专利名称：结合尿素生产系统的超临界二氧化碳染色工艺流程的制作方法
技术领域：
本发明涉及化工与染色的设备与工艺，特别涉及结合尿素生产系统的超临界二氧
化碳染色工艺流程。
二背景技术：
现行超临界二氧化碳染色都是一种独立运行的整体工艺过程。这种工艺过程通常 由超临界二氧化碳生成单元、染料溶解和纤维或织物染色单元、染后纤维或织物清洗单元、 二氧化碳分离回收单元组成。对于连续染色工艺过程，染色器分为染色段和清洗段，染色 器内纤维或织物能自动完成自染色段向清洗段的移动，染色单元和清洗单元为各自独立和 连续运行的单元。对于断续染色工艺过程，染色器不分染色和清洗两段，染色器内纤维或织 物相对固定不动，只能通过切换染色回路和清洗回路来断续完成染色单元和清洗单元的操 作。 超临界流体染色和其清洗连续化与断续化的区别源自于染色器的结构类型。现 已提出来的超临界二氧化碳染色器结构从本质上说有两大类经轴类和巻染类。对于 经轴类是在染色器腔体内放置一个或数个多孔管，绕成筒巻的纱线或织物套置在多孔 管上，通过变换超临界二氧化碳染液流向，完成染液自多孔管经纱线或织物筒巻流出或 自纱线或织物筒巻经多孔管流出两种不同方向的流动，以提高染色的均匀性。中国专利 ZL200510136782. 2 "超临界二氧化碳染色装置中的染色釜"、ZL200610123053. 8 "—种超 临界二氧化碳染色装置中的染色釜"、ZL200610123055. 7 "超临界二氧化碳染色连续化生 产装置及连续化染色方法"、ZL200710027113. 0 "—种集成式染料染色釜"和"DE4206954 Textile finishing process wheredispersion dyes are applied to reels of in short period using autoclaves with pumps to circulatecarbon dioxide instead of water"等都属于这一类染色器。对于巻染类则是在染色器腔体内安装一对及以上布 辊，布辊在腔外电机的同步驱动下，完成纱线或织物正反两个方向的缠绕，纱线和织物在缠 绕的同时，在腔内超临界二氧化碳染液的作用下完成染色，如"ZL200710156656.2超临界 染色罐"；或者纱线和织物在缠绕的同时，反复绕过超临界流体染液分布器并完成染色，如 "ZL200710016125. 3超临界流体染布器"便属于这一类。所有这些染色器中均不分染色段 和清洗段，它们只能通过设置两个及以上染色器，经染色、清洗、装卸纱线或织物的轮换操 作，达到超临界流体断续染色的目的。在用这类染色器结构的染色装置尽管也称其为连续 染色，但其实质是断续染色。这些染色器我们统称为"通用染色器"。 中国国家知识产权局2007年11月28日公开的公开号为CN10107815的超临界流 体连续染纱器"是一种真正意义上可实现超临界流体连续染色的染色器。它具有一个厚壁 长管状染色器筒体，长管筒体分为染色和清洗两段，沿轴向分别周期性地设有超临界流体 染液进出通道和超临界流体清洗液进出通道，充满整个厚壁长管状染色器筒体的所谓"纱 仓"小经轴染色器，在轴向推力作用下，定步长定周期地沿染色器筒体一端向另一端移动， 移动的同时不断变换超临界流体在多孔管筒和筒纱间的流动方向，从而达到均匀连续染纱和清洗的目的。该染色器我们称为"连续染色器"。 当前采用超临界流体染色工艺过程必须单独建厂，所需的各种设备需要专门购 置，运行中的二氧化碳气体也需要单独购买，固定资产一次性投资大，运行、维护和管理成 本都非常高，大大阻碍了超临界二氧化碳染色技术的工业化推广应用。尤其这类工艺过程 往往由于设备规模小、制造技术不成熟，更加制约了超临界二氧化碳染色技术的开发应用。
超临界二氧化碳染色天然纤维和合成纤维时，所需压力大多在20MPa左右。水 溶液全循环尿素生产流程中，二氧化碳气体的排出压力20MPa左右，可以满足大部分超临 界二氧化碳染色工艺的条件；而二氧化碳汽提尿素生产流程中，二氧化碳气体的排出压力 15MPa左右，可以满足少部分超临界二氧化碳染色的条件。 申请号为200910016647. 2的发明专利申请"结合尿素生产系统的超临界二氧化 碳萃取工艺流程"中提出"结合尿素生产系统中原有或新增二氧化碳压縮机，组合超临界二 氧化碳萃取的超临界流体源压縮机组单独利用尿素生产系统中的运行二氧化碳压縮机， 或者单独利用备用二氧化碳压縮机，或者单独利用新增二氧化碳压縮机；或者选择利用这
三者的不同组合之一(l)系统中运行二氧化碳压縮机和备用二氧化碳压縮机的组合，(2) 系统中运行二氧化碳压縮机和新增二氧化碳压縮机的组合，(3)系统中备用二氧化碳压縮 机和新增二氧化碳压縮机的组合，(4)系统中运行二氧化碳压縮机、备用二氧化碳压縮机和 新增二氧化碳压縮机的组合；利用选用的压縮机组压縮尿素生产系统过剩二氧化碳，作为 超临界二氧化碳萃取的超临界流体源，输入到超临界二氧化碳萃取系统构成最高萃取压力
不超过尿素生产系统压力的超临界二氧化碳萃取工艺流程，尿素生产系统压力按生产方法 不同，在12 27MPa范围内变化；或者对前者已压縮的尿素生产系统过剩二氧化碳，通过增 加二氧化碳增压压縮机提高压力，作为超临界二氧化碳萃取的超临界流体源，输入到超临 界二氧化碳萃取系统构成最高萃取压力超过尿素生产系统压力的超临界二氧化碳萃取工 艺流程"，为结合尿素生产系统，实现超临界二氧化碳染色工艺流程提供了借鉴。
发明内容
本发明的目的是在申请号为200910016647.2的发明专利申请"结合尿素生产系
统的超临界二氧化碳萃取工艺流程"的基础上，扩大利用尿素生产系统的过剩二氧化碳资
源、富余生产能力和人力资源的推广应用面，按照超临界二氧化碳染色工艺条件，解决尿素
生产系统所能提供的过剩超临界二氧化碳流体与超临界二氧化碳染色系统工艺流程的匹
配问题，提供一种结合尿素生产系统的超临界二氧化碳染色工艺流程。 本发明的基本构思是在申请号为200910016647. 2的"结合尿素生产系统的超临
界二氧化碳萃取工艺流程"发明专利申请所提供的技术方案的基础上，按照超临界二氧化
碳染色工艺流程的要求进行再创造，构思"结合尿素生产系统的超临界二氧化碳染色工艺
流程"。 结合尿素生产系统中原有或新增二氧化碳压縮机，组合超临界二氧化碳染色的超 临界流体源压縮机组单独利用尿素生产系统中的运行二氧化碳压縮机，或者单独利用备 用二氧化碳压縮机，或者单独利用新增二氧化碳压縮机；或者选择利用这三者的不同组合 之一 (l)系统中运行二氧化碳压縮机和备用二氧化碳压縮机的组合，(2)系统中运行二氧 化碳压縮机和新增二氧化碳压縮机的组合，(3)系统中备用二氧化碳压縮机和新增二氧化碳压縮机的组合，(4)系统中运行二氧化碳压縮机、备用二氧化碳压縮机和新增二氧化碳 压縮机的组合；利用选用的压縮机组压縮尿素生产系统过剩二氧化碳，作为超临界二氧化 碳染色的超临界流体源，输入到超临界二氧化碳染色系统构成最高染色压力不超过尿素生 产系统压力的超临界二氧化碳染色工艺流程，尿素生产系统压力按生产方法不同，在12 27MPa范围内变化；或者对前者已压縮的尿素生产系统过剩二氧化碳，通过增加二氧化碳 增压压縮机提高压力，作为超临界二氧化碳染色的超临界流体源，输入到超临界二氧化碳 染色系统构成最高染色压力超过尿素生产系统压力的超临界二氧化碳染色工艺流程。
最高染色压力不超过尿素生产系统压力的超临界二氧化碳染色工艺流程是将选 用的任一种组合形式的二氧化碳压縮机组压縮的过剩二氧化碳，分为两路，一路经染色缓 冲罐和染色加热器使之达到超临界二氧化碳染色所需温度条件，充入连续或断续染色循环 回路，当循环回路中压力达到超临界二氧化碳染色所需的不超过尿素生产系统压力的压力 条件后，该路只需通过调节阀调节补充循环回路染色过程中的消耗，染色结束后再经染色 分离器减压分离后排空；另一路经清洗缓冲罐和清洗加热器使之达到超临界二氧化碳清洗 所需的温度和压力条件，连续进入清洗循环回路连续或断续清洗，进行过清洗的超临界二 氧化碳再经清洗分离器减压分离后0 100%排空及100% 0返回备用二氧化碳压縮机 或者新增二氧化碳压縮机循环压縮使用。 最高染色压力超过尿素生产系统压力的超临界二氧化碳染色工艺流程是将选用 的任一种组合形式的二氧化碳压縮机组压縮的过剩二氧化碳，分为两路， 一路经染色缓冲 罐和染色加热器，再经增压压縮机进一步提高二氧化碳压力，经高压染色缓冲罐送至高压 染色换热器换热达到超临界流体染色所需温度条件，充入连续或断续染色循环回路，当循 环回路中压力达到超临界二氧化碳染色所需的超过尿素生产系统压力的压力条件后，该路 只需通过调节阀调节补充循环回路染色过程中的消耗，染色结束后再经染色分离器减压分 离后排空；另一路经清洗缓冲罐和清洗加热器使之达到超临界二氧化碳清洗所需的温度和 压力条件，连续进入清洗循环回路连续或断续清洗，进行过清洗的超临界二氧化碳再经清 洗分离器减压分离后0 100%排空及100% 0返回备用二氧化碳压縮机或者新增二氧 化碳压縮机循环压縮使用。 当清洗压力高于尿素生产系统压力时，在清洗加热器后增设增压压縮机、高压清
洗缓冲罐和高压清洗换热器，形成清洗所需超过尿素生产系统压力的条件。 该发明工艺流程中的超临界二氧化碳染色器类型可以是各种经轴类和巻染类染
色器的通用染色器，形成断续染色流程，也可以是如ZL200710015992.5所述的连续染色器。 该发明工艺流程根据需要，可以增加溶剂泵，把染色助剂加入染色循环回路以改 变超临界二氧化碳的极性。 本发明解决了染色和清洗双回路对超临界二氧化碳流体源的工艺要求与尿素生 产系统所能提供过剩超临界二氧化碳流体源之间的匹配问题，充分利用和挖掘了尿素生产 企业的过剩二氧化碳资源、富余生产能力和大量人力资源，添加少量设备构成了完善的二 氧化碳染色工艺流程；进一步提高了尿素生产企业的生产效率，减少了超临界二氧化碳染 色生产的一次性设备投资；降低了超临界二氧化碳染色生产的运行、维护和管理成本，实现 了节能、减排、降耗的目的。
5四
图1为染色压力不超过尿素生产系统压力的通用染色器染色工艺流程示意 图2为染色压力不超过尿素生产系统压力的连续染色器染色工艺流程示意 图3为染色压力超过尿素生产系统压力的通用染色器染色工艺流程示意 图4为染色压力超过尿素生产系统压力的连续染色器染色工艺流程示意图。
附图标记 1、系统二氧化碳储罐 2-l、运行压縮机进气阀 2-2、备用压縮机进气阀 2-3、新增压縮机进气阀 3-l、运行压縮机系统用气分气阀 3-2、备用压縮机系统用气分气阀4-l、系统运行压縮机4-2、系统备用压縮机4-3、新增压縮机 4-4、增压压縮机
5- 1 、运行压縮机染色分气阀5-2 、备用压縮机染色分气阀5-3 、新增压縮机染色分气阀
6- 1 、运行压縮机清洗分气阀6-2 、备用压縮机清洗分气阀6-3 、新增压縮机清洗分气阀
7- l、染色缓冲罐 7-2、清洗缓冲罐 7-3、高压染色缓冲罐 8-l、染色加热器 8-2 、清洗加热器 9-l、染色调节阀 9-2、清洗入口调节阀 9-3、清洗出口调节阀 9-4、清洗回路排空调节阀 9-5、清洗回路循环气调节阀10-1、通用染色器一染色通断阀10-2、通用染色器二染色通断阀10-3、通用染色器三染色通断阀 11-1、通用染色器一清洗通断阀11-2、通用染色器二清洗通断阀 11-3、通用染色器三清洗通断阀 12a-l、通用染色器一12a-2、通用染色器二 12a-3、通用染色器三12b、连续染色器13_1、通用染色器一泄压通断阀13-2、通用染色器二泄压通断阀13-3、通用染色器三泄压通断阀14-1、染料溶解器接通阀14-2、染料溶解器切断阀15、染料溶解器 16-1、染色回路换热器 16-2、清洗回路换热器 16-3、高压染色换热器 17、染色循环压縮机 18-1、泄压排污阀18-2、清洗排污阀19-1、泄压染料分离器 19-2、清洗染料分离器 20、泄压回路排空阀21、过滤器22、循环二氧化碳储罐23-1、备用压縮机循环回气阀23-2、新增压縮机循环回气阀24、高低压切断阀。
五具体实施例方式
结合附图，详细叙述本发明的具体实施过程，如图1、图2、图3、图4所示。
最高染色压力不超过尿素生产系统压力的超临界二氧化碳染色工艺流程概述如图1和图2所示，来自系统二氧化碳储罐1中的二氧化碳，经过运行压縮机进气阀2-l、备用压縮机进气阀2-2和新增压縮机进气阀2-3调节，分别进入系统运行压縮机4-l、系统备用压縮机4-2和新增压縮机4-3压縮，压力达到系统压力，其中系统运行压縮机4-1压縮的二氧化碳经系统用气分气阀3-1及运行压縮机染色分气阀5-1分流，前者进入尿素合成系统，后者直接引出富余排量，其余系统备用压縮机4-2和新增压縮机4-3压縮的二氧化碳分别通过备用压縮机染色分气阀5-2和新增压縮机染色分气阀5-3， 一路进入染色缓冲罐7-1后，经染色加热器8-1和染色调节阀9-1调节温度和压力，使之达到染色所需条件，进入染色回路，当染色回路中二氧化碳达到染色的温度和压力要求后，该路只需补充染色回路染色过程中的消耗；另一路进入清洗缓冲罐7-2，经清洗加热器8-2和清洗入口调节阀9-2调节温度和压力，使之达到清洗所需条件，进入清洗回路。 染色回路依次由通用染色器一 12a-l、通用染色器二 12a-2和通用染色器三12a_3或者连续染色器12b的染色段、染色循环压縮机17、染色回路换热器16-1、染料溶解器15和若干切换阀构成，超临界二氧化碳染液在染色循环压縮机17的推动下在回路中循环，经过上染纤维和织物后变稀的超临界二氧化碳染液在染料溶解器15中不断得到补充。对于采通用染色器的染色回路，依次通断通用染色器三染色通断阀10-3、通用染色器一染色通断阀10-1和通用染色器二染色通断阀10-2，使通用染色器三12a-3、通用染色器一 12a-l和通用染色器二12a-2依次处于染色过程，形成染色的断续操作。对于采用连续染色器12b的染色回路，超临界二氧化碳染液在染色回路中连续循环，依靠连续染色器自身的结构特点，形成染色的连续操作。 清洗回路依次由清洗缓冲罐7-2、清洗加热器8-2、清洗入口调节阀9_2、通用染色器一 12a-l、通用染色器二 12a-2和通用染色器三12a_3或者连续染色器12b的清洗段、清洗回路换热器16-2、清洗出口调节阀9-3、清洗染料分离器19-2、清洗回路排空调节阀9-4、清洗回路循环气调节阀9-5、过滤器21、循环二氧化碳储罐22和备用压縮机循环回气阀23-1或新增压縮机循环回气阀23-2构成。对于采通用染色器的清洗回路，依次通断通用染色器二清洗通断阀11-2、通用染色器三清洗通断阀11-3和通用染色器一清洗通断阀11-1，使通用染色器二 12a-2、通用染色器三12a-3和通用染色器一 12a_l依次处于清洗过程，形成清洗的断续操作。对于采用连续染色器12b的清洗回路，超临界二氧化碳染液在清洗回路中连续循环或排空，依靠连续染色器自身的结构特点，形成清洗的连续操作。
对于采用通用染色器的染色过程，通过依次通断通用染色器一泄压通断阀13-1、通用染色器二泄压通断阀13-2和通用染色器三泄压通断阀13-3，以及泄压染料分离器19-1和泄压回路排空阀20分离剩余染料并排空二氧化碳，使通用染色器一 12a-l、通用染色器二 12a_2和通用染色器三12a_3依次泄压，打开端盖，完成染毕和未染纤维或织物的装卸操作。对于采用连续染色器12b的染色过程，依靠连续染色器自身的结构特点，完成未染和染毕纤维或织物的连续自动装卸操作。 通用染色器染色过程中的染色、清洗和装卸操作，按通用染色器三12a-3、通用染色器二 12a-2和通用染色器一 12a-l依次延后一台顺序完成。 根据尿素生产系统过剩二氧化碳量的富余程度，调节清洗回路排空调节阀9-4和清洗回路循环气调节阀9-5的开启比例。当尿素生产系统过剩二氧化碳量的富余量超过清洗二氧化碳用量时，可完全开启9-4而关闭9-5 ;当尿素生产系统过剩二氧化碳量的富余量不足清洗二氧化碳用量时，要适度关闭9-4，使其开启度在100% 0%范围内；而适度开启9_5，使其开启度在0% 100%范围内。 当需要更换染料颜色或类型时，等到全部完成前次染色和清洗过程后，首先打开染料溶解器切断阀14-2，关闭染料溶解器接通阀14-1和染色调节阀9-1，对通用染色器，还需关闭通用染色器一清洗通断阀11-1、通用染色器二清洗通断阀11-2和通用染色器三清洗通断阀11-3，以及打开通用染色器一泄压通断阀13-1、通用染色器二泄压通断阀13-2和通用染色器三泄压通断阀13-3 ;然后对通用染色器和连续染色器，均打开泄压回路排空阀20，经泄压染料分离器19-1分离剩余染料并排空二氧化碳；最后打开染料溶解器15，加以清洗和更换染料，以及清洗染色器和管阀等。 最高染色压力超过尿素生产系统压力的超临界二氧化碳染色工艺流程概述如图3和图4所示，本工艺流程的基础部分与图1和图2所示工艺流程相同，不同之处在于，为
7获得大于尿素生产系统压力的染色所需超临界二氧化碳，本工艺流程增加了增压部分。为加快系统开车时的升压速度，在染色加热器8-1和染色调节阀9-1之间装有高低压切断阀24;当高压切断阀24打开时，压力为尿素生产系统压力的二氧化碳，经染色加热器8-1直接到染色调节阀9-l，用于染色系统开车前二氧化碳的充入；当高压切断阀关闭时，压力接近尿素生产系统压力的二氧化碳，经增压压縮机4-4增压后，进入高压染色缓冲罐7-3和高压染色换热器16-3后，输到染色调节阀9-1，从而使高于尿素生产系统压力且满足染色压力需要的超临界二氧化碳充入或补充染色回路。对于个别染料其清洗压力高于尿素生产系统压力的情况，也可以仿照染色回路，在清洗加热器9-2后增设增压压縮机、高压清洗缓冲罐和高压清洗换热器，形成清洗所需超过尿素生产系统压力的条件。 实施例一、根据超临界二氧化碳染色的工艺条件，通过尿素生产中系统运行二氧
化碳压縮机、备用二氧化碳压縮机和新增二氧化碳压縮机的不同组合运用，构成染色/清
洗压力不超过尿素生产系统压力的超临界二氧化碳染色工艺流程实施方式 如某尿素生产系统中二氧化碳总量为594NmVmin，尿素生产用气475NmVmin，
过剩二氧化碳为119NmVmin，系统使用4M32-125/210型二氧化碳压縮机，其排气压力为
21MPa，单台额定二氧化碳排气量为125NmVmin，四开二备，系统运行压縮机二氧化碳富余
排量总和为25NmVmin。 (1)单独利用尿素生产中的系统运行二氧化碳压縮机，构成的超临界二氧化碳染色工艺流程实施过程； 如图1、图2所示，利用系统运行二氧化碳压縮机4-1的二氧化碳富余排量25Nm3/min。若每清洗lkg染后纱或织物需要二氧化碳流量为20NmVmin、清洗时间为30min，则可带动纱或织物容量为1. 25kg的通用染色器，或者纱或织物产出量为2. 5kg/hr连续染色器超临界二氧化碳染纱装置一套。 按照这一染色流程要求，首先，不设或停开新增压縮机4-3，不设或关闭新增压縮机进气阀2-3、新增压縮机染色分气阀5-3、新增压縮机清洗分气阀6-3和新增压縮机循环回气阀23-2 ;停开系统备用压縮机4-2，关闭备用压縮机进气阀2-2、备用压縮机染色分气阀5-2、备用压縮机清洗分气阀6-2和备用压縮机循环回气阀23-1。然后，开启运行压縮机染色分气阀5-1，经染色缓冲罐7-1和染色加热器8-l，将染色阶段通用染纱器或连续染色器染色段所处的染色回路中充满超临界流体染色所需温度和压力条件的二氧化碳，之后仅补充染色过程中染色回路中二氧化碳的消耗。最后，开启运行压縮机清洗分气阀6-l，经清洗缓冲罐7-2和清洗加热器8-2，连续不断地向清洗阶段通用染纱器或连续染色器清洗段所处的清洗回路中提供超临界流体清洗所需温度和压力条件的二氧化碳；另外因仅利用系统运行压縮机4-l的富余排量，且在系统运行压縮机4-l的饱和产能之内，故不需要设置循环气路，即无需清洗回路循环气调节阀9-5、过滤器21和循环二氧化碳储罐22，或者关闭清洗回路循环气调节阀9-5，用后二氧化碳100%排空。 (2)单独利用尿素生产中的新增二氧化碳压縮机，构成的超临界二氧化碳萃取工艺流程实施过程 如图1、图2所示，利用新增二氧化碳压縮机4-3压縮过剩二氧化碳，型号也为4M32-125/210，额定二氧化碳排气量为125NmVmin，控制实际排量为119NmVmin。若每清洗lkg染后纱或织物需要二氧化碳流量为20NmVmin、清洗时间为30min，则可带动纱或织物容量为5. 95kg的通用染色器，或者纱或织物产出量为11. 9kg/hr连续染色器超临界二氧化碳 染纱装置一套。 按照这一染色流程要求，首先，关闭运行压縮机染色分气阀5-1和运行压縮机清 洗分气阀6-l ;停开系统备用压縮机4-2，关闭备用压縮机进气阀2-2、备用压縮机染色分气 阀5-2、备用压縮机清洗分气阀6-2和备用压縮机循环回气阀23-1。然后，启用新增压縮机 4-3，开启新增压縮机进气阀2-3和新增压縮机染色分气阀5-3，经染色缓冲罐7-1和染色 加热器8-l，将染色阶段通用染纱器或连续染色器染色段所处的染色回路中充满超临界流 体染色所需温度和压力条件的二氧化碳，之后仅补充染色过程中染色回路中二氧化碳的消 耗。最后，开启新增压縮机清洗分气阀6-3，经清洗缓冲罐7-2和清洗加热器8-2，连续不断 地向清洗阶段通用染纱器或连续染色器清洗段所处的清洗回路中提供超临界流体清洗所 需温度和压力条件的二氧化碳；另外，因所利用的二氧化碳量小于系统过剩二氧化碳，不需 设置循环气路，即无需清洗回路循环气调节阀9-5、过滤器21和循环二氧化碳储罐22，或者 关闭清洗回路循环气调节阀9-5，用后二氧化碳100%排空。 (3)单独利用尿素生产中的系统备用二氧化碳压縮机，构成的超临界二氧化碳染 色工艺流程实施过程 如图1 、图2所示，利用系统备用压縮机4-2压縮过剩二氧化碳，额定二氧化碳排气 量为125NmVmin，控制实际排量为119NmVmin。若每清洗lkg染后纱或织物需要二氧化碳 流量为20NmVmin、清洗时间为30min，则可带动纱或织物容量为5. 95kg的通用染色器，加 工纱或织物产出量为11. 9kg/hr连续染色器超临界二氧化碳染纱装置一套。
按照这一染色流程要求，首先，关闭运行压縮机染色分气阀5-1和运行压縮机清 洗分气阀6-1 ;不设或停开新增压縮机4-3，不设或关闭新增压縮机进气阀2-3、新增压縮机 染色分气阀5-3、新增压縮机清洗分气阀6-3和新增压縮机循环回气阀23-2。然后，启用系 统备用压縮机4-2，开启备用压縮机进气阀2-2和备用压縮机染色分气阀5-2，经染色缓冲 罐7-l和染色加热器8-l，将染色阶段通用染纱器或连续染色器染色段所处的染色回路中 充满超临界流体染色所需温度和压力条件的二氧化碳，之后仅补充染色过程中染色回路中 二氧化碳的消耗。最后，开启备用压縮机清洗分气阀6-2，经清洗缓冲罐7-2和清洗加热器 8-2，连续不断地向清洗阶段通用染纱器或连续染色器清洗段所处的清洗回路中提供超临 界流体清洗所需温度和压力条件的二氧化碳；另外，因所利用的二氧化碳量小于系统过剩 二氧化碳，不需设置循环气路，即无需清洗回路循环气调节阀9-5、过滤器21和循环二氧化 碳储罐22，或者关闭清洗回路循环气调节阀9-5，用后二氧化碳100%排空。该方案适合具 有两台及两台以上的系统备用压縮机4-2的情况下采用。 (4)组合利用尿素生产中的系统运行二氧化碳压縮机和新增二氧化碳压縮机，构 成的超临界二氧化碳萃取工艺流程实施过程 如图1、图2所示，组合利用系统运行压縮机4-l的二氧化碳富余排量和新增压 縮机4-3压縮过剩二氧化碳，新增压縮机型号也为4M32-125/210，额定二氧化碳排气量为 125NmVmin，两者可用总排量为150NmVmin。若每清洗lkg染后纱或织物需要二氧化碳流 量为20NmVmin、清洗时间为30min，则可带动纱或织物容量为7. 5kg的通用染色器，加工纱 或织物产出量为15kg/hr连续染色器超临界二氧化碳染纱装置一套。 按照这一染色流程要求，首先，停开系统备用压縮机4-2，关闭备用压縮机进气阀2-2、备用压縮机染色分气阀5-2、备用压縮机清洗分气阀6-2和备用压縮机循环回气阀 23-1 。然后，开启运行压縮机染色分气阀5-1 ，并启用新增压縮机4-3 ，开启新增压縮机进气 阀2-3和新增压縮机染色分气阀5-3，经染色缓冲罐7-1和染色加热器8-l，将染色阶段通
用染纱器或连续染色器染色段所处的染色回路中充满超临界流体染色所需温度和压力条
件的二氧化碳，之后仅补充染色过程中染色回路中二氧化碳的消耗。最后，开启运行压縮机
清洗分气阀6-1和新增压縮机清洗分气阀6-3，经清洗缓冲罐7-2和清洗加热器8-2，连续
不断地向清洗阶段通用染纱器或连续染色器清洗段所处的清洗回路中提供超临界流体清
洗所需温度和压力条件的二氧化碳；另外，因所利用的二氧化碳量大于系统过剩二氧化碳，
需设置循环气路，即开启清洗回路循环气调节阀9-5和新增压縮机循环回气阀23-2，用后
二氧化碳21%经清洗回路循环气调节阀9-5、过滤器21、循环二氧化碳储罐22、新增压縮机
循环回气阀23-2和新增压縮机4-3循环使用，用后二氧化碳79%排空。 (5)组合利用尿素生产中的系统运行二氧化碳压縮机和系统备用二氧化碳压縮
机，构成的超临界二氧化碳染色工艺流程实施过程 如图1、图2所示，利用系统运行压縮机4-1的二氧化碳富余排量和系统备用压縮 机4-2压縮过剩二氧化碳，两者可用总排量为150NmVmin。若每清洗lkg染后纱或织物需 要二氧化碳流量为20Nm3/min、清洗时间为30min，则可带动纱或织物容量为7. 5kg的通用 染色器，加工纱或织物产出量为15kg/hr连续染色器超临界二氧化碳染纱装置一套。
按照这一染色流程要求，首先，不设或停开新增压縮机4-3，不设或关闭新增压縮 机进气阀2-3、新增压縮机染色分气阀5-3、新增压縮机清洗分气阀6-3和新增压縮机循环 回气阀23-2。然后，开启运行压縮机染色分气阀5-1，并启用系统备用压縮机4-2，开启备 用压縮机进气阀2-2和备用压縮机染色分气阀5-2，经染色缓冲罐7-1和染色加热器8-1， 将染色阶段通用染纱器或连续染色器染色段所处的染色回路中充满超临界流体染色所需 温度和压力条件的二氧化碳，之后仅补充染色过程中染色回路中二氧化碳的消耗。最后，开 启运行压縮机清洗分气阀6-1和备用压縮机清洗分气阀6-2，经清洗缓冲罐7-2和清洗加 热器8-2，连续不断地向清洗阶段通用染纱器或连续染色器清洗段所处的清洗回路中提供 超临界流体清洗所需温度和压力条件的二氧化碳；另外，因所利用的二氧化碳量大于系统 过剩二氧化碳，需设置循环气路，即开启清洗回路循环气调节阀9-5和备用压縮机循环回 气阀23-1，用后二氧化碳21%经清洗回路循环气调节阀9-5、过滤器21、循环二氧化碳储罐 22、备用压縮机循环回气阀23-1和系统备用压縮机4-2循环使用，另外79%的用后二氧化 碳排空。该方案适合具有两台及两台以上的系统备用二氧化碳压縮机的情况下采用。
(6)组合利用尿素生产中的系统备用二氧化碳压縮机和新增二氧化碳压縮机，构 成的超临界二氧化碳染色工艺流程实施过程； 如图1、图2所示，利用系统备用二氧化碳压縮机4-2和新增二氧化碳压縮机4-3 压縮过剩二氧化碳，新增二氧化碳压縮机型号也为4M32-125/210，额定二氧化碳排气量为 125NmVmin，两者总排量为250NmVmin。若每清洗lkg染后纱或织物需要二氧化碳流量为 20NmVmin、清洗时间为30min，则可带动纱或织物容量为12. 5kg的通用染色器，加工纱或织 物产出量为25kg/hr连续染色器超临界二氧化碳染纱装置一套。 按照这一染色流程要求，首先，关闭运行压縮机染色分气阀5-1和运行压縮机清 洗分气阀6-l。然后，启用系统备用压縮机4-2，开启备用压縮机进气阀2-2和备用压縮机染色分气阀5-2 ;启用新增压縮机4-3，开启新增压縮机进气阀2-3和新增压縮机染色分气 阀5-3，经染色缓冲罐7-l和染色加热器8-l，将染色阶段通用染纱器或连续染色器染色段 所处的染色回路中充满超临界流体染色所需温度和压力条件的二氧化碳，之后仅补充染色 过程中染色回路中二氧化碳的消耗。最后，开启备用压縮机清洗分气阀6-2和新增压縮机 清洗分气阀6-3，经清洗缓冲罐7-2和清洗加热器8-2，连续不断地向清洗阶段通用染纱器 或连续染色器清洗段所处的清洗回路中提供超临界流体清洗所需温度和压力条件的二氧 化碳；另外，因所利用的二氧化碳量大于系统过剩二氧化碳，所以需设置循环气路，即开启 清洗回路循环气调节阀9-5、备用压縮机循环回气阀23-1和新增压縮机循环回气阀23-2， 用后二氧化碳52%经清洗回路循环气调节阀9-5、过滤器21、循环二氧化碳储罐22、备用压 縮机循环回气阀23-l、系统备用压縮机4-2、新增压縮机循环回气阀23-2和新增压縮机4-3 循环使用，另外48%的用后二氧化碳排空。该方案适合具有两台及两台以上的系统备用二 氧化碳压縮机的情况下采用。 (7)结合利用尿素生产中的系统运行二氧化碳压縮机、系统备用二氧化碳压縮机 及新增二氧化碳压縮机，构成的超临界二氧化碳染色工艺流程实施过程
如图1、图2所示，利用系统运行压縮机4-l、系统备用压縮机4-2和新增压縮机 4-3共同压縮过剩二氧化碳；新增二氧化碳压縮机型号为4M32-125/206，其额定排气量为 125NmVmin，三者可用总排量为275NmVmin。若每清洗lkg染后纱或织物需要二氧化碳流 量为20NmVmin、清洗时间为30min，则可带动纱或织物容量为13. 75kg的通用染色器，加工 纱或织物产出量为27. 5kg/hr连续染色器超临界二氧化碳染纱装置一套。
按照这一染色流程要求，首先，开启运行压縮机染色分气阀5-1 ;启用系统备用压 縮机4-2，开启备用压縮机进气阀2-2和备用压縮机染色分气阀5-2 ;启用新增压縮机4-3， 开启新增压縮机进气阀2-3和新增压縮机染色分气阀5-3，经染色缓冲罐7-1和染色加热 器8-l，将染色阶段通用染纱器或连续染色器染色段所处的染色回路中充满超临界流体染 色所需温度和压力条件的二氧化碳，之后仅补充染色过程中染色回路中二氧化碳的消耗。 最后，开启运行压縮机清洗分气阀6-l、备用压縮机清洗分气阀6-2和新增压縮机清洗分 气阀6-3，经清洗缓冲罐7-2和清洗加热器8-2，连续不断地向清洗阶段通用染纱器或连续 染色器清洗段所处的清洗回路中提供超临界流体清洗所需温度和压力条件的二氧化碳；另 外，因所利用的二氧化碳量大于系统过剩二氧化碳，需设置循环气路，即开启清洗回路循环 气调节阀9-5、备用压縮机循环回气阀23-1和新增压縮机循环回气阀23-2，用后二氧化碳 57%经清洗回路循环气调节阀9-5、过滤器21、循环二氧化碳储罐22、备用压縮机循环回气 阀23-1、系统备用压縮机4-2、新增压縮机循环回气阀23-2和新增压縮机4_3循环使用，另 外43%的用后二氧化碳排空。该方案适合具有两台及两台以上的系统备用二氧化碳压縮机 的情况下采用。 实施例二根据超临界二氧化碳染色的工艺条件，通过尿素生产中的系统运行二 氧化碳压縮机、系统备用二氧化碳压縮机和新增二氧化碳压縮机的不同组合运用，并增加 二氧化碳增压压縮机，构成萃取压力超过尿素生产系统压力的超临界二氧化碳萃取工艺流 程实施方式 如图3、图4所示，染色加热器8-1之前和染色调节阀9-1之后各流程单元的连接 方式与实施例一各种流程(1) (7)完全相同；不同的是，经染色加热器8-l后分为两路，一路经染色加热器8-1与染色调节阀9-1之间开启的高低压切断阀24直接到达染色调节 阀9-l，用于染色系统开车前二氧化碳的充入，当系统充满后关闭高低压切断阀24;另一路 经增压压縮机4-4增压后，通过高压染色缓冲罐7-3和高压染色换热器16-3，到达染色调节 阀9-l，用于压力高于尿素生产系统压力的二氧化碳的充入或染色回路消耗的补充。
按照这一使用要求，选用增压压縮机4-4为型号G2Z-30/150-320的隔膜压縮机， 其二氧化碳额定排量为0. 5NmVmin，入口压力为略低于尿素生产系统压力的15MPa，出口压 力为32MPa，从而得到染色压力为32MPa的超临界二氧化碳染色流程。
权利要求
结合尿素生产系统的超临界二氧化碳染色工艺流程，是结合尿素生产系统中原有或新增二氧化碳压缩机，组合超临界二氧化碳染色的超临界流体源压缩机组单独利用尿素生产系统中的运行二氧化碳压缩机，或者单独利用备用二氧化碳压缩机，或者单独利用新增二氧化碳压缩机；或者选择利用这三者的不同组合之一(1)系统中运行二氧化碳压缩机和备用二氧化碳压缩机的组合，(2)系统中运行二氧化碳压缩机和新增二氧化碳压缩机的组合，(3)系统中备用二氧化碳压缩机和新增二氧化碳压缩机的组合，(4)系统中运行二氧化碳压缩机、备用二氧化碳压缩机和新增二氧化碳压缩机的组合；利用选用的压缩机组压缩尿素生产系统过剩二氧化碳，作为超临界二氧化碳染色的超临界流体源，输入到超临界二氧化碳染色系统构成最高染色压力不超过尿素生产系统压力的超临界二氧化碳染色工艺流程，尿素生产系统压力按生产方法不同，在12～27MPa范围内变化；或者对前者已压缩的尿素生产系统过剩二氧化碳，通过增加二氧化碳增压压缩机提高压力，作为超临界二氧化碳染色的超临界流体源，输入到超临界二氧化碳染色系统构成最高染色压力超过尿素生产系统压力的超临界二氧化碳染色工艺流程；其特征为最高染色压力不超过尿素生产系统压力的超临界二氧化碳染色工艺流程是将选用的任一种组合形式的二氧化碳压缩机组压缩的过剩二氧化碳，分为两路，一路经染色缓冲罐和染色加热器使之达到超临界二氧化碳染色所需温度条件，充入连续或断续染色循环回路，当循环回路中压力达到超临界二氧化碳染色所需的不超过尿素生产系统压力的压力条件后，该路只需通过调节阀调节补充循环回路染色过程中的消耗，染色结束后再经染色分离器减压分离后排空；另一路经清洗缓冲罐和清洗加热器使之达到超临界二氧化碳清洗所需的温度和压力条件，连续进入清洗循环回路连续或断续清洗，进行过清洗的超临界二氧化碳再经清洗分离器减压分离后0～100％排空及100％～0返回备用二氧化碳压缩机或者新增二氧化碳压缩机循环压缩使用；最高染色压力超过尿素生产系统压力的超临界二氧化碳染色工艺流程是将选用的任一种组合形式的二氧化碳压缩机组压缩的过剩二氧化碳，分为两路，一路经染色缓冲罐和染色加热器，再经增压压缩机进一步提高二氧化碳压力，经高压染色缓冲罐送至高压染色换热器换热达到超临界流体染色所需温度条件，充入连续或断续染色循环回路，当循环回路中压力达到超临界二氧化碳染色所需的超过尿素生产系统压力的压力条件后，该路只需通过调节阀调节补充循环回路染色过程中的消耗，染色结束后再经染色分离器减压分离后排空；另一路经清洗缓冲罐和清洗加热器使之达到超临界二氧化碳清洗所需的温度和压力条件，连续进入清洗循环回路连续或断续清洗，进行过清洗的超临界二氧化碳再经清洗分离器减压分离后0～100％排空及100％～0返回备用二氧化碳压缩机或者新增二氧化碳压缩机循环压缩使用。
2. 根据权利要求1所述的结合尿素生产系统的超临界二氧化碳染色工艺流程，其特征 为在清洗循环回路中，当清洗压力高于尿素生产系统压力时，在清洗加热器后增设增压压 縮机、高压清洗缓冲罐和高压清洗换热器，形成清洗所需超过尿素生产系统压力的条件。
全文摘要
本发明涉及化工与染色的设备与工艺，特别涉及结合尿素生产系统的超临界二氧化碳染色工艺流程。该流程是结合尿素生产系统中原有或新增二氧化碳压缩机，组合超临界二氧化碳染色的流体源压缩机组单独利用尿素生产系统中的运行、或者备用、或者新增二氧化碳压缩机，或者选择利用这三者的不同组合之一的压缩机组压缩尿素生产系统过剩二氧化碳，作为超临界二氧化碳染色的超临界流体源，输入到超临界二氧化碳染色系统构成超临界二氧化碳染色工艺流程。本发明充分利用了过剩二氧化碳资源、富余生产能力和大量人力资源，提高了尿素生产企业的生产效率，减少了染色生产的一次性设备投资；降低了染色生产的运行、维护和管理成本，实现了节能、减排、降耗。
文档编号D06P1/94GK101775723SQ20101001188
公开日2010年7月14日 申请日期2010年1月15日 优先权日2010年1月15日
发明者刘燕, 曲延鹏, 王威强, 王杰, 胡德栋, 郭建章 申请人:山东大学