anteriormente, el dióxido de carbono tiene muchos usos además de la recuperación de aceite mejorada y se puede introducir en una tubería para uso en ubicaciones que son situados a una distancia del sitio de prod ucción en la cual se produce d ióxido de carbono. En una tal aplicación , la h umedad dentro de la corriente de dióxido de carbono puede causar problemas de corrosión para la tubería . De esta manera , la eliminación de h umedad es importante. Además, también es benéfico remover otras impu rezas de la corriente de dióxido de carbono para inyectarse en la tubería a causa de que los mú ltiples usos del dióxido de carbono req uieren dióxido de carbono casi puro . Además, comprimir u na corriente en una tubería q ue contiene impu rezas, que se necesitaría invariablemente ser removida , aumenta los costos de la fuerza eléctrica relacionados con la compresión de la corriente debido al volumen ag regado de las impu rezas. El dióxido de carbono se puede producir por combustión de oxicombustible en , por ejemplo, plantas de poder q ue operan con carbón . Normalmente, el gas de combustión producido por la combustión tiene pu reza de dióxido de carbono hasta aproximadamente 90 por ciento dependiendo de la pureza del oxígeno suministrado y cualquier escape e aire en el calentador. De esta manera , las impu rezas dentro de la corriente de dióxido de carbono producidas por un tal proceso pueden incluir oxígeno, nitrógeno, argón , SOx y NOx. Los óxidos de sulfuro y los óxidos de n itrógeno son particu larmente impurezas indeseables en cualquier corriente de proceso. En los procesos de recuperación de aceite mejorada , el contenido de oxígeno debe de ser menos de 1 00 ppm y preferiblemente menos de 1 0 ppm y la pu reza deseada del dióxido de carbono debe de ser mínima , de aproximadamente 95% puro. De esta manera , la eliminación de la impu reza de oxígeno es particularmente importante para operaciones de recuperación de aceite mejorada . El dióxido de carbono puede ser también producido en una planta de hid rógeno en la cual un hidrocarbu ro que contiene la corriente es sometido a metano en vapor regenerado o alternativamente en oxidación parcial para producir un hidrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono y agua q ue contiene la corriente, conocido como gas de síntesis. En cualquier planta, el gas de síntesis puede, a su vez, se somete a electrólisis con ag ua-gas para reaccionar el vapor con el monóxido de carbono y de esta manera aumentar el h id rógeno y dióxido de carbono contenida en esta corriente. En una planta diseñada para producir h id rógeno, el h idrógeno es normalmente separado del gas de síntesis por absorción oscilante de presión que contiene monóxido de carbono e impurezas de metano. Estos componentes son normalmente recuperados y se pueden utilizar para contener u na parte del requerimiento de combustible de la planta . El dióxido de carbono puede ser recuperado del gas de síntesis sea antes o después del electrólisis con agua-gas. En la patente norteamericana No. 6,301 ,927 , un proceso autorefrigerado para separar d ióxido de carbono es proporcionado, en el cual un dióxido de carbono q ue contiene corriente de alimentación es comprimida , enfriada y expandida en un turboexpandidor de manera que es parcialmente líquido y después introducido en un separador por fase. El componente líquido es después introducido en u na columna de separación para producir un producto de dióxido de carbono l íq u ido . La columna de separación es re-hervida por una parte comprimida de la corriente de alimentación q ue es a temperatu ra más elevada que las temperatu ras operacionales de la columna. U na tal operación resulta en ineficiencia térmica que representa u na pérdida irreversible que se puede elaborar au mentando la refrigeración y en ú ltimo instante, una compresión aumentada y requerimientos de poder.

En la patente norteamericana No. 4,441,900, un proceso para remover el dióxido de carbono de gas natural es descrito, en el cual la corriente de alimentación es parcialmente condensada por enfriamiento y después es separada en un separador por fase. La corriente líquida que resulta de la separación por fase es sub-enfriada y después alimentada en una columna de separación-destilación para recuperar el líquido rico en dióxido de carbono y un primer vapor rico en metano. El primer vapor rico en metano es combinado con el vapor de la fase de separación y el vapor combinado es después enfriado y rectificado en una columna de rectificación para producir un segundo líquido de dióxido de carbono y un segundo vapor rico en metano. La refrigeración es suministrada expandiendo la corriente del segundo vapor rico en metano y del líquido rico en dióxido de carbono. Todas las columnas descritas en esta patente son operadas con la presión de corriente de alimentación y de esta manera, el recalentamiento dentro de las columnas es llevado a cabo a temperatura relativamente alta. Como resultado, la corriente de alimentación puede suministrar solamente una cantidad limitada de energía térmica a los recalentadores de las columnas de destilación y las corrientes de producto de dióxido de carbono siempre contendrán cantidades significantes de metano. La patente norteamericana No.3,130,026 describe otro proceso para separar dióxido de carbono de gas natural en el cual la alimentación es enfriada y parcialmente líquida y después alimentada al separador por fase. La corriente de líquido desde el separador por fase es separada en una columna de separación . La corriente del líquido de dióxido de carbono desde la columna de separación es vaporizada y después el trabajo expandido para recuperar el poder y generar refrigeración , la cual es utilizada para parcialmente licuar la corriente de alimentación . Debido a la expansión de dióxido de carbono en el proceso de separación , el dióxido de carbono desde el proceso de separación es obtenido a presión casi atmosférica . La expansión del dióxido de carbono a temperatu ra sub-atmosférica genera poder mucho más bajo que el req uerido para comprimir dióxido de carbono bajo presión atmosférica . Como resultado, cuando el dióxido de carbono comprimido es un producto deseado, este proceso requerirá energ ía significante para la compresión . Adicionalmente, el uso de múltiples turboexpandidores también incrementa el capital del sistema de separación . La patente norteamericana No 4, 762 ,543 describe u n proceso de separación de dióxido de carbono en el cual el gas comprimido es enfriado en u n separador de amonio para que sea condensado parcialmente. La corriente condensada parcialmente es alimentada en un separador. El componente de vapor de la corriente separada dentro del separador es introd ucido en una columna de rectificación que utiliza un condensador de reflujo que otra vez utiliza refrigeración con amonio externo. La patente norteamericana No. 4 , 595, 404 es otro proceso de refrigeración externo en el cual el metano es separado del dióxido de carbono utilizando una columna de destilación seguida por una columna de separación . La desventaja de utilizar refrigeración externa es q ue la energ ía adicional es consumida por una tal refrigeración e inversión de capital adicional para el sistema de refrigeración puede representar una penalidad económica inaceptable. Como se discutirá posteriormente, la presente invención proporciona u n método para separar d ióxido de carbono desde una corriente de alimentación de dióxido de carbono q ue es de manera inherente más eficiente térmicamente que las técnicas del arte previo y de esta manera , consume menos energ ía de compresión , alcanza más recuperación de dióxido de carbono y posteriormente permiten que el dióxido de carbono sea recuperado con u na pu reza más alta. Otras ventajas serían obvias desde la sigu iente descripción de la presente invención . Breve Descri pción de la I nvención La presente invención proporciona u n método para pu rificar u na corriente de alimentación que contiene dióxido de carbono para obtener producto de dióxido de carbono. La presente invención es útil para purificar corrientes de alimentación que contienen entre 30 y aproximadamente 95 por ciento de dióxido de carbono. De acuerdo con el método, u na corriente de alimentación que tiene presión su peratmosférica es secada en un secador. Después del secado, la corriente de alimentación es después parcialmente enfriada en u n intercambiador de calor principal y utilizada para rehervir una columna de separación , de esta manera posteriormente enfriar la corriente de alimentación e iniciar la formación de u na fase de vapor ascendente dentro de la columna de separación . La corriente de alimentación es después enfriada en el intercambiador de calor principal para , al menos parcialmente licuar la corriente de alimentación . La corriente de alimentación , después de que haya sido al menos parcialmente líquida es después expandido a un proceso operacional de la columna de separación es menos que el de la corriente de alimentación después de que haya sido comprimida , de esta manera disminuir la temperatura de ebullición por debajo de la temperatu ra de la corriente de separación para iniciar u na fase líq uida descendiente . La fase l íquida descendiente está en contacto con la fase de vapor ascendente dentro de la columna de separación para separar las impurezas de la fase l íquida descendiente y de esta manera prod uce una parte superior de dióxido de carbono y partes inferiores de columna l íquida rica en dióxido de carbono. Una corriente de la parte superior de columna compuesta de la parte superior de columna de dióxido de carbono es utilizada para recu perar la refrigeración en el intercambíador de calor principal . U na corriente de producto de d ióxido de carbono compuesta de partes inferiores de columna rica en dióxido de carbono es expandida , al menos a una presión , para generar la refrigeración . La corriente de producto de dióxido de producto es después vaporizada en el intercambiador de calor principal y comprimida en un compresor para obtener una corriente de dióxido de carbono comprimido, como al menos parte de la corriente de producto de dióxido de carbono deseado del proceso. Puesto q ue la columna de separación es operada a u na presión baja , las partes inferiores ricas en dióxido de carbono hervirán a temperatu ra inferior que ten ía la columna siendo operada a presión de la corriente de alimentación entrante. Además, puesto que la temperatu ra de la columna de separación es más baja , hay una igualación entre la temperatu ra de la corriente de alimentación enfriada en parte que efectúa la ebu llición y la temperatu ra del líq uido hirviente. Como resultado, el proceso total es más eficiente porq ue permite la recuperación del dióxido de carbono a presión más alta posible y red uce la energ ía req uerida para posteriormente comprimir el producto de dióxido de prod ucto . Esto, a su vez resulta en una ventaja que se necesita suministrar menos refrigeración a través de expansión para dismi nuir el req uerimiento de compresión para la corriente de alimentación entrante . Disminuir la temperatu ra de re-ebullición también permite la transferencia de calor suficiente desde la corriente de alimentación al recalentador de la columna de separación de manera q ue se alcanza la pureza del dióxido de carbono. El sub-enfriamiento posterior de la corriente de alimentación en el intercambiador de calor principal , después de que haya sido suministrado calor para el recalentador también es ventajoso puesto q ue dismin uye el contenido de dióxido de carbono del vapor de la parte superior de la columna de separación y reduce el volumen de la corriente de reciclaje y se necesita poder para co-comprimirlo. Puesto q ue la columna de separación es operada e temperatura más baja , más dióxido de carbono será licuado, que resulta en recu peración mejorada del producto de dióxido de carbono . Además, no se utiliza refrigeración externa y el proceso es enteramente refrigerado por expansión de l íq u ido. Una corriente delgada de dióxido de carbono compuesta al menos en parte de una corriente de parte superior de columna puede ser licuada en u n intercambiador de calor auxiliar. La corriente delgada de dióxido de carbono puede después introd ucirse en u n sepa rador por fase para prod ucir una corriente de vapor reducida en dióxido de carbono y una corriente líquida rica en dióxido de carbono. La corriente rica en dióxido de carbono es expandida e introducida j unto con a corriente delgada de dióxido de carbono en sucesión , en el intercambiador de calor auxiliar y el intercambiador de calor principal causando vaporización de la corriente líquida rica en dióxido de carbono en una corriente vapor de dióxido de carbono, y de esta manera licuar la corriente delgada de dióxido de carbono en el intercambiador de calor auxiliar y recuperar la refrigeración de la corriente de la parte superior de columna en el intercambiador de calor pri ncipal . El secador puede utilizar un absorbente para absorber la humedad dentro de la corriente de alimentación y la corriente de vapor de dióxido de carbono o la corriente delgada de dióxido de carbono pueden utilizarse al menos en parte para regenerar el secador. Preferiblemente , la corriente líquida rica en dióxido de carbono después de vaporización es utilizada para regenerar el secador y después es reciclada al compresor de alimentación utilizado en comprimido de la corriente de alimentación . Esto es particularmente deseable cuando el dióxido de carbono q ue se contiene en la corriente es reciclado para recuperación eventual . Además, la corriente delgada de dióxido de carbono que puede contener hid rógeno, monóxido de carbono y metano y extra ídos de una planta de hid rógeno se puede reg resar a la planta de hidrógeno para recuperación posterior de producto o para su uso como combustible. La corriente de alimentación , después de al menos ser parcialmente licuado en el intercambiador de calor principal , puede ser introd ucida en otro separador por fase para prod ucir una corriente en fase de vapor y una corriente en fase líquida . La corriente en fase líquida puede introd ucirse en la columna de separación para introducir al menos en parte la corriente de alimentación después de que haya sido parcialmente licuada en el intercambiador de color principal en la columna de separación . La corriente en fase de vapor puede combinarse con la corriente de la parte superior de la columna para formar corriente de vapor delgada de dióxido de carbono que se puede recuperar desde su contenido, particularmente en el caso cuando contiene hidrógeno, monóxido de carbono y metano. En donde la corriente delgada de dióxido de carbono no es introd ucida en el separador por fase, la corriente en fase de vapor puede ser combinada con una corriente de la parte superior de columna para formar u na corriente de vapor delgada de dióxido de carbono que se puede introducir en el intercambiador de calor principal para recuperar la refrigeración . Ventajosamente, la corriente de prod ucto de dióxido de carbono puede d ividirse en la primera y segu nda corriente de producto de dióxido de carbono subsidiaria . Al menos una de las corrientes subsidiarias es expandida. Opcional , ambas, la primera corriente y la seg u nda corriente de dióxido de carbono subsidiaria pueden expandirse a presiones más altas y más bajas respectivamente. La primera corriente de producto de d ióxido de carbono subsidiaria puede después introd ucirse en una etapa de presión más alta de u n compresor utilizado en formación de producto de dióxido de carbono comprimido y la segunda corriente de producto de dióxido de carbono se puede introd ucir en u na entrada del compresor. De esta manera , no todo el producto después de q ue haya sido vaporizado tiene q ue ser comprimido a una sola presión , más una corriente es comprimida a presión inferior y la otra corriente es comprimida a una presión aún más alta pa ra obtener una compresión eficiente de energ ía . U ltimamente , parte de la corriente de dióxido de carbono que es compuesta de partes inferiores de columna l íq uida pueden ser tomadas como producto. Breve descripción de las Figuras M ientras la descripción concluye con las reivindicaciones distintamente señalando la materia que el solicitante lo considera como su invención , se cree q ue la invención será mejor entendida cuando se toman en cuanta las figuras que se acompañan , en los cuales: La Figura 1 es un diagrama de flujo de proceso esquemático de un aparato para llevar a cabo un método de acuerdo con la presente invención; La Figura 2 es una modalidad alternativa de la Figura 1; La Figura 3 es una modalidad alternativa de la Figura 2; La Figura 4 es una modalidad alternativa de la Figura 2; y La Figura 5 es una ilustración esquemática de un secador que podría utilizarse en conexión con las modalidades ilustradas en las Figuras 1 , 2, 3 y 4. Para evitar la repetición de las Figuras, los números de referencia han sido utilizados para elementos en la Figuras en donde la descripción de los elementos queda sin cambio. Descripción Detallada de la Invención Con referencia a la Figura 1, se ilustra un aparato que es diseñado para purificar un dióxido de carbono que contiene la corriente de alimentación 10. La corriente de dióxido de carbono 10 es comprimida en un compresor 12 a una presión de entre 150 psia y aproximadamente 1000 psia. La cantidad de dióxido de carbono que se puede recuperar es una función de la presión alimentada a la caja fría. Como se puede apreciar, la recuperación de dióxido de carbono puede aumentarse incrementado la presión. Sin embargo este incremento en presión resultará en costos de producción mayores. La presión óptima de esta manera variará con la aplicación particular de la presente invención. Después de que haya sido enfriada dentro de un enfriador de agua 14, la corriente de alimentación de dióxido de carbono 1 0 es después introd ucida en un separador por fase 1 6 para retirar el agua que ha sido condensada dentro del dióxido de carbono q ue contiene la corriente de alimentación 1 0 del mismo q ue ha sido enfriada en un refrigerador de agua fría 14. Se debe de notar que cierto d ióxido de carbono que contiene corrientes de alimentación que tienen aplicabilidad a la presente invención es disponible a alta presión , por ejemplo, una corriente de gas de síntesis desde un proceso de gasificación después de que haya pasado por electrólisis. Claro, en donde la corriente de alimentación es disponible a presión , y no debería ser comprimida y posiblemente no se enfría dependiendo de su origen . El dióxido de carbono que contiene la corriente de alimentación 1 0 es después introducido en u n secador 20. El secador 20 es preferiblemente u n sistema de absorción que puede contener lechos de tamiz molecular absorbentes q ue operan en una fase para absorber la h u medad y otras impurezas tales como hidrocarbu ros pesados que hervirán a temperatura muy alta y después el dióxido de carbono comprimido contiene la corriente 1 0. Los lechos de tamiz molecular absorbente operan en una fase de manera q ue un lecho absorbe impurezas que hierven altamente y se genera otro lecho. U n lecho es regenerado bajando su presión y/o aumentando su temperatura para liberar el componente absorbido. En un sistema que utiliza cambios de temperatura, el lecho es regenerado calentando una capa de corriente en el componente absorbido y después se introd uce en u n lecho para ser regenerado para causar la liberación y liberar los componentes absorbidos. Estos sistemas varían , pero hay muchos ejemplos de los mismos muy bien conocidos en la técnica . Un ejemplo específico será discutido a continuación . A este respecto, los sistemas sin absorción son posibles, tales como por el uso de intercambiadores de calor reversibles que son bien conocidos en la técnica de destilación . La corriente de alimentación secada resultante 22, que cosiste de una corriente de alimentación 1 0 después de que haya sido comprimida por el compresor 1 2 y secada, es después introducida en un intercambiador de calor principal 24 en el cual la misma es enfriada en pa rte y después introd ucida en u n recalentador 26 que sirve para producir ebullición o iniciar una fase de vapor ascendiente dentro de la columna de separación 28. La corriente de alimentación 22 es después otra vez introducida en el intercambiador de calor principal 24 en el cual la misma es totalmente enfriada para licuar al menos la corriente de alimentación secada 22. La corriente de alimentación secada 22 es después introd ucida en una válvula de expansión 30 en la columna de separación 28 para iniciar u na fase líquida descendiente dentro de la columna . Como bien se conoce en la técnica , la columna de separación preferiblemente tiene empaque estructurado para contactar la fase de vapor ascendiente fluyendo a través del empaq ue con u na pel ícula líquida descend iente de la fase líq uida . Otros elementos q ue están en contacto con el vapor-l íq uido conocido en la técn ica pueden utilizarse como charolas de tamiz. Como resu ltado del contacto, la fase líquida descendente se convierte en rica en dióxido de carbono , el componente menos volátil y la fase de vapor ascendente para siempre en impu rezas que tienen una volatilidad mayor q ue el dióxido de carbono.. Asumiendo que la corriente de alimentación 1 0 consiste de gas de síntesis, después las impurezas tales como hidrógeno, monóxido de carbono y metano, todos siendo más volátiles que el dióxido de carbono , será separada del líquido descendente para prod ucir una columna delgada de dióxido de carbono y rico en dióxido de carbono, las parten inferiores de la columna l íq uida . U na corriente de la parte superior de columna 31 puede ser extraída de la columna de separación 28 que es compuesta de la parte superior de la columna delgada dióxido de carbono y después introd ucida en u n intercambiador de calor auxiliar 32 de manera que la corriente de la parte superior de dióxido de carbono 31 es al menos parcialmente licuado. La corriente de la parte de superior de dióxido de carbono 31 es después introducida en u n separador por fase 34 para producir una corriente de vapor escasa en dióxido de carbono y una corriente l íquida rica en dióxido de carbono 38. La corriente líquida rica en dióxido de ca rbono es expandida dentro de la válvula de expansión 40 y después pasada ju nto con la corriente de vapor escasa en dióxido de carbono 36 en un intercambiador de calor auxiliar 32. La válvula de expansión 40 proporciona refrigeración para el licuado parcial de la corriente de la parte superior de dióxido de carbono 31 . La corriente de vapor escasa en dióxido de carbono 36 puede ser pasada en el intercambiador de calor principal 24 y se ventila en la atmósfera o es enviada para recu peración dependiendo del valor de los componentes que lo contiene. Por ejemplo, la corriente de vapor escasa en dióxido de carbono 36 puede ser rica en hid rógeno, monóxido de carbono y metano cuando la corriente de alimentación 1 0 es una corriente de gas de síntesis. Preferiblemente, una tal corriente es reg resada a la planta de hid rógeno de la cual la corriente de gas de síntesis ha sido generada para recuperación posterior o para el uso como combustible. Si la corriente de alimentación 1 0 fuera obtenida de un gas reciclado utilizado en recuperación de aceite mejorada , después la corriente de vapor escasa en dióxido de carbono 36 predominantemente contendría metano y pequeñas cantidades de hidrocarburos más pesados. Preferiblemente esta corriente es enviada para procesamiento posterior para recu perar metano e hid rocarburos más pesados. Si la corriente de alimentación 1 0 fuera obtenida de u n gas de combustión de oxicombustible después la corriente escasa en dióxido de carbono 36 se contend ría en el oxígeno principal , nitrógeno y argón y como tal, podrían simplemente ser ventilados en la atmósfera . La corriente l íquida rica en d ióxido de carbono 38 después de que haya pasado a través del intercambiador principal de calor 24 será vaporizada y como tal puede utilizarse pa ra regenerar el secador 20, por ejemplo, esta corriente puede ser calentada y después introducida en u n lecho de adsorción para propósitos de regeneración y después, re-introducida como corriente reciclada 42 en una etapa apropiada del compresor 1 2 para aumentar la recuperación de dióxido de carbono . U na corriente de prod ucto de dióxido de carbono 44 como un líq uido puede ser extraída de la col umna de separación 28 q ue es compuesta de partes inferiores de colu mna líquida rica en dióxido de carbono . La corriente de producto de dióxido de carbono puede después ser expandida en u na válvula de expansión 46 para generar refrigeración para el proceso y posteriormente, ser vaporizada dentro del intercambiador de calor pri ncipal 24 y comprimida en un compresor de prod ucto 48 para producir una corriente de dióxido de carbono comprimida 50 como producto de dióxido de carbono. El compresor de prod ucto 48 podría ser un compresor de múltiples etapas con enfriador entre etapas. Se debe de notar q ue, au nq ue no es ilustrado, el prod ucto de dióxido de carbono pud ría ser tomado como líquido desde la corriente de prod ucto de dióxido de carbono. Con referencia a la Fig u ra 2, u n aparato 1 A es ilustrado. En esta modalidad particular de la presente invención , la corriente de producto de dióxido de carbono 44 no es expandida en la misma presión y ventajosamente, en separación en corrientes subsidiarias 52 y 54 y al menos la corriente subsid iaria 52 es expandida a menor presión por el uso de la válvu la de expansión 56, opcionalmente ambas corrientes 52 y 54 son simultáneamente expandidas a presiones más bajas y más altas por el uso de las válvu las de expansión 56 y 58 , respectivamente teniendo orificios diferentes para estos propósitos. Ambas corrientes subsidiarias 52 y 54 son después vaporizadas en el intercambiador de calor principal 24. La corriente subsid iaria de presión más baja resultante 52 es introducida en una entrada del compresor de producto 48. La corriente subsidiaria de presión más alta 54 es introd ucida en una etapa intermedia del compresor de producto 48. Con referencia a la Fig ura 3, u n aparato 1 B es ilustrado. En esta modalidad de la presente invención , la corriente de la parte superior de la col umna 31 puede simplificarse pasándola en un intercambiador de calor principal 24. Como en modalidades separadas, esto recupera la refrigeración desde la corriente de la parte su perior de columna 30. La corriente de la parte superior de la columna 31 siendo delgada en ag ua se puede pasar a través del secador 20 y sea ventilado o posiblemente recuperado como en las modalidades previas. Con referencia a la Figu ra 4, u n aparato 1 C de acuerdo con la presente invención es ilustrado. En este tal aparato, la corriente de alimentación secada 22 después de que haya sido completamente enfriada y expandida por la válvula de expansión 30 se puede introd uci r en un separador por fase 60 para producir una corriente de fase de vapor 62 y una corriente en fase líq uida 64. la corriente de fase líq u ida 64 es introducida en la columna de separación 28 para producir el dióxido de carbono contenido en las partes inferiores de la columna y las corrientes de fase de vapor 62 se pueden combinar con la corriente de la parte superior de columna 31 y procesada dentro del intercambiador de calor auxiliar 32 como se describe en conexión con la modalidad de la invención descrita con relación a la Figu ra 1 . El separador por fase 60 se puede utilizar en cualquier modalidad de la presente invención . Otras variaciones también son posibles. Por ejemplo, la corriente 36 en el aparato 1 , 1 A y 1 C4 o la corriente 31 en el aparato 1 B se puede expandir o después de q ue es posteriormente calentada en el intercambiador de calor principal o después de que es calentada para recuperar energ ía de presión como fuerza eléctrica . Para minimizar la cantidad de humedad removida por el secador 20, la corriente de alimentación comprimida puede ser primeramente enfriada en el intercambiador de calor principal 24 hasta aproximadamente 50° F para condensar más ag ua y separar el agua en un separador por fase y después es alimentado al secador 20. La alimentación secada es alimentada al intercambiador de calor principal en u bicación apropiada y procesada como se describirá a continuación . Con referencia a la Figu ra 5 , una modalidad del secador 20 es ilustrada , que pod ría utilizarse en conexión con todas las modalidades anteriormente descritas. El secador 20 tiene dos lechos 1 00 y 1 04 que contiene un absorbente de alúmina. Cuando el lecho 1 00 está en l ínea de h umedad de absorción desde la corriente de alimentación 1 0, las válvulas 1 06 y 1 08 son abiertas. Las válvulas 1 1 0 y 1 12 son cerradas. En este tiempo, el lecho 204 está siendo regenerada, para esto propósitos, el lecho 104 es sujeta a despresurización, calentando para eliminar la humedad anteriormente absorbida, enfriar y después re-presurizar para traer el lecho 104 de regreso en línea y absorberla. Durante la despresurización, la válvula de paso 114 es alineada en posición abierta y la corriente líquida rica en dióxido de carbono vaporizada 38 se utiliza para la regeneración de lecho de paso 104 y fluye al compresor 12 después de que haya sido enfriada en agua 119. La válvula 116 es alineada en posición abierta permitiendo que el lecho 104 sea despresurizado. Después de que el lecho 104 es despresurizado, la válvula 114 se cierra y las válvulas 116, 117 y 118 abiertas permiten que la corriente líquida rica en dióxido de carbono 38 pase a través del calentador 120 para calentar la corriente líquida rica en dióxido de carbono 38 para pasar a través del calentador 120 para calentar la corriente líquida rica en dióxido de carbono 38 a una temperatura de entre 300°F hasta aproximadamente 600°C, pasa a través de el lecho 102 y se descarga al compresor 12 después de que haya pasado a través del enfriador 119. Esto causa que se elimine la humedad del absorbente en el lecho 102. El lecho 104 es después enfriado abriendo la válvula de paso del calentador y cerrando la válvula de regeneración 118. Después del enfriamiento, la válvula de paso del calentador 126 y las válvulas 116 y 117 son cerradas y la válvula de paso del secador 114 se abre. En este tiempo, la válvula 128 es entreabierta permitiendo que poco de la corriente de alimentación 10 entre al lecho 104 para propósitos de represurización . U na vez represu rizadas, las válvulas 106 y 108 son alineadas en posiciones cerradas y las válvulas 128 y 1 30 son alineadas en posición abierta permitiendo que el lecho 1 02 sea reg resado a la l ínea y el lecho 1 02 se regenere de la misma manera que el lecho 1 04 y con el uso de las válvulas 1 1 0 y 1 1 2. El proceso es continuo para permitir el flujo contin uo. E j em pl o 1 En el siguiente ejemplo, la corriente de alimentación 1 0 es un gas reciclado desde una facilidad de recuperación de aceite mejorada con el objetivo de remover metano e nitrógeno desde la corriente reciclada antes de re-inyectarla en el campo de aceite. La modalidad ilustrada en la Fig u ra 1 fue utilizada para los propósitos de este Ejemplo. El nivel de metano objetivo en este ejemplo es de 1 00 ppm en el d ióxido de carbono recuperado y la recuperación fue de aproximadamente 93.5 por ciento por volumen . Como resultado de la pu rificación , los componentes indeseables para la recuperación de aceite mejorada , tal como metano e nitrógeno fueron eliminados, mientras los hidrocarburos C(2)+ fueron ampliamehte retenidos en la corriente de dióxido de carbono reciclada . La presión de la corriente de dióxido de carbono comprimida 50 se puede establecer dependiendo del requerimiento de presión del tanque para reinyección de dióxido de carbono. La corriente escasa en dióxido de carbono 36 q ue contiene metano y otros h idrocarburos puede ser enviada para que posteriormente se procese para recuperar gas natu ral para venta . Los resultados tabulares para este ejemplo son mostrados en la Tabla 2. Tabla 1 En la Tabla 1, las propiedades físicas de la corriente de alimentación secada 22 son establecidas antes de que la corriente entra al intercambiador de calor 24. A este respecto, después de que haya sido parcialmente enfriado dentro del intercambiador de calor principal 24, la temperatura de la corriente de alimentación secada 22 es de aproximadamente -8°F; después del pasaje a través del recalentador 26, la temperatura de la corriente de alimentación secada 22 es de aproximadamente -9°F; después de que haya sido completamente enfriada dentro del intercambiador de calor principal 24, la temperatura de la corriente de alimentación secada es de aproximadamente -20° F; y después de que haya sido pasada a través de la válvula de expansión 30, la temperatu ra de la corriente de vapor escasa en dióxido de carbono 30 y la corriente de alimentación secada 22 es de aproximadamente -28° F y la corriente de alimentación secada 22 tiene una presión de aproximadamente 250 psia. Además, la etapa física de la corriente 44 es establecida después de su descarga desde el intercambiador de calor principal 24 y antes de ser comprimida . Asimismo, los estados físicos de la corriente escasos en dióxido de carbono 36 y la corriente l íquida rica en dióxido de carbono 38 se establecen después de q ue se descargó del extremo caliente del intercambiador de calor principal 24 y posteriormente la corriente l íquida rica en dióxido de ca rbono ha sido vaporizada . Ejem plo 2 En este ejemplo , el objetivo es remover el oxígeno, nitrógeno y argón desde la corriente de alimentación 1 0, la cual, en este caso es formada de gas de combustión de oxicombustible, para producir corriente de dióxido de carbono purificada para EOR y secuestración . Se prefiere red ucir la concentración de oxígeno a 1 0 ppm o menos y que se usó como la especificación para purificación . La modalidad mostrada en la Fig ura 2 fue utilizada y la recuperación de dióxido de carbono de aproximadamente 86.6 por ciento en una base de volumen fue obtenida. La corriente escasa en dióxido de carbono 36 puede ser calentada y después expandida para la recuperación de fuerza antes de ventilarla a la atmósfera . Los resultados tabulares son mostrados en la siguiente Tabla 2. Tabla 2 En la Tabla 2 , las propiedades físicas de la corriente de alimentación secada 22 son establecidas antes de que la corriente entre en el intercambiador de calor principal 24. A este respecto, después de que haya sido parcialmente enfriada dentro del intercambiador de calor principal 24, la temperatu ra de la corriente de alimentación secada 22 es de aproximadamente 35° F ; después del pasaje a través del recalentador 26, la temperatura de la corriente de alimentación secada 22 es de aproximadamente 24° F; después de que haya sido completamente enfriada dentro del intercambiador de calor principal 24, la temperatura de la corriente de alimentación secada 22 es de aproximadamente -25°F ; y después de haber pasado a través de la válvula de expansión 30, la temperatu ra de la corriente de vapor escasa en dióxido de carbono 30 y la corriente de alimentación secada 22 es de aproximadamente -38° F y la corriente de alimentación secada 22 tienen u na presión de aproximadamente 430 psia . Además, los estados físicós de corrientes subsidiarias 52 y 54 son establecidos después de su descarga desde el intercambiador de calor principal 24 y antes de ser comprimida. Asimismo, los estados físicos de la corriente escasa en d ióxido de carbono 36 y la corriente l íquida rica en dióxido de carbono 38 son establecidos después de que haya sido descargada desde el extremo caliente del intercambiador dé calor principal 24 y la corriente l íq uida rica en dióxido de carbono se ha evaporado. Aunque la invención ha sido descrita con relación a las modalidades preferidas , como ocurriría para los expertos en la técnica, varios cambios, adiciones y omisiones se pueden realizar sin partir del espíritu y alcance de la presente invención .

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para purificar una corriente de alimentación que contiene dióxido de carbono para obtener un producto de dióxido de carbono, el método comprende: secar una corriente de alimentación que tiene una presión superatmosférica, en parte con el uso de un secador; parcialmente enfriar la corriente de alimentación después de que ha sido secada en un intercambiador de calor principal; recalentar una columna de separación con la corriente de alimentación después de que haya sido parcialmente enfriada para posteriormente enfriar la corriente de alimentación e iniciar la formación de una fase de vapor ascendente dentro de la columna de separación; posteriormente enfriar la corriente de alimentación en el intercambiador de calor principal para al menos parcialmente licuar la corriente de alimentación; expandir la corriente de alimentación después de que haya sido al menos parcialmente licuada a una presión operacional de la columna de separación que es menos que de la corriente de alimentación, de esta manera disminuir la temperatura de ebullición en la cual la columna de separación hierve a un nivel que es debajo de la temperatura de la corriente de alimentación después de que haya sido parcialmente enfriada; introducir al menos parte de la corriente de alimentación en la columna de separación después de q ue haya sido expandida para iniciar una fase l íquida descendente; contactar el l íqu ido descendente con la fase de vapor ascendente dentro de la columna de separación para separar impurezas desde la fase líquida descendiente y de esta manera producir u na parte superior de columna delgada de dióxido de carbono y partes inferiores de columna, l íquidas, ricas en dióxido de carbono; utilizar una corriente de la parte superior de columna compuesta de parte superior de columna delgada de dióxido de carbono para recuperar la refrigeración en el intercambiador de calor principal ; expandir u na corriente de producto de dióxido de carbono compuesta de partes inferiores líquidas, ricas en dióxido de carbono al menos a u na presión para generar la refrigeración ; vaporizar la corriente de producto de dióxido de carbono en el intercambiador de calor principal ; y comprimir la corriente de prod ucto de dióxido de carbono en un compresor para obtener una corriente de dióxido de carbono comprimida como al menos parte del producto de dióxido de carbono.

2. El método de la reivindicación 1 , en donde: al menos parcialmente licuar una corriente delgada de dióxido de carbono compuesta de al menos en parte de la corriente de la parte superior de columna en u n intercambiador de calor auxiliar; expander la corriente líquida rica en dióxido de carbono; y introducir la corriente líquida rica en dióxido de carbono que haya sido expandida y la corriente delgada de dióxido de carbono en sucesión, en el intercambiador de calor auxiliar y el intercambiador de calor principal causó vaporización de la corriente líquida rica en 5 dióxido de carbono en una corriente de vapor de dióxido de carbono, de esta manera al menos parcialmente licuar la corriente delgada de dióxido de carbono en el intercambiador de calor auxiliar y recuperar la refrigeración de la corriente de la parte superior de la columna en el intercambiador de calor principal. 10.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el secador utiliza un absorbente para absorber la humedad dentro de la corriente de alimentación y la corriente de vapor de dióxido de carbono y la corriente delgada de dióxido de carbono es utilizada al menos parte para regenerar el secador. 15

4. El método de acuerdo con la reivindicación 3, en donde la corriente de vapor de dióxido de carbono es utilizada para regenerar el secador y después es reciclada a un compresor de alimentación utilizado en la compresión de la corriente de alimentación.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 2, en donde: 20 la corriente de alimentación después de que haya sido parcialmente licuada en el intercambiador de calor principal es introducida en un separador por fase para producir una corriente en fase de vapor y una corriente líquida; la corriente en fase líquida es introducida en la columna de 25 separación para al menos introducir en parte la corriente de alimentación después de q ue haya sido parcialmente licuado en el intercambiador de calor principal en la columna de separación ; y la corriente en fase de vapor es combinada con la corriente de parte superior de la columna para formar corriente en vapor delgada en dióxido de carbono.

6. El método de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde: la corriente de alimentación después de que haya sido al menos parcialmente licuada en el intercambiador de calor principal es introducida en otro separador por fase para prod ucir una corriente en fase de vapor y una corriente en fase l íq uida ; la corriente en fase líq uida es introd ucida en la columna de separación para al menos introducir en parte la corriente de alimentación después de que haya sido al menos parcialmente licuada en el intercambiador de calor principal en la columna de separación ; la primera corriente de producto de dióxido de carbono subsidiaria es introducida en una etapa con presión más alta de un compresor utilizado en la formación de producto de dióxido de carbono; y la seg u nda corriente de producto de dióxido de carbono subsidiaria es introducida en la entrada del compresor. 8. El método de la reivindicación 2, en donde: la corriente de prod ucto de dióxido de carbono es dividida en la primera y segu nda corrientes de producto de dióxido de carbono; la primera y seg u nda corriente subsidiaria son expandidas a presiones más altas y más bajas , respectivamente; la primera corriente de producto de dióxido de carbono subsidia rio es introd ucida en la etapa de presión más alta de un compresor utilizado para formar un producto de dióxido de carbono comprimido ; y la segu nda corriente de dióxido de carbono subsidiaria es introducida en una entrada del compresor. 9. El método de acuerdo con la reivindicación 5 en donde : la corriente de prod ucto de dióxido de carbono es dividida en la primera y segu nda corriente de prod ucto de dióxido de carbono; la primera y segu nda corrientes de producto de dióxido de carbono subsidiarias son expandidas a presiones más altas o más bajas, respectivamente; la primera corriente de producto de dióxido de carbono subsidiario es introducida en una etapa de presión más alta de u n compresor utilizado para formar un producto de dióxido de carbono comprimido; y la seg unda corriente de prod ucto de dióxido de producto subsid iario es introducida en una entrada del compresor. 1 0. El método de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde la corriente de la parte superior de columna de dióxido de carbono es introducida en al menos un intercambiador de calor principal para recuperar la refrigeración y es después utilizada para regenerar el secador. 1 1 . El método de acuerdo con la reivindicación 1 0, en donde: la corriente de prod ucto de dióxido de carbono es dividida en la primera y segunda corriente de prod ucto de dióxido de carbono subsidiarias; la primera y la seg unda corriente de prod ucto de dióxido de carbono subsidiario son expandidas a presiones más altas y más bajas respectivamente: la primera corriente de producto de dióxido de carbono subsidiario es introducida en la etapa de presión más alta de un compresor utilizado para formar el prod ucto de dióxido de carbono comprimido; y la seg unda corriente de producto de dióxido de carbono es introducida en una entrada del compresor. 1 2. El método de acuerdo con la reivindicación 1 , en donde parte de la corriente de la parte inferior de la columna líq uida , rica en dióxido de carbono es también tomada como producto de dióxido de carbono líquido . RES U M E N Método para purificar una corriente de alimentación que contiene dióxido de carbono (1 0) en donde la corriente de alimentación después de que haya sido comprimida y secada es parcialmente enfriada y después utilizada para recalentar una columna de separación (28) . Posteriormente, la corriente de alimentación es después enfriada y expandida a una temperatu ra operacional más baja de la columna de montaje. Una corriente de prod ucto de dióxido de carbono (38) compuesta de partes inferiores de la columna l íquidas de la columna de separación es expandida a una o más presiones para general refrigeración , después es totalmente vaporizado dentro del i ntercambiador de calor principal (24) y comprimida por el compresor (58) para producir un producto de d ióxido de carbono comprimido (50) . La refrigeración es recuperada en el intercambiador de calor principal (24) desde una corriente superior de columna (31 ) extra ída de la columna de separación (28) dentro del intercambiador de calor principal (24) sea directamente o indirectamente por procesos auxiliares en los cuales el d ióxido de carbono es posteriormente separado y opcionalmente reciclado en el compresor principal ( 1 2) utilizado en la compresión de la corriente de alimentación ( 1 0) .