利用脱碳放空气提纯二氧化碳的系统的制作方法

本实用新型涉及二氧化碳提纯技术领域，尤其涉及一种利用脱碳放空气提纯二氧化碳的系统。

背景技术：

在合成氨生产的过程中，在脱碳工序将含有二氧化碳比例为86%的混合气体排出，这不仅造成了原材料的浪费，不符合公司及国家循环再利用的理念，而且长期排放对大气造成了污染。

技术实现要素：

有必要提出一种对合成氨脱碳工序排放的混合气体进行循环利用的、进而制得纯度较高的二氧化碳的利用脱碳放空气提纯二氧化碳的系统。

一种利用脱碳放空气提纯二氧化碳的系统，包括依次连接的原料气进气单元、粗脱硫单元、变压吸附单元、产品气输出单元、冷却水槽，所述原料气进气单元包括第一缓冲罐、进气风机机组、第一水洗冷却塔、接力风机机组、第二水洗冷却塔，在所述第一缓冲罐的上部开设用于送入脱碳放空气的原料气进气口，在第一缓冲罐的下部开设原料气出口，在第一缓冲罐的底部开设冷凝水流出口，所述原料气出口通过管线与进气风机机组的进风口连接，进气风机机组的出风口与第一水洗冷却塔的气相入口连接，第一水洗冷却塔的塔顶气相出口与接力风机机组的进风口连接，接力风机机组的出风口与所述第二水洗冷却塔的气相入口连接，第二水洗冷却塔的塔顶气相出口与所述粗脱硫单元的塔底入料口连接，所述粗脱硫单元包括第一脱硫塔和第二脱硫塔，所述第一脱硫塔的塔底入料口和第二脱硫塔的塔底入料口均与第二水洗冷却塔的塔顶气相出口连接，第一脱硫塔的塔顶出料口和第二脱硫塔的塔顶出料口均与变压吸附单元的塔底入料口连接，变压吸附单元包括四个吸附塔，在每一个吸附塔的塔底均设置与吸附塔内部连通的物料流通管道，还在变压吸附单元的底部设置吸附汇流管道、逆放汇流管道和负压汇流管道，所述吸附汇流管道与每一个物料流通管道之间通过吸附程控阀连接，逆放汇流管道的输入端与每一个物料流通管道之间通过逆放程控阀连接，负压汇流管道的输入端与每一个物料流通管道之间通过抽真空程控阀连接，所述逆放汇流管道的输出端和负压汇流管道的输出端均与产品气输出单元连接，在每一个吸附塔的塔顶均设置废气排出管线，还在变压吸附单元的顶部设置废气汇流管线和均压汇流管线，所述废气汇流管线与废气排出管线之间通过废气程控阀连接，所述均压汇流管线与废气排出管线之间通过均压程控阀连接，所述产品气输出单元包括第二缓冲罐、输出风机机组、第三水洗冷却塔，所述逆放汇流管道的输出端与输出风机机组的进风口连接，负压汇流管道的输出端同时与输出风机机组的进风口及第二缓冲罐的气相入口连接，第二缓冲罐顶部的气相出口与逆放汇流管道连接，第二缓冲罐的底部设置冷凝水流出口，所述输出风机机组的出风口连接第三水洗冷却塔的气相入口，第三水洗冷却塔的塔顶设置产品气出口，第三水洗冷却塔的底部设置冷凝水流出口，所述冷却水槽包括储槽及与储槽连接的出水管道和回水管道，所述出水管道的一端与储槽连接，出水管道的另一端分别与第一水洗冷却塔的液相入口、第二水洗冷却塔的液相入口、第三水洗冷却塔的液相入口连接，所述回水管道的一端与储槽连接，回水管道的另一端分别与第一水洗冷却塔的冷凝水流出口、第二水洗冷却塔的冷凝水流出口、第三水洗冷却塔的冷凝水流出口连接，在出水管道上设置循环泵。

优选的，所述第一水洗冷却塔、第二水洗冷却塔、第三水洗冷却塔具有相同的结构，在第一水洗冷却塔的塔顶设置气相出口，在第一水洗冷却塔的侧壁的上设置液相入口，在第一水洗冷却塔的内部从上向下依次为上部空罐区、除沫区、中部空罐区、接触区、下部空罐区，在除沫区内填充丝网除沫器，以除去雾沫，在接触区内填充波纹填料，以增大气液接触的表面积，所述上部空罐区与塔顶的气相出口连接，下部空罐区与冷凝水流出口连接，所述液相入口开设在所述中部空罐区的侧壁上，在中部空罐区内固定设置一根圆环形水管，所述圆环形水管与所述液相入口连通，在圆环形水管的侧壁上还均匀设置若干伞形喷头，所述若干伞形喷头与圆环形水管连通，以通过圆环形水管及伞形喷头将冷却水均匀喷淋在波纹填料上。

优选的，还在第二缓冲罐前端的逆放汇流管道上设置止回阀。

优选的，在所述第一脱硫塔的塔底入料口处设置进料阀，在第一脱硫塔的塔顶出料口处设置出料阀，在所述第二脱硫塔的塔底入料口处设置进料阀，在第二脱硫塔的塔顶出料口处设置出料阀，还在第一脱硫塔的塔底入料口与第二脱硫塔的塔顶出料口之间设置第一串联管线，在第二脱硫塔的塔底入料口与第一脱硫塔的塔顶出料口之间设置第二串联管线，在所述第一串联管线上设置第一脱硫程控阀，在第二串联管线上设置第二脱硫程控阀，进而通过控制第一脱硫塔的进料阀、出料阀、第二脱硫塔的进料阀、出料阀、以及第一脱硫程控阀、第二脱硫程控阀，实现第一脱硫塔和第二脱硫塔的串联、并联或单独、同时工作。

优选的，在所述第一缓冲罐的原料气出口处设置丝网除沫器，以除去雾沫，进而减少进入吸附塔中的水分。

本实用新型通过对原料气进行脱硫、变压吸附，实现了二氧化碳的提纯，从本系统输出的产品气二氧化碳的纯度达到96%，不仅将脱碳放空气循环再利用，减少了放空污染，而且为后序的继续提纯、冷却制备食品级液态二氧化碳奠定良好的基础。

附图说明

图1为本实用新型的连接示意图。

图2为所述第一水洗冷却塔的内部结构示意图。

图3为第一水洗冷却塔的圆环形水管及伞形喷头的示意图。

图4为所述第一缓冲罐的内部结构示意图。

图5为所述粗脱硫单元的放大示意图。

图中：原料气进气单元10、第一缓冲罐11、丝网除沫器111、进气风机机组12、第一水洗冷却塔13、上部空罐区131、除沫区132、丝网除沫器1321、中部空罐区133、圆环形水管1331、伞形喷头1332、接触区134、波纹填料1341、下部空罐区135、接力风机机组14、第二水洗冷却塔15、粗脱硫单元20、第一脱硫塔21、进料阀211、出料阀212、第二脱硫塔22、进料阀221、出料阀222、第一脱硫程控阀23、第二脱硫程控阀24、变压吸附单元30、吸附塔31、物料流通管道32、吸附汇流管道33、吸附程控阀331、逆放汇流管道34、逆放程控阀341、止回阀342、负压汇流管道35、抽真空程控阀351、废气排出管线36、废气汇流管线37、废气程控阀371、均压汇流管线38、均压程控阀381、产品气输出单元40、第二缓冲罐41、输出风机机组42、第三水洗冷却塔43、冷却水槽50、储槽51、出水管道52、回水管道53、循环泵54。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

参见图1至图4，本实用新型实施例提供了一种利用脱碳放空气提纯二氧化碳的系统，包括依次连接的原料气进气单元10、粗脱硫单元20、变压吸附单元30、产品气输出单元40、冷却水槽50。

原料气进气单元10包括第一缓冲罐11、进气风机机组12、第一水洗冷却塔13、接力风机机组14、第二水洗冷却塔15，在第一缓冲罐11的上部开设用于送入脱碳放空气的原料气进气口，在第一缓冲罐11的下部开设原料气出口，在第一缓冲罐11的底部开设冷凝水流出口，原料气出口通过管线与进气风机机组12的进风口连接，进气风机机组12的出风口与第一水洗冷却塔13的气相入口连接，第一水洗冷却塔13的塔顶气相出口与接力风机机组14的进风口连接，接力风机机组14的出风口与第二水洗冷却塔15的气相入口连接，第二水洗冷却塔15的塔顶气相出口与粗脱硫单元20的塔底入料口连接。

粗脱硫单元20包括第一脱硫塔21和第二脱硫塔22，第一脱硫塔21的塔底入料口和第二脱硫塔22的塔底入料口均与第二水洗冷却塔15的塔顶气相出口连接，第一脱硫塔21的塔顶出料口和第二脱硫塔22的塔顶出料口均与变压吸附单元30的塔底入料口连接。

变压吸附单元30包括四个吸附塔31，在每一个吸附塔41的塔底均设置与吸附塔41内部连通的物料流通管道32，还在变压吸附单元30的底部设置吸附汇流管道33、逆放汇流管道34和负压汇流管道35，吸附汇流管道33与每一个物料流通管道32之间通过吸附程控阀331连接，逆放汇流管道34的输入端与每一个物料流通管道32之间通过逆放程控阀341连接，负压汇流管道35的输入端与每一个物料流通管道32之间通过抽真空程控阀351连接，逆放汇流管道34的输出端和负压汇流管道35的输出端均与产品气输出单元40连接，在每一个吸附塔31的塔顶均设置废气排出管线36，还在变压吸附单元30的顶部设置废气汇流管线37和均压汇流管线38，废气汇流管线37与废气排出管线36之间通过废气程控阀371连接，均压汇流管线38与废气排出管线36之间通过均压程控阀381连接。

产品气输出单元40包括第二缓冲罐41、输出风机机组42、第三水洗冷却塔43，逆放汇流管道34的输出端与输出风机机组42的进风口连接，负压汇流管道35的输出端同时与输出风机机组42的进风口及第二缓冲罐41的气相入口连接，第二缓冲罐41顶部的气相出口与逆放汇流管道34连接，第二缓冲罐41的底部设置冷凝水流出口，输出风机机组42的出风口连接第三水洗冷却塔43的气相入口，第三水洗冷却塔43的塔顶设置产品气出口，第三水洗冷却塔43的底部设置冷凝水流出口。

冷却水槽50包括储槽51及与储槽51连接的出水管道52和回水管道53，出水管道52的一端与储槽51连接，出水管道52的另一端分别与第一水洗冷却塔13的液相入口、第二水洗冷却塔15的液相入口、第三水洗冷却塔43的液相入口连接，回水管道53的一端与储槽51连接，回水管道53的另一端分别与第一水洗冷却塔13的冷凝水流出口、第二水洗冷却塔15的冷凝水流出口、第三水洗冷却塔43的冷凝水流出口连接，在出水管道52上设置循环泵54。

来自合成氨脱碳工序的放空气体经过进气风机机组12输送至第一水洗冷却塔13内，由于脱碳工序的气体排出的流量计气量不稳定，所以先将原料气送入第一缓冲罐11内稳压缓冲，再由进气风机机组12打压至10KPa，并输送至第一水洗冷却塔13内，而变压吸附单元30内由于吸附剂对二氧化碳的吸附的所需要的压力为40KPa，如果采用进气风机机组12直接将原料气打压至40KPa，存在压力差较大、风机机组功耗较大的问题，而且合成氨脱碳工序至本系统的路程也较远，气体压力损失很严重。

所以需要在靠近本系统的位置设置接力风机机组14，通过接力风机机组14对气体进行输送加压，使气体的压力达到40KPa，满足吸附塔的变压吸附的要求，如此，进气风机机组12主要起到为后序输送足够多的气体气量的作用，而接力风机机组14起到为吸附塔输送气压满足工艺要求的气体的作用。例如，在一种实施例中，进气风机机组12选用两个55KW的罗兹风机，接力风机机组14选用三个75KW的罗兹风机。

在接力风机机组14的出风口端设置了第一水洗冷却塔13，及在进气风机机组12的出风口端设置了第二水洗冷却塔15，进而对由于加压对气体做功而产生的热量进行降温，使得进入吸附塔内的其他的压力、温度均满足工艺要求。

第二缓冲罐41的设置起到缓冲气体的作用，当输出风机机组42通过负压汇流管道35对吸附塔进行负压抽吸时，输出风机机组42也可以通过第二缓冲罐41对吸附塔进行负压抽吸，在增强负压抽吸的压力的同时，缓冲罐内起到气体稳压缓冲的作用，使得负压抽吸时气流稳定。

本系统采用变压吸附的原理对二氧化碳进行吸附提纯，吸附塔的变压吸附过程包括吸附、均压、逆放、抽真空的步骤，本系统中的四个吸附塔从左向右分别为第一吸附塔、第二吸附塔、第三吸附塔、第四吸附塔。

以下选取第一吸附塔的一个循环吸附过程为例说明变压吸附的过程，第一吸附塔的吸附程控阀331打开，此时混合气体从第一吸附塔的物料流通管道32进入内部，开始吸附，当塔内压力大于40KPa时，第一吸附塔的废气程控阀371打开，吸附完成后，第一吸附塔的吸附程控阀331关闭、第一吸附塔的废气程控阀371关闭，第一吸附塔的均压程控阀381和第二吸附塔的均压程控阀381打开，此时第二吸附塔为抽真空完毕的状态，第一吸附塔和第二吸附塔之间实现均压，均压完成后，第一吸附塔的均压程控阀381和第二吸附塔的均压程控阀381关闭，第一吸附塔的逆放程控阀341打开，逆放气体沿着逆放汇流管道34进入第三水洗冷却塔43，进而作为产品气排出，逆放完成后，第一吸附塔的逆放程控阀341关闭，第一吸附塔的抽真空程控阀351打开，输出风机机组42将第一吸附塔内的气体沿着负压汇流管道35及第二缓冲罐41抽出至第三水洗冷却塔43，进而作为产品气排出。如此完成了第一吸附塔的吸附和吸附剂的再生。

进一步，第一水洗冷却塔13、第二水洗冷却塔15、第三水洗冷却塔43具有相同的结构，在第一水洗冷却塔13的塔顶设置气相出口，在第一水洗冷却塔13的侧壁的上设置液相入口，在第一水洗冷却塔13的内部从上向下依次为上部空罐区131、除沫区132、中部空罐区133、接触区134、下部空罐区135，第二水洗冷却塔15和第三水洗冷却塔43的内部从上向下也依次为上部空罐区131、除沫区132、中部空罐区133、接触区134、下部空罐区135，在除沫区132内填充丝网除沫器1321，以除去雾沫，在接触区134内填充波纹填料1341，以增大气液接触的表面积，上部空罐区131与塔顶的气相出口连接，下部空罐区135与冷凝水流出口连接，液相入口开设在中部空罐区133的侧壁上，在中部空罐区133内固定设置一根圆环形水管1331，圆环形水管1331与液相入口连通，在圆环形水管1331的侧壁上还均匀设置若干伞形喷头1332，若干伞形喷头1332与圆环形水管1331连通，以通过圆环形水管1331及伞形喷头1332将冷却水均匀喷淋在波纹填料1341上。

当然，在第三水洗冷却塔43中，上部空罐区131与塔顶的产品气出口连接。

进一步，还在第二缓冲罐41前端的逆放汇流管道34上设置止回阀342。当逆放过程完成后，逆放程控阀341关闭，抽真空程控阀351打开，在这两个阀切换的过程中由于吸附塔内的压力小于逆放汇流管道34内的压力，所以逆放汇流管道34内气体会回流到吸附塔内，为了避免此气体倒流的发生，设置了止回阀342，止回阀342为单向自动阀，当止回阀342前端的气压大于后端的气压时，止回阀342打开，当止回阀342后端的气压大于前端的气压时，止回阀342闭合，进而避免气体回流发生。

参见图5，进一步，在第一脱硫塔21的塔底入料口处设置进料阀，在第一脱硫塔21的塔顶出料口处设置出料阀，在第二脱硫塔22的塔底入料口处设置进料阀，在第二脱硫塔22的塔顶出料口处设置出料阀，还在第一脱硫塔21的塔底入料口与第二脱硫塔22的塔顶出料口之间设置第一串联管线，在第二脱硫塔22的塔底入料口与第一脱硫塔21的塔顶出料口之间设置第二串联管线，在第一串联管线上设置第一脱硫程控阀23，在第二串联管线上设置第二脱硫程控阀24，进而通过控制第一脱硫塔21进料阀211、出料阀212、第二脱硫塔22进料阀221、出料阀222、以及第一脱硫程控阀23、第二脱硫程控阀24，实现第一脱硫塔21和第二脱硫塔22的串联、并联或单独、同时工作。

当需要第一脱硫塔21和第二脱硫塔22单独工作时，打开第一脱硫塔21进料阀211、出料阀212，关闭第二脱硫塔22进料阀221、出料阀222，则第一脱硫塔21工作，第二脱硫塔22不工作；打开第二脱硫塔22进料阀221、出料阀222，关闭第一脱硫塔21进料阀211、出料阀212，则第二脱硫塔22工作，第一脱硫塔21不工作。

当需要第一脱硫塔21和第二脱硫塔22同时工作时，即并联工作，打开第一脱硫塔21进料阀211、出料阀212，打开第二脱硫塔22进料阀221、出料阀222即可。

当需要将第一脱硫塔21和第二脱硫塔22串联工作时，打开第一脱硫塔21的进料阀211，关闭第一脱硫塔21的出料阀212，打开第二脱硫塔22的出料阀222，关闭第二脱硫塔22的进料阀221，打开第二脱硫程控阀24，关闭第一脱硫程控阀23，如此，从第一脱硫塔21塔底进料阀进入的气体经过第一脱硫塔21、第二串联管线、第二脱硫塔22、及第二脱硫塔22的塔顶气相出口被脱硫，此过程为先经过第一脱硫塔21，再经过第二脱硫塔22；

反之，打开第二脱硫塔22的进料阀221，关闭第二脱硫塔22的出料阀222，打开第一脱硫塔21的出料阀212，关闭第一脱硫塔21的进料阀211，打开第一脱硫程控阀23，关闭第二脱硫程控阀24，如此，从第二脱硫塔22塔底进料阀进入的气体经过第二脱硫塔22、第一串联管线、第一脱硫塔21、及第一脱硫塔21的塔顶气相出口被脱硫，此过程为先经过第二脱硫塔22，再经过第一脱硫塔21。

如此可以根据生产时需要脱硫的气量的大小及脱硫的要求来调整第一脱硫塔21和第二脱硫塔22的工作状态。

进一步，在第一缓冲罐11的原料气出口处设置丝网除沫器111，以除去雾沫，进而减少进入吸附塔中的水分。

本实用新型实施例装置中的模块或单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。

以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。