吸附精馏技术提纯二氧化碳装置的制作方法

专利名称：吸附精馏技术提纯二氧化碳装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种用吸附精馏技术回收提纯二氧化碳气体的装置。
背景技术：
目前二氧化碳废气对大气的污染越来越严重，各种工业过程过量无限制地 排放二氧化碳，会使大气层形成可怕的温室效应，对人类的生存环境会带来灾 难性影响。另一方面，二氧化碳又是非常宝贵的碳资源，可以被用于化工、机 械、食品、农业等多种领域，用途非常广泛。所以如何回收提纯再利用各种工 业废气中的二氧化碳，已经成为人们越来越重视的课题。联合国的气候变化框 架公约，和我国的节能减排政策都充分显示了世界范围内，对控制二氧化碳排 放和回收的重要性和迫切性。
现在回收工业废气中二氧化碳的技术有热钾碱、苯菲尔法、乙醇胺等化学吸 收方法，碳酸丙烯脂、聚乙二醇二甲醚、甲醇等物理吸收方法，这些方法主要用
于回收气源中30%以下低浓度的二氧化碳，回收后的二氧化碳浓度可以达到98% 以上；西南化工研究院公开了发明专利CN88105938,介绍一种变压吸附法回收 二氧化碳技术，可以从合成氨变换气中脱除二氧化碳，但二氧化碳的浓度不能 达到食品级标准要求；本人一项实用新型专利(专利号ZL03238678.8)在2003 年4月获得了国家知识产权局授权，公开了二氧化碳回收装置的结构；后来被 多家单位把结构更改后进行仿制，但因为他们没有得到技术精髓，致使仿制后 装置的产品指标达不到国家食品级标准要求；本人在2005年获得国家知识产权局发明专利授权，公开了脱除二氧化碳中微量乙烯的分子筛吸附剂制作方法和
组成配方，(ZL200310105015.6，国际专利主分类号B01J20/18)，但只能是脱除 烯烃杂质，不能脱出其他杂质；日本日曹、英国BOC公司和国内有的单位使用 催化燃烧法脱除二氧化碳中少量轻烃，但不能使轻烃脱除到ppm级，还不能脱 除不燃烧的硫化物等无机物杂质，而且能耗太高，已经被淘汰。
在我国进入世界贸易组织后，国家在2006年9月重新制定和实施了食品添 加剂级二氧化碳标准，其中要求除了二氧化碳纯度要达到99.9%以上外，还要 求另外21种不同杂质都不要超过各自的标准。由于此前国内提纯二氧化碳的技 术还不完善，所以贯彻新的标准使国内原来生产二氧化碳的企业都面临着严峻 考验，或者难以维系。 发明目的
本发明的目的，就是在原来获得实用新型专利授权的基础上，进一步完善 专利的技术内容，公开其技术内涵，使各种气源的二氧化碳通过实施本发明建 成装置后，都能有效地脱出各种杂质，生产出符合国家食品添加剂标准要求的 二氧化碳产品。 技术原理
吸附精馏技术提纯二氧化碳装置的技术原理是含有气体杂质的二氧化碳 气，首先经过水洗塔l中降温除尘，在盐水洗涤塔中洗涤净化，冷却分水后进
入压缩机6加压，在压力下经过冷却稳压后，进入净化床9脱除硫化物、水和
油脂，冷却后经过吸附床11进一步脱除硫化物、氧化物、氮氧化物、轻烃和
苯系物，在液化器14中被冷冻系统15提供的冷剂液化，进入闪蒸罐16或精 馏塔17中脱除氢气、甲烷、 一氧化碳、氮气、氧气；闪蒸罐16底部引出液体 二氧化碳，纯度为99.5% 99.9%，达到国家工业级二氧化碳产品标准，进入产品罐贮存，外运使用；精馏塔17底部引出液体二氧化碳，纯度为99.9% 99.999%,达到国家食品添加剂级和国际饮料协会标准，进入产品罐贮存，外 运使用。
二氧化碳的临界温度是31.4。C，临界压力是7.28Mpa，常压沸点是-78.4°。。 在二氧化碳原料气中有沸点高的重组分杂质，水、硫化物、氮氧化物、有机氧 化物、烷烃烯烃、芳烃、磷化物、氨、氰化氢等杂质沸点比二氧化碳高，在二 氧化碳液化贮存时，都可以溶解在液体二氧化碳中，这就必须在二氧化碳液化 前，用不同的吸附剂逐一吸附除去，才能各自达到国家食品级二氧化碳对各个 组分标准的要求。所以在二氧化碳液化前，设计一套或者多套净化床和吸附床， 内装不同型号和性能的净化剂、干燥剂和吸附剂，分歩把如上杂质吸附除尽。
净化床和吸附床中的吸附剂吸附杂质达到饱和后，需要对吸附剂进行再生， 其再生过程以第一个净化床为例由闪蒸罐16、回流罐19和产品罐22排出的 轻组分气体，或者界外引来的气体，作为再生气通过管道和阀门进入预冷器13， 在加热器12中加热，升温到10(TC以上，通过净化床上的阀门，与吸附过程反 向进入净化床，对吸附剂进行再生，经阀门连同解析出来的杂质气体一起排出 到废气管网中；当恒温一定时间后，净化床中的吸附剂再生完全，出口气体的 温度上升到10(TC以上时，关闭加热系统，让冷的再生气体继续通入，使净化床 的温度降到常温，再关闭阀门，净化床再生完毕以备再用。两个净化床如此轮 换操作，可以保证生产过程连续进行；吸附床系统的再生操作过程与此相同。
原料气中的氢气、氮气、 一氧化碳、氧气、氩气、甲烷等组分，沸点比二 氧化碳低，属于轻组分，在二氧化碳液化过程中，少部分会溶解在液态二氧化 碳中。当生产工业级产品时，标准中对一些杂质没有纯度要求，可以允许二氧 化碳中存留一少部分杂质，这样液化后的二氧化碳连同轻组分 -起进入闪蒸罐，通过闪蒸分离排出大部分不溶解的轻组分气体，液体二氧化碳作为工业级产品 进入工业级产品罐贮存使用。
当生产食品级产品时，标准中对一些杂质纯度各自都有要求，不允许二氧 化碳中存留的杂质超过各自的标准，这样液化后的二氧化碳连同轻组分一起必 须进入精馏塔中，通过塔底再沸器利用加热把溶解在液态二氧化碳中的杂质赶 出，通过塔内的填料层进行气液传质操作，逐歩把轻组分集中在塔顶，连续排 出到塔外。在排除轻组分过程中要连带一部分气态二氧化碳，要经过全凝器利 用制冷剂低温换热，把携带的二氧化碳液化，通过外回流或者全回流，流回到
精馏塔中集中在塔底，经过这些过程处理的二氧化碳纯度达到99.9% 99.999 %，杂质含量符合各自标准要求，统一作为食品级二氧化碳，进入食品级产品 罐贮存使用。

发明内容
本发明的技术方案是这样来实现的(见附图1):
一种用吸附精馏技术回收提纯二氧化碳气体的装置。它是由水洗塔1，盐
水洗涤塔2，鼓风机3，氨冷却器4，分水罐5，压缩机6，冷却器7，稳压罐8， 净化系统9，水冷却器IO，吸附系统ll，换热器12，预冷器13，液化器14， 制冷系统15，闪蒸罐16，精馏塔17，再沸器18，回流罐19，全凝器20，管 道系统21和产品罐22组成。含有气体杂质的二氧化碳气，首先经过水洗塔1 中降温除尘，在盐水洗涤塔中洗涤净化，冷却分水后进入压縮机6加压，在压 力下经过冷却稳压后，进入净化床9脱除硫化物、水和油脂，冷却后经过吸附 床ll进一步脱除硫化物、氧化物、氮氧化物、轻烃和苯系物，在液化器14中 被冷冻系统15提供的制冷剂液化，进入闪蒸罐16或精馏塔17中脱除氢气、 甲烷、 一氧化碳、氮气、氧气，闪蒸罐16底部引出液体二氧化碳，纯度为99.5% 99.9%，达到国家工业级二氧化碳产品标准，进入产品罐贮存，外运使用,-精馏塔17底部引出液体二氧化碳，纯度为99.8% 99.999%，达到国家食品添 加剂级和国际饮料协会标准，进入产品罐贮存，外运使用。
各部件的连接关系是水洗塔l的上端出口由管道与盐水洗涤塔2底部的 进口相连，盐水洗涤塔2的上端出口与鼓风机3入口相连，鼓风机的出口与氨 冷却器4入口相连，氨冷却器出口与分水罐5入口相连，分水罐上端出口与压 縮机6入口相连，压缩机的出口用管道与冷却器7入口连接，冷却器出口与稳 压罐8相连，再连接净化系统9到水冷却器10，然后连接到吸附系统ll;吸 附系统经预冷器13连接到带有冷冻系统15的液化器14上，液化器14的出口 连接到闪蒸罐16或精馏塔17的进口，闪蒸罐16的下端出口由管道连接到产 品罐22的进料口，精馏塔17的上端气体出口与全凝器20进口相连，全凝器 的上端出口连接到预冷器13的上部进口 ，而全凝器20的下端出口与回流罐19 相连，回流罐19出口经回流泵连接到精馏塔17上部的回流进口，精馏塔17 的下端出口由管道与再沸器18的下部进口相连接，而再沸器18下部的出口与 产品罐22的进口相连。
各部件之间都是用不同管径的管道相连，管道上相关部位配置有流量计、 阀门、管件，安装有压力计、温度计等测量仪表，设备上也安装有压力、温度、 液位等测量仪表，和安全阀、减压阀等安全组件，关键部位的仪表参数统一由 PLC或者DCS系统程序控制，并带有测量、调节、记录、报警、贮存、印制 等功能，由中央机和计算机自动控制装置自行运作，从而构成用吸附精馏技术 提纯二氧化碳的完整装置。
装置前部的盐水洗涤塔2下部所用的盐水溶液， 一般是由高锰酸盐和水配 制，用于净化酒精厂气体中醛类或者病菌类杂质；如果用亚硫酸盐、碳酸盐、或有机酸盐和水配制的溶液， 一般用在脱出原料气中的硫化物等无机物杂质。 这些溶液浓度在1 15%之间，用离心泵送入塔中，循环使用。洗涤塔上部一 般串接有水洗塔，用水净化气体，避免盐溶剂进入后部系统，水洗塔的水一般 用于再配制盐溶液。装置所用的分水罐5和稳压罐8均制成圆桶状，上下有椭圆形封头，上部封头开有出气口，下部封头开有排水口，气体进口在圆桶外侧上部的约三分之 一处，从切线方向进入，气体进入罐中后呈旋转状态，便于把气体中带入的水 分甩到罐壁上，然后向下流动，汇集在罐底排出。气体切线方向进入分水效率高。装置中间的氨冷却器4、冷却器7，水冷却器IO所用的冷介质是低温液氨、 氟里昂、循环冷却水或者空气。如果用空气，换热管采用翅片式，由风扇冷却。装置所用的二氧化碳压縮机6是三级或者四级的多级活塞式压縮机，由同 歩或者异步电动机，与压縮主机直联或者皮带传接驱动，活塞环与缸壁之间无 油润滑，阀片、活塞环和缸套等与气体介质接触的部位由不锈钢制成，或者活 塞环由聚四氟乙烯合成塑料制成。气体在每一级压縮后都进入级间冷却器用水 冷却，在分水罐中分水，再进入下一级压缩。最后一级压縮后的气体压力在1.8 4.0MPa之间，温度在30 6(TC之间。装置配置的净化系统9是由两个同样大小体积的圆桶组成一套，每个圆桶 是等径或者上部变径，顶部有法兰封头25，并有进出气口 24，便于打开法兰 装填固体颗粒状的吸附剂。底部的封头也开有进出气口 29，圆桶内依次装有脱 硫剂、氧化铝、活性碳、硅胶或者分子筛吸附剂26;各种吸附剂装填量根据原 料气中的杂质多少不同而不同。每种填料之间用筛板27或筛网隔离，底部有 敷设筛网的支撑筛板28，最上部填料上面用敷设筛网的筛板压住，避免填料颗粒浮动。两个圆桶的上下进出气口 24和29都由管道与四个阀门分两组并联连 接，两个阀门中间管道上开有进排气口。根据气源中杂质成分不同，净化床中 的吸附剂26可以是一种，或者是多种吸附剂用筛板或者筛网分隔填装。如果原料气中有硫化物，净化床9前面还需要串连1 6个吸附催化脱硫床， 采用吸附催化脱硫剂脱出硫化物；当使用吸附催化脱硫床时，进入吸附催化脱 硫床前要适当给原料气加热到20 6(TC，并且要分离出冷凝水；根据原料气中 的杂质组分和含量不同，净化床9是1 10套串连，组合阀门是手动、气动或 者电动。装置配置的吸附系统11是由两个同样大小体积的圆桶组成一套，每个圆桶 是等径或者上部变径，顶部有法兰封头31，并有进出气口 30，便于打开法兰 装填固体颗粒状的吸附剂。底部的封头也开有进出气口 35，圆桶内依次装有氮 氧化物吸附剂、磷氨类吸附剂、烯烃烷烃吸附剂、芳烃吸附剂或者重组分杂质 吸附添加剂33，各种吸附剂装填量根据原料气中的杂质多少不同而不同。每种 填料之间用筛板32或筛网隔离，底部有敷设筛网的支撑筛板34，最上部填料 上面用敷设筛网的筛板压住，避免填料颗粒浮动。两个圆桶的上下进出气口 30 和35都由管道与四个阀门分两组并联连接，两个阀门中间管道上开有进排气 口；根据气源中杂质成分不同，吸附床屮的吸附剂33是1 12种，如果是多 种吸附剂，每种吸附剂之间用筛网分隔填装；根据杂质含量多少不同，吸附床 11是1 10套，如果是多套，每套之间串连或者并联；阀门组的阀门是手动、 气动或者是电动。装置配置的制冷系统15是由制冷机36，冷凝器37，贮氨器38，压力调节 阀39，氨分器41和管道组成，制冷机是螺杆式或活塞式，由电动机驱动，制 冷剂是液氨或氟里昂，冷凝器是列管水冷式或者蒸发式；气态制冷剂由制冷机36压縮，在冷凝器37中用水或空气冷凝成液态，贮存在贮氨器38中，由管道 引到液化器14、全凝器20和氨冷却器4的下部，经过压力调节阀39降压降温， 把冷量传导给各类换热器列管中的介质而本身被气化，经过氨分器41分离液 体后，气体返回到制冷机36中压縮循环使用；制冷机出口压力在1.0 1.5MPa 之间，经过调节阀39后的压力在0.1 0.35MPa之间，温度在一40 一5""C之间。 装置配置的精馏塔17是填料塔，内装波纹板或丝网状高效规整填料44和 46，每层填料下面有填料支撑板，填料上面有液体分布器，精馏塔中间有进料 分布器45;精馏塔底再沸器18所用热量由制冷机36出口氨气提供，或者由吸 附系统11后面干燥的工艺气体提供；精馏塔顶全凝器20的冷量由贮氨器38 的液体冷剂经调节阀39降压后提供；精馏塔17和再沸器18及全凝器20可以 分体安装，也可以是整体安装，整体安装时全凝器20变成立式列管式42，直 接立在精馏塔顶部，列管与塔顶填料段相通，列管间由低温冷剂制冷。再沸器 18连装^H精馏塔底部，呈立式或者卧式，气体加热管47是U形管、或者是盘 管；精馏塔17顶部有进出料管41和48;如果装置生产能力大，精馏塔可以改 变成板式精馏塔。装置所配置的闪蒸罐16、精馏塔17、冋流罐19、产品罐22顶部排出的轻 组分气体，经过预冷器13、换热器12加热升温后，都可作为净化床9和吸附床 11的再生气，带出解析的杂质气体后排出到气体总管中，不使用界外引入的再 生气。换热器12是蒸汽换热器、热油换热器，或者是电加热器。


图1为吸附精馏技术提纯二氧化碳装置组成和配置图表示这套装置是由 水洗塔l，盐水洗涤塔2，鼓风机3，氨冷却器4，分水罐5，压縮机6，冷却器 7，稳压罐8，净化系统9，水冷却器IO，吸附系统ll，换热器12，预冷器13，液化器.14，制冷系统15，闪蒸罐16，精馏塔17，再沸器18，回流罐19，全凝 器20，管道系统21和产品罐22组成；含有气体杂质的二氧化碳气，首先经过 水洗塔l中降温除尘，在盐水洗涤塔中洗涤净化，冷却分水后进入压縮机6加 压，在加压下经过冷却稳压后，进入净化床9脱除硫化物、水和油脂，冷却后 经过吸附床ll脱除硫化物、有机氧化物、氮氧化物、轻烃和苯系物，在液化器 14中被冷冻系统15提供的冷剂液化，进入闪蒸罐16或精馏塔17中脱除氢气、 甲烷、 一氧化碳、氮气、氧气，闪蒸罐16底部引出液体二氧化碳，纯度为99.5 % 99..9%，达到国家工业级二氧化碳产品标准，进入产品罐贮存，外运使用； 精馏塔17底部引出液体二氧化碳，纯度为99.9% 99.999%，达到国家食品添 加剂级和国际饮料协会标准，进入产品罐贮存，外运使用。图2是装置配置的净化系统9是由两个同样大小体积的圆桶组成一套，每 个圆桶是等径或者上部变径，顶部有法兰封头25，并有进出气口 24，便于打 开法兰装填固体颗粒状的吸附剂。底部的封头也开有进出气口 29，圆桶内依次 装有脱硫剂、氧化铝、活性碳、硅胶或者分子筛吸附剂26;各种吸附剂装填量 根据原料气中的杂质多少不同而不同。每种填料之间用筛板27或筛网隔离， 底部有敷设筛网的支撑筛板28，最上部填料上面用敷设筛网的筛板压住，避免 填料颗粒浮动。两个圆桶的上下进出气口 24和29都由管道与四个阀门分两组 并联连接，两个阀门中间管道上开有进排气口；根据气源中杂质成分不同，净 化床中的吸附剂26是1 12种，如果是多种吸附剂，每一种吸附剂之间用筛 板或者筛网分隔填装。根据杂质含量多少不同，净化床9是1 10套，如果是 多套，每套之间串连或者并联；阀门组的阀门是手动、气动或者是电动。图3为吸附床系统11的结构示意图装置配置的吸附系统11是由两个同样 大小体积的圆桶组成一套，每个圆桶是等径或者上部变径，顶部有法兰封头31，并有进出气口30，便于打开法兰装填固体颗粒状的吸附剂；底部的封头也开有 进出气口35，圆桶内依次装有氮氧化物吸附剂、磷氨类吸附剂、烯烃烷烃吸附 剂、芳烃吸附剂或者重组分杂质吸附添加剂33，各种吸附剂装填量根据原料气 中的杂质多少不同而不同；每种填料之间用筛板32或筛网隔离，底部有敷设 筛网的支撑筛板34,最上部填料上面用敷设筛网的筛板压住，避免填料颗粒浮 动。两个圆桶的上下进出气口 30和35都由管道与四个阀门分两组并联连接， 两个阀门中间管道上开有进排气口；根据气源中杂质成分不同，吸附床中的吸 附剂33是1 12种，如果是多种吸附剂，每种吸附剂之间用筛网分隔填装； 根据杂质含量多少不同，吸附床11是1 10套，如果是多套，每套之间串连 或者并联；阀门组的阀门是手动、气动或者是电动。图4为制冷系统15的组成图装置配置的制冷系统15是由制冷机36，冷 凝器37，贮氨器38，压力调节阀39，氨分器41和管道组成，制冷机是螺杆式 或活塞式，由电动机驱动，制冷剂是液氨或氟里昂，冷凝器是列管水冷式或者 蒸发式；气态制冷剂由制冷机36压缩，在冷凝器37中用水或空气冷凝成液态， 贮存在C氨器38中，由管道引到液化器14、全凝器20和氮冷却器4的下部， 经过压力调节阀39降压降温，把冷量传导给各类换热器列管中的介质而本身 被气化，经过氨分器41分离液体后，气体返回到制冷机36屮压縮循环使用； 制冷机出口压力在1.0 1.5MPa之间，经过调节阀39后的压力在0.1 0.35MPa 之间，温度在一40 一5t:之间。图5为精馏塔连同全凝器和再沸器整体安装的结构图装置配置的精馏塔 17是填料塔，内装波纹板或丝网状高效规整填料44和46，每层填料下面有填 料支撑板，填料上面有液体分布器，精馏塔中间有进料分布器45;精馏塔底再 沸器1S所用热量由制冷机36出口氨气提供，或者由吸附系统11后面干燥的工艺气体提供；精馏塔顶全凝器20的冷量由贮氨器38的液体冷剂经调节阀39 降压后提供；精馏塔17和再沸器18及全凝器20可以分体安装，也可以是整 体安装，整体安装时全凝器20变成立式列管式42，直接立在精馏塔顶部，列 管与塔顶填料段相通，列管间由低温冷剂制冷。再沸器18连装在精馏塔底部， 呈立式或者卧式，气体加热管47是U形管、或者是盘管；精馏塔17顶部有进 出料管41和48;如果装置生产能力大，精馏塔可以改变成板式精馏塔。 本发明的效果和益处是通过实施本发明建成装置后，可以使各种气源的二氧 化碳经过提浓后，都能有效地脱出全部杂质，液体二氧化碳产品纯度达到99.9 % 99.999%，符合国家食品添加剂标准要求。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。实施例12003年在锦州建造一套吸附精馏技术提纯二氧化碳装置，根据原料气情况 没有设前部的水洗塔l、盐水洗涤塔2和鼓风机3，其他设备参数为氨冷却器 4换热面积25m2，压縮机6排气量2400Nm3/h，压力3.0Mpa;冷却器7为列管 式，面积251112;稳压罐8尺寸(M000X1600;净化床9尺寸小700X5000，每个 床内装脱硫剂200kg，氧化铝380kg，分子筛480kg，活性炭180kg;吸附床11 尺寸cj)500X5000，每个床内装醇醛吸附剂175kg，含银乙烯分子筛85kg，芳烃 吸附剂135kg，氮氧化物吸附剂147kg，氨吸附剂55kg。预冷器13为列管式，面积35m、冷冻系统15冷冻机制冷量873kw;液化 器14为U形管浮头式，面积150m2;闪蒸罐16尺寸为ci) 1600X2000;精馏塔 17尺寸为4)500X15250;再沸器18为U形管浮头式，面积64m2;全凝器20 为U形管浮头式，面积84 m2;回流罐19尺寸为(H200X2000;回流泵流量3.0m3/h，扬程50m;产器罐22分工业级和食品级两个，每个体积105m3。整套装置在3.0Mpa压力下操作，净化床9和吸附床11在常温下吸附，250"C以下用闪蒸和精馏塔的轻组分气体解吸；加热器12为电加热器，功率40kw，精馏塔17进料温度-1(TC，塔顶-14.7'C，塔底-6'C;原料气中二氧化碳含量92.1%，水6.73%，氢气0.012%，甲垸536ppm,乙烯1680ppm，氧气80ppm， 一氧化碳264ppm，甲醇57ppm，乙醛43ppm，氨26ppm，硫化物29ppm，氮氧化物113ppm。提纯后的液体二氧化碳产量4.12t/h,年产量30000 t/a，纯度99.992%，水3ppm，氢气、甲垸、 一氧化碳、氧气轻组分含量小于l.Oppm，乙烯、甲醇、乙醛、硫化物、氮氧化物、氨气被吸附组分含量小于l.Oppm，完全符合国家最新食品添加剂级二氧化碳标准。实施例22006年在嘉兴建造一套吸附精馏技术提纯二氧化碳装置，根据原料气情况 没有设前部的水洗塔1和盐水洗涤塔2。其他设备参数为鼓风机3流量 3000Nm3/h，氨冷却器4换热面积40m2，压缩机6排气量2300Nm3/h，压力2.7Mpa; 冷却器7为列管式，面积35m2;水冷却器10为列管式，面积30m2;稳压罐8 尺寸(H000X1600;净化床9尺寸4>800X5000，每个床内装脱硫剂340kg，氧 化铝420kg，分子筛660kg，活性炭280kg;吸附床11尺寸小800X 5000，每个 床内装醇醛吸附剂230kg，炔烃吸附剂166kg，含银乙烯分子筛485kg，烷烃吸 附剂242kg，氮氧化物吸附剂265kg，苯吸附剂235kg。预冷器13为列管式，面积55m 冷冻系统15冷冻机制冷量921kw;液化 器14为U形管浮头式，面积160m2;闪蒸罐16尺寸为4> 1600X2000;精馏塔17尺寸为* 500X12550;再沸器18为U形管浮头式，面积60m2;全凝器20 为U形管浮头式，面积70 m2;回流罐19尺寸为4)1200X1800;回流泵流量 3.0m3/h，扬程50m;产器罐22分工业级和食品级两个，每个体积105m3。整套装置在2.7Mpa压力下操作，净化床9和吸附床11在常温下吸附，220 'C以下用闪蒸和精馏塔的轻组分气体解吸；加热器12为电加热器，功率50kw， 精馏塔17进料温度-1(TC，塔顶-14.7。C，塔底-6。C;原料气中二氧化碳含量96.4%，水3.41%，氢气0.012%，甲烷1132ppm， 苯3.6ppm，乙烯1520ppm，氧气300ppm，氮264ppm，甲醇26ppm，乙醛13ppm， 磷化物6ppm，硫化物2,9ppm，氮氧化物62ppm。提纯后的液体二氧化碳产量3.8t/h，年产量29000 t/a，纯度99.996%，水含 量小于5ppm，氢气、甲垸、氮气、氧气轻组分含量小于1.0ppm，乙烯、甲醇、 乙醛、硫化物、氮氧化物、苯被吸附组分含量小于l.Oppm，完全符合国家最新 食品添加剂级二氧化碳标准。实施例32007年在梅河口建造一套吸附精馏技术提纯二氧化碳装置，设备参数为 水洗塔1尺寸小800X6200，盐水洗涤塔2尺寸4> 900X5400，用高锰酸钾配置 成3%水溶剂洗涤，，上部有水洗段3000mm，鼓风机3流量3000Nm3/h，氨冷却 器4换热面积40m2，压缩机6排气量2700Nm3/11，压力2.7Mpa;冷却器7为列 管式，面积40m2;水冷却器10为列管式面积35m2;稳压罐8尺寸4> 1000X 1600; 净化床9尺寸4> 1000X6000，每个床内装醇醛吸附剂1540kg，活性炭880kg， 脱硫剂270kg，油脂吸附剂170kg;吸附床11尺寸4)800X5000，每个床内装乙 烷分子筛460kg，芳烃吸附剂245kg，氮氧化物吸附剂120 kg，氧化铝460kg，A分子筛550kg，。预冷器13为列管式，面积45m、冷冻系统15冷冻机制冷量921kw;液化 器14为U形管浮头式，面积160m2;闪蒸罐16尺寸为4) 1600X2000;精馏塔 17尺寸为d>500X8550;再沸器18为U形管浮头式，面积36m2;全凝器20为 列管立式，面积40m、精馏塔17、再沸器18、全凝器20为一体式设计，产器 罐22分工业级和食品级两个，每个体积105m3。整套装置在2.7Mpa压力下操作，净化床9和吸附床11在常温下吸附，240 。C以下用闪蒸和精馏塔的轻组分气体解吸；加热器12为电加热器，功率60kw， 精馏塔17进料温度-10°C，塔顶-14TC，塔底-6t:;原料气中二氧化碳含量92.1%， 7jC4.61%，氢气1.12%，甲烷687ppm，苯 1.6ppm，，氧气0.8%，氮1.00%，甲醇256ppm，乙醇886ppm，乙醛42ppm，硫 化氢6.2ppm，氮氧化物2.2ppm。提纯后的液体二氧化碳产量3.75t/h，年产量30000 t/a，纯度99.994%,水 含量小于10ppm，氢气、甲烷、氮气、氧气轻组分含量小于l.Oppm，甲醇、乙 醛、硫化氢、氮氧化物、苯被吸附组分含量小于l.Oppm，完全符合国家最新食 品添加剂级二氧化碳标准。
权利要求
1、一种用吸附精馏技术回收提纯二氧化碳气体的装置，它是由水洗塔(1)，盐水洗涤塔(2)，鼓风机(3)，氨冷却器(4)，分水罐(5)，压缩机(6)，冷却器(7)，稳压罐(8)，净化系统(9)，水冷却器(10)，吸附系统(11)，换热器(12)，预冷器(13)，液化器(14)，制冷系统(15)，闪蒸罐(16)，精馏塔(17)，再沸器(18)，回流罐(19)，全凝器(20)，管道系统(21)和产品罐(22)组成，其特征是含有气体杂质的二氧化碳气，首先经过水洗塔(1)中降温除尘，在盐水洗涤塔(2)中洗涤净化，冷却分水后进入压缩机(6)加压，在压力下经过冷却稳压后，进入净化床(9)脱除硫化物、水和油脂，冷却后经过吸附床(11)脱除其他化合物、有机氧化物、氮氧化物、轻烃和苯系物，在液化器(14)中被冷冻系统(15)提供的冷剂液化，进入闪蒸罐(16)或精馏塔(17)中脱除氢气、甲烷、一氧化碳、氮气、氧气，闪蒸罐(16)底部引出液体二氧化碳，纯度为99.5％～99.99％，达到国家工业级二氧化碳产品标准，进入产品罐贮存，外运使用；精馏塔(17)底部引出液体二氧化碳，纯度为99.9％～99.999％，达到国家食品添加剂级和国际饮料协会标准，进入产品罐贮存，外运使用；各部件的连接关系是水洗塔(1)的上端出口由管道与盐水洗涤塔(2)底部的进口相连，盐水洗涤塔(2)的上端出口与鼓风机(3)入口相连，鼓风机的出口与氨冷却器(4)入口相连，氨冷却器出口与分水罐(5)入口相连，分水罐上端出口与压缩机(6)入口相连，压缩机的出口用管道与冷却器(7)入口连接，冷却器出口与稳压罐(8)相连，再连接净化系统(9)到水冷却器(10)，然后连接到吸附系统(11)；吸附系统经预冷器(13)连接到带有冷冻系统(15)的液化器(14)上，液化器(14)的出口连接到闪蒸罐(16)或精馏塔(17)的进口，闪蒸罐(16)的下端出口由管道连接到产品罐(22)的进料口，精馏塔(17)的上端气体出口与全凝器(20)进口相连，全凝器的上端出口连接到预冷器(13)的上部进口，而全凝器(20)的下端出口与回流罐(19)相连，回流罐(19)出口经回流泵连接到精馏塔(17)上部的回流进口，精馏塔(17)的下端出口由管道与再沸器(18)的下部进口相连接，而再沸器(18)下部的出口与产品罐(22)的进口相连，从而构成吸附精馏提纯二氧化碳装置。
2、 按照权利要求1所述的吸附精馏技术提纯二氧化碳装置，其特征在于盐 水洗涤塔(2)下部所用的盐水溶液，是由高锰酸盐、亚硫酸盐、碳酸盐、或有机 酸盐和水配制，浓度为1 35%，用离心泵送入塔中，洗涤塔上部串接有水洗 塔，用水净化气体。
3、 按照权利要求1所述的吸附精馏技术提纯二氧化碳装置，其特征在于分 水罐(5)和稳压罐(8)均制成圆桶状，上下有椭圆形封头，上部封头开有出 气口，下部封头开有排水口，气体进口在圆桶外侧上部的约三分之一处，从切 线方向进入。
4、 按照权利要求l所述的吸附精馏技术提纯二氧化碳装置，其特征在于氨 冷却器(4)、冷却器(7)，水冷却器(10)所用的冷剂是低温液氨、氟里昂或 循环冷却水。
5、 按照权利要求1所述的吸附精馏技术提纯二氧化碳装置，其特征在于压 縮机(6)是多级活塞式，由异步或同步电动机驱动，阀片、活塞环和缸套与 气体接触的部位由不锈钢制成。
6、 按照权利要求1所述的吸附精馏技术提纯二氧化碳装置，其特征在于净 化系统(9)是由两个同样大小体积的圆桶组成一套，每个圆桶是等径或者变 径，上部有法兰封头(25)，并有进出气口 (24)，底部的封头也开有进出气口(29)，圆桶内依次装有脱硫剂、氧化铝、活性碳、硅胶或分子筛填料(26); 每种填料之间用筛板(27)或筛网隔离，底部有敷设筛网的支撑筛板(28)， 两个圆桶的上下进出气口 (24)和(29)都由管道与四个阀门分两组并联连接， 两个阀门中间管道上开有进排气口；根据气源中杂质成分不同，净化床中的吸 附剂填料(26)是一种，或者是1 10种分隔填装，净化床(9)是一套或者 是1 10套串连，阀门是手动、气动或者电动。
7、 按照权利要求1所述的吸附精馏技术提纯二氧化碳装置，其特征在于吸 附系统(11)是由两个同样大小体积的圆桶组成一套，每个圆桶是等径或者变 径，上部有法兰封头(31)，并有进出气口 (30)，底部的封头也开有进出气口(35)，圆桶内依次装有氮氧化物吸附剂、磷氨类吸附剂、烯烃烷烃吸附剂、 芳烃吸附剂或者重组分杂质吸附剂(33);每种填料之间用筛板(32)或筛网 隔离，底部有敷设筛网的支撑筛板(34)，两个圆桶的上下进出气口 (30)和(35)都由管道与四个阀门分两组并联连接，两个阀门中间管道上开有进排气 口；根据气源中杂质成分不同，吸附床中的吸附剂(33)是一种或者是1 10 种分隔填装；吸附床(11)是一套或者是1 K)套串连；阀门是手动、气动或 者是电动。
8、 按照权利要求1所述的吸附精馏技术提纯二氧化碳装置，其特征在于冷 冻系统是由制冷机(36)，冷凝器(37)，贮氨器(38)，压力调节阀(39)，氨 分器(41)和管道组成，制冷机是活塞式或者是螺杆式，由电动机驱动，制冷 剂是液氨或者氟里昂，冷凝器是列管水冷式或者蒸发式；二氧化碳液化器(14) 内的冷凝管是U形管或者直管，液化器(14)是卧式或者是立式安装。
9、 按照权利要求l所述的吸附精馏技术提纯二氧化碳装置，其特征在于精 馏塔(17)是填料塔，内装波纹板或丝网状高效规整填料(44)和(46)，填料下面有填料支撑板，上面有液体分布器，中间有进料分布器(45);精馏塔底再沸器(18)所用热量由制冷机(36)出口氨气提供，或者由吸附系统后面 干燥的工艺气体提供；精馏塔顶全凝器(20)的冷量由贮氨器(38)里的液体 制冷剂经降压后提供；精馏塔(17)和再沸器(18)及全凝器(20)是分体制作安装， 或者是整体设计安装，整体安装时全凝器(20)变成立式列管式(42)，直接 放在精馏塔顶部，再沸器(18)连装在精馏塔底部，呈立式或者卧式，气体加 热管(47)是U形管或者是盘管，精熘塔(17)顶部有进出料管(41)和(48)。 10、按照权利要求1所述的吸附精馏技术提纯二氧化碳装置，其特征在于 由闪蒸罐(16)、精馏塔(17)、回流罐(19)、产品罐(22)顶部排出的轻组分 气体，经过预冷器(13)、换热器(12)加热升温后，都可作为净化床(9)和 吸附床.(ll)的再生气，带出解析的杂质气体后排出到气体总管中，不使用界 外的再生气；换热器(12)是蒸汽、热油换热器或者是电加热器。
全文摘要
本发明涉及一种用吸附精馏技术回收提纯二氧化碳气体的装置。它是由水洗塔、盐水洗涤塔、鼓风机、氨冷却器、分水罐、压缩机、冷却器、稳压罐、净化系统、水冷却器、吸附系统、加热器、预冷器、液化器、制冷系统、闪蒸罐、精馏塔、再沸器、回流罐、全凝器、管道和产品罐组成。含气体杂质的二氧化碳气，经水洗降温除尘、盐水洗涤分水后，进压缩机增压，冷却分水后进入净化床脱除硫化物、水和油脂，经吸附床脱除其他化合物、氧化物、氮氧化物、轻烃和苯系物等杂质，预冷后在液化器中被冷剂液化，进入闪蒸罐或精馏塔中脱除氢气、甲烷、一氧化碳、氮气、氧气，闪蒸罐或精馏塔底部引出液体二氧化碳，纯度为99.9％以上，达到国家食品级标准，进入产品罐贮存。
文档编号B01D53/02GK101254918SQ20081001090
公开日2008年9月3日 申请日期2008年3月31日 优先权日2008年3月31日
发明者张永春, 李桂民 申请人:大连理工大学