气体二氧化碳的膨胀液化方法
【技术领域】
[0001]本发明一般地涉及气体二氧化碳的液化，具体公开一种气体二氧化碳的膨胀液化方法。
【背景技术】
[0002]图2示出一种食品级液体二氧化碳产品的生产方法的流程图，包括下述步骤:
[0003](I)第一压缩工序30
[0004]将来自界区外压力约为0.02MPa、温度为30?40°C的含有微量机械水、甲烷、乙烯、苯杂质的二氧化碳含量约为99.2%的二氧化碳原料气体经水洗后，与经受孔板流量计I控制的调节阀2调解进入的化学反应稍微过量的氧气混合，一起进入预冷器10预冷，经过第一水分离器20除去机械水后进入第一压缩工序30，经一段压缩31升压至0.1?0.35MPa和二段压缩32升压至0.8?1.2MPa，从二段压缩32出来的含有微量甲烷、乙烯、苯杂质的二氧化碳气体和稍微过量的氧气的温度为125?135°C，然后送到脱烃工序50。
[0005](2)脱烃工序50
[0006]来自第一压缩工序30的含有微量甲烷、乙烯、苯杂质的二氧化碳气体和稍微过量的氧气首先进入脱烃预热器51预热到215?225°C，然后经过脱烃加热器52加热到480?520°C，最后进入脱烃反应器53。在脱烃反应器53内含有微量甲烷、乙烯、苯杂质的二氧化碳气体中的甲烷、乙烯与稍微过量的氧气在高温高压和活性组分为铂和钯、载体为氧化铝的催化剂的作用下发生化学反应，生成二氧化碳和水。当脱烃预热器51为列管式换热器时，从脱烃反应器53出来的高温气体返回脱烃预热器51的壳程，与管程的来自第一压缩工序30的含有微量甲烷、乙烯、苯杂质的二氧化碳气体和稍微过量的氧气换热后，经过水冷却器60降温和第二水分离器70分离机械水，进入净化工序80。通过脱烃工序50，来自第一压缩工序30的含有微量甲烷、乙烯、苯杂质的二氧化碳气体和稍微过量的氧气中的绝大部分甲烷、乙烯转化成了二氧化碳和水，因此，进入净化工序80的二氧化碳气体中含有没有进行化学反应的极微量甲烷、乙烯和苯，以及微量氧气和新生成的但第二水分离器70不能分离的微量水蒸气。脱烃加热器52可为电加热器。脱烃反应器53可具有一般催化反应器的结构。
[0007](3)净化工序80
[0008]采用变温吸附工艺，多台净化器切换工作，当某一台或数台净化器81处于吸附状态时，另一台或数台净化器82处于再生状态，其余的一台或数台净化器83则处于备用状态，常温吸附杂质、高温脱附杂质，由装填在净化器内的氧化铝和硅胶吸附剂对来自第二水分离器70的含有极微量甲烷、乙烯和苯以及微量氧气和水蒸气杂质的二氧化碳气体中的微量水蒸气和极微量苯杂质选择性吸附，对来自第二水分离器70的含有极微量甲烷、乙烯和苯以及微量氧气和水蒸气杂质的二氧化碳气体进行净化。
[0009]①吸附
[0010]来自第二水分离器70的含有极微量甲烷、乙烯和苯以及微量氧气和水蒸气杂质的二氧化碳气体从通常称为吸附塔的净化器81底部进入吸附塔，从吸附塔的顶部排出。在吸附塔中，吸附剂对微量水蒸气和极微量苯进行有效吸附，使吸附塔出口端的气体中的水和苯指标达到相应设计指标或规定标准，然后送到第二压缩工序40，吸附剂吸附至一定时间后，预计吸附剂接近饱和时停止吸附。
[0011]②逆向放压
[0012]吸附步骤结束后，将吸附塔内的含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的二氧化碳气体逆着吸附方向限流卸压排出净化器81外，结束后吸附塔内的压力接近常压。
[0013]③加热脱附杂质
[0014]见下述的对(6)蒸馏提纯工序100的描述，从下部换热器1019壳程出来的气体混合物经调节阀1014节流膨胀后再次降压至0.05MPa，温度为_18°C，与从球罐112排出的压力为1.7MPa温度为_24°C的闪蒸气汇合在一起后形成的汇合气流进入电加热器85被加热升温至180?235°C，进入正处于加热脱附杂质步骤的净化器81即吸附塔内，逆着吸附的方向冲洗吸附剂，使吸附剂吸附的杂质被加热解吸，吸附剂得到充分再生，然后作为废气排放。
[0015]④冷却吸附剂
[0016]加热脱附杂质步骤结束后，净化器81中的吸附剂吸附的水和苯杂质几乎得到完全解吸，此时，不给电加热器85通电，使没经电加热的汇合气流进入净化器81，将净化器81内的吸附剂冷却降温至彡25°C。
[0017]⑤净化器充压
[0018]利用来自己从再生状态切换为吸附状态的通常称为吸附塔的净化器82的一部分经过净化处理后的含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的二氧化碳气体对净化器81充压至吸附压力0.8?1.2MPa，准备进入下一次吸附。
[0019](4)第二压缩工序40
[0020]来自净化工序80的经过净化处理后的含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的二氧化碳气体进入第二压缩工序40，经三段压缩41升压至2.3-2.8MPa，经冷却后温度为28?32°C，送到液化工序90和蒸馏提纯工序100。
[0021](5)液化工序90
[0022]来自第二压缩工序40的温度为28?32°C含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的二氧化碳气体的一部分经孔板流量计1015进入蒸馏提纯工序100的蒸馏提纯塔101的通常称为塔釜盘管的再沸器1011的入口，充分提供产品液体二氧化碳蒸馏提纯所需的热源，从通常称为塔釜盘管的再沸器1011的出口排出，与来自第二压缩工序40的温度为28?32°C含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的二氧化碳气体的另一部分，在该另一部分从受孔板流量计1015控制的调节阀1016流出后，该两部分汇合在一起，进入液化工序90的第一蒸发冷凝器91进行液化。液化工序90的第一蒸发冷凝器91的冷源为液氨，在第一蒸发冷凝器91中，含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的二氧化碳气体充分与液氨进行热量交换，第一蒸发冷凝器91中的液氨液位通过调节阀进行精确控制，使大部分的二氧化碳气体被充分液化，成为-23?_24°C液体二氧化碳，然后送入蒸馏提纯工序100。
[0023](6)蒸馏提纯工序100
[0024]来自液化工序90的第一蒸发冷凝器91的含有未冷凝二氧化碳气体和极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的液化后的二氧化碳通过喷头1021雾状喷淋经下部波纹板规整填料1017落入蒸馏提纯工序100的蒸馏提纯塔101的塔釜进行蒸馏提纯，极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质和未冷凝二氧化碳气体从液化后的二氧化碳中蒸馏出来，称为闪蒸气，在塔釜下部得到温度为-21?_23°C的产品液体二氧化碳。闪蒸气从塔釜上升，首先经过下部波纹板规整填料1017，在此与通过喷头1021喷淋的低温雾状液体二氧化碳充分接触，闪蒸气中部分未冷凝二氧化碳气体被冷凝落入蒸馏提纯塔101塔釜内；闪蒸气继续上升，经过上部波纹板规整填料1018，在此与从下部换热器1019和上部换热器1020的管程下落的低温雾状液体二氧化碳充分接触，闪蒸气中又有部分未冷凝二氧化碳气体被冷凝经下部波纹板规整填料1017落入蒸馏提纯塔101塔釜内；闪蒸气继续上升，进入下部换热器1019的管程，从蒸馏提纯工序100的蒸馏提纯塔101顶部排出的由极少量未冷凝二氧化碳气体和极微量甲烷和乙烯以及微量氧气构成的气体混合物，经调节阀1013节流膨胀后温度降低，进入蒸馏提纯塔101上部的下部换热器1019壳程，在下部换热器1019内，进入管程的闪蒸气与经调节阀1013节流膨胀后温度降低进入壳程的低温气体混合物进行热交换，闪蒸气中又有部分未冷凝二氧化碳气体被冷凝经上部波纹板规整填料1018和下部波纹板规整填料1017落入蒸馏提纯塔101塔釜内；闪蒸气继续上升，进入上部换热器1020的管程，外部低温液氨进入蒸馏提纯塔101上部的上部换热器1020壳程，在上部换热器1020内，进入管程的闪蒸气与进入壳程的低温液氨进行热交换，闪蒸气中又有部分未冷凝二氧化碳气体被冷凝经下部换热器1019的管程、上部波纹板规整填料1018和下部波纹板规