利用双塔精馏提纯制取食品级液体二氧化碳的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明属于二氧化碳生产技术领域，具体涉及一种利用双塔精馏提纯制取食品级液体二氧化碳的装置和方法。
【背景技术】
[0002]传统食品级二氧化碳的生产一般采用分子筛脱水脱醇和催化燃烧法脱烃装置及其工艺；其中，在分子筛脱水脱醇阶段需要大量的热量用于加热再生气体，能耗较高，脱水脱醇则需要依次经过卸压、再生、冷吹、均压，操作过程复杂；需要投入的设备含程控阀、吸附剂、吸附塔，电加热器等等一次性投资较大；催化燃烧法脱烃阶段采用铂、钯系催化剂及专利设备，价格较高，其物料需要依次经过预热、加热、脱烃、水冷和氨冷，能耗较高。上述工艺过程不仅给生产企业带来了沉重的负担，也为使用企业增加了生产成本。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，而提供一种流程简单、设计合理、操作方便、运行稳定、能耗低和一次性投入少的利用双塔精馏提纯制取食品级液体二氧化碳的装置和方法。
[0004]本发明的目的是这样实现的:包括进气缓冲罐，进气缓冲罐出口通过管道与原料气四级压缩机的进口相连，原料气四级压缩机的出口通过第一再沸器与第一精馏塔中下部的原料气进口相连，第一精馏塔底部的液相出口与收集器相连，第一精馏塔顶部的气相出口与塔顶冷凝器的气相进口相连，塔顶冷凝器的液相出口通过管道与第一精馏塔上部的液相进口相连，塔顶冷凝器的液相出口与第一精馏塔上部的液相进口之间的管道上设有第一三通，第一三通的第三端通过管道依次与第二再沸器，第一调节阀和第二精馏塔中部进液口相连；第二精馏塔底部的液相出口通过管道与第一换热器的进液口相连，第一换热器的出液口与二氧化碳储槽相连；所述塔顶冷凝器顶部的气相出口通过第二三通和第二换热器的壳程与气液分离器相连，气液分离器底部的液相出口通过管道与第二精馏塔上部的液相进口相连，气液分离器顶部的气相出口与第一换热器的第一气相进口相连，第一换热器的第一气相出口与废气总管相连；所述第二精馏塔顶部的气相出口通过管道与第二三通的第三端相连；所述第二再沸器和第一调节阀之间的管道上设有第三三通，所述第三三通的第三端通过第二调节阀和第二换热器的管程与第一换热器的第二气相进口相连，第一换热器的第二气相出口通过管道与原料气四级压缩机的二级压缩进气口相连。
[0005]一种利用双塔精馏提纯制取食品级液体二氧化碳装置的方法，包括如下步骤:
[0006]步骤一:原料气通过进气缓冲罐和原料气四级压缩机进入第一再沸器进口，所述原料气的组分为:二氧化碳95?99%，水0.4?2%，醇0.1?2%、烃0.1?1%，温度为:10?40°C，压力为:0.1?0.2Mpa ;所述原料气通过原料气四级压缩机I后的温度为:90?120°C，压力为4?6Mpa;
[0007]步骤二:使步骤一中所述进入第一再沸器进口的原料气通过第一再沸器和第一精馏塔中下部的原料气进口进入第一精馏塔内；所述第一精馏塔中下部的原料气进口出原料气温度为:30?80°C ;
[0008]步骤三:使步骤二中所述进入第一精馏塔内的原料气与塔顶冷凝器通过第一三通和第一精馏塔上部的液相进口内进入第一精馏塔的低沸点物质进行传质传热，传质传热后的高沸点物质经冷凝后通过第一精馏塔底部的液相出口进入收集器内，其低沸点物质通过第一精馏塔顶部的气相出口和塔顶冷凝器的气相进口进入塔顶冷凝器内；所述进入的收集器内的高沸点物质组分为:二氧化碳30?35 %，醇5?11 %，水40?60 %，烃类0.1?I %，温度为:50?80°C，压力为4?6Mpa ；
[0009]步骤四:使步骤三中所述塔顶冷凝器内的低沸点物质的液相通过第一三通，一部分低沸点物质的液相经第一精馏塔上部的液相进口内进入第一精馏塔内与第一精馏塔中的原料气进行传质传热，另一部分低沸点物质的液相分为两路，第一路经第二再沸器、第三三通、第一调节阀和第二精馏塔中部进液口进入第二精馏塔的内部；第二路经第二再沸器、第三三通和第二调节阀进入第二换热器的管程；所述进入第二精馏塔内部的低沸点物质的液相温度为:5?-10°C，压力为4?6Mpa，流量为748Nm3/h ;所述精馏塔塔顶冷凝器中低沸点物质的液相组分:二氧化碳99.3%，杂质气体0.7 %，温度为5?-10°C，压力为4.8Mpa ;进入第二换热器管程的低沸点物质的液相温度为:-30?_45°C，压力为1.0?
2.0Mpa ；
[0010]步骤五:使步骤四中所述进入第二精馏塔内部的低沸点物质的液相与通过气液分离器底部的液相出口和第二精馏塔上部的液相进口进入第二精馏塔内的二氧化碳富液进行传质传热，传质传热后二次低沸点物质的气相通过第二精馏塔顶部的气相出口排出第二精馏塔，其二次高沸点物质通过第二精馏塔底部的液相出口、第一换热器的进液口和第一换热器的出液口进入二氧化碳储槽内；所述第二精馏塔底部的液相出口二次高沸点物质组分为:二氧化碳99.99%，流量为:666Nm3/h，温度为:_10?_20°C，压力为1.5?3.0Mpa ;所述第一换热器的进液口的二次高沸点物质的温度为:-10?_20°C，压力为:1.5?3.0Mpa ；所述第一换热器的出液口二次高沸点物质的温度为:_15°C?-20°C，压力为:1.5?
3.0Mpa ;所述进入二氧化碳储槽内的二次高沸点物质即为食品级二氧化碳，其二氧化碳含量为 99.99% ；
[0011]步骤六:使步骤三中所述塔顶冷凝器内的低沸点物质的气相通过塔顶冷凝器气相出口和第二三通进入第二换热器的壳程内，使步骤五中所述排出第二精馏塔的二次低沸点物质的气相通过第二三通进入第二换热器的壳程内，使低沸点物质的气相和二次低沸点物质的气相在第二换热器的壳程内混合换热后的气相进入气液分离器内；所述塔顶冷凝器气相出口的低沸点物质的气相组分为二氧化碳50?65%，温度为:0?-10°C，压力为:
4.SMpa ;所述第二精馏塔的二次低沸点物质的气相组分为:二氧化碳91%，氢气1%，氧气2.1%，氮气5.9%，温度为:0?-15°C，压力为1.0?2.5Mpa ;所述第二换热器壳程内混合换热后的气体温度为:_30°C，压力为:1.26Mpa ；
[0012]步骤七:使步骤六中所述进入气液分离器内混合换热后的气相进行气液分离，气液分离后的二氧化碳富液通过气液分离器底部的液相出口和第二精馏塔上部的液相进口进入第二精馏塔内，气液分离后的废气通过气液分离器顶部的气相出口、第一换热器的第一气相进口和第一换热器的第一气相出口进入废气总管；所述出气液分离器底部的液相出口的二氧化碳富液组分为:二氧化碳80?90%，温度为:-10?-32°C，压力为1.5?
3.0MPa ;所述出气液分离器顶部的气相出口的废气组分为:二氧化碳30?52%，温度为-10 ?-320C，压力为 1.5 ?3.0MPa ；
[0013]步骤八:使步骤四中所述进入第二换热器管程的低沸点物质的液相依次通过第二换热器管程、第一换热器的第二气相进口和第一换热器的第二气相出口进入原料气四级压缩机的二级压缩进气口 ；所述进入原料气四级压缩机的二级压缩进气口的低沸点物质的液相温度为:_14°C，压力为1.0?2.0Mpa0
[0014]一种利用双塔精馏提纯制取食品级液体二氧化碳装置的方法，包括如下步骤:
[0015]步骤一:原料气通过进气缓冲罐和原料气四级压缩机进入第一再沸器进口，所述原料气的组分为:二氧化碳98.1 %，水I %，醇0.4%、烃0.5%，流量为:770Nm3/h，温度为:40°C，压力为:0.12Mpa ;所述原料气通过原料气四级压缩机后的温度为:100°C，压力为
4.8Mpa ；
[0016]步骤二:使步骤一中所述进入第一再沸器进口的原料气通过第一再沸器和第一精馏塔中下部的原料气进口进入第一精馏塔内；所述第一精馏塔中下部的原料气进口出原料气温度为:65°C ;
[0017]步骤三:使步骤二中所述进入第一精馏塔内的原料气与塔顶冷凝器通过第一三通和第一精馏塔上部的液相进口内进入第一精馏塔的低沸点物质进行传质传热，传质传热后的高沸点物质经冷凝后通过第一精馏塔底部的液相出口进入收集器内，其低沸点物质通过第一精馏塔顶部的气相出口和塔顶冷凝器的气相进口进入塔顶冷凝器内；所述进入的收集器内的高沸点物质组分为:二氧化碳31.8%，醇10.3%，水57.8%，烃类0.1%，温度为:69.4°C，压力为 4.8Mpa ；
[0018]步骤四:使步骤三中所述塔顶冷凝器内的低沸点物质的液相通过第一三通13，一部分低沸点物质的液相经第一精馏塔上部的液相进口内进入第一精馏塔内与第一精馏塔中的原料气进行传质传热，另一部分低沸点物质的液相分为两路，第一路经第二再沸器、第三三通、第一调节阀和第二精馏塔中部进液口进入第二精馏塔的内部；第二路经第二再沸器、第三三通和第二调节阀进入第二换热器的管程；所述进入第二精馏塔内部的低沸点物质的液相温度为:_10°C，压力为4.8Mpa，流量为748Nm3/h ;所述精馏塔塔顶冷凝器中低沸点物质的液相组分:二氧化碳99.3%，杂质气体0.7%，温度为_5°C，压力为4.8Mpa ;进入第二换热器6管程的低沸点物质的液相温度为:-34.5°C，压力为1.26Mpa ；
[0019]步骤五:使步骤四中所述进入第二精馏塔内部的低沸点物质的液相与通过气液分离器7底部的液相出口和第二精馏塔上部的液相进口进入第二精馏塔内的二氧化碳富液进行传质传热，传质传热后二次低沸点物质的气相通过第二精馏塔顶部的气相出口排出第二精馏塔，其二次高沸点物质通过第二精馏塔底部的液相出口、第一换热器的进液口和第一换热器的出液口进入二氧化碳储槽内；所述第二精馏塔底部的液相出口二次高沸点物质组分为:二氧化碳99.99%，流量为:666Nm3/h，温度为:-12.1°C，压力为2.5Mpa ;所述第一换热器的进液口的二次高沸点物质的温度为:-10?_20°C，压力为:2.5Mpa ;所述第一换热器的出液口二次高沸点物质的温度为:_15°C，压力为:2.5Mpa ;所述进入二氧化碳储槽内的二次高沸点物质即为食品级二氧化碳，其二氧化碳含量为99.99% ；
[0020]步骤六:使步骤三中所述塔顶冷凝器内的低沸点物质的气相通过塔顶冷凝器气相出口和第二三通进入第二换热器的壳程内，使步骤五中所述排出第二精馏塔的二次低沸点物质的气相通过第二三通进入第二换热器的壳程内，使低沸点物质的气相和二次低沸点物质的气相在第二换热器的壳程内混合换热后的气相进入气液分离器内；所述塔顶冷凝器气相出口的低沸点物质的气相组分为二氧化碳63.1%，温度为:_5°