高纯度二氧化碳气体再提纯装置及方法与流程

本发明涉及二氧化碳气体提纯领域，具体涉及高纯度二氧化碳气体再提纯装置及方法。

背景技术：

1、工业上通过煅烧法、发酵气回收法、燃烧尾气回收法、副产气体回收法等方式获取大量的二氧化碳，获取的二氧化碳根据来源和获取设备不同，其浓度有较大的差异，其中煅烧法获取到的二氧化碳以及燃烧尾气回收法获取的二氧化碳纯度较高，可以满足普通使用。但是对于特殊领域和用途来而言，必须要达到国标级高纯二氧化碳的标准。目前主要的二氧化碳提纯技术包括物理吸收技术、化学吸收技术、膜分离技术、变压吸附技术(pas法)等。

2、变压吸附及时利用固体吸附剂选择性的吸附二氧化碳的特点，在高压时二氧化碳被吸附，降压后被吸附的二氧化碳被释放，从而实现提纯二氧化碳并与其他气体分离的目的。目前的变压吸附过程在对二氧化碳加压后，采用高纯度二氧化碳对吸附塔中的未被吸附的气体进行冲洗稀释，直到被冲洗排出的二氧化碳浓度达到一定值后，冲洗尾气才被回收再次利用，因此在被冲洗排出的二氧化碳浓度达到一定的值之前用于冲洗的高纯度二氧化碳被浪费掉，减低了生产产量。

3、变压吸附的过程中吸附塔内部压强周期性的增强减弱，因此吸附塔表面温度也会周期性升高、降低，降温不及时将会出现热量续集导致吸附温度过高产生安全隐患，同时降温过程中制冷量也没有被利用，造成能量浪费。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的就是提供高纯度二氧化碳气体再提纯装置，将吸附塔加压过程中产生的热量转移，同时利用吸附塔降压过程中吸冷的特性，将其产生的的制冷量给蓄积，利用到其加压过程中，减少了整体能耗，加速了降温速度；提纯过程中可以减少冲洗稀释吸收管的高纯度二氧化碳的使用量，提高产量。

2、本发明的目的是通过这样的技术方案实现的：

3、高纯度二氧化碳气体再提纯装置，包括提纯分离单元和冷却单元；

4、所述提纯分离单元包括：

5、气源罐；

6、第一增压泵，进气端通过总阀与气源管连通；

7、三个吸附塔，内部设有吸附剂；

8、储气单元；

9、三个出气控制单元，分别将三个吸附塔储气单元依次串联成提纯线；三个所述出气控制单元还分别与气源罐和储气单元连通；所述第一增压泵的出气口与提纯线源头的吸附塔内部连通；

10、三个空间置换组件，分别设置在吸附塔内部；

11、三个加注控制组件，分别三个吸附塔内部的空间置换组件连通；

12、第三增压泵，进气口分别与三个所述出气控制单元的回气阀门连通，另一端与气源罐连通；

13、膜分离设备，与储气单元连通；

14、溶剂吸收设备，与膜分离设备连通；

15、所述冷却单元包括：

16、三个热交换组件，分别外包裹在三个吸附塔的外表面，与吸附塔的表面进行热交换；

17、三个出液自力式三通温度控制阀，进液端分别与三个热交换组件的底部连通，热出液端与换热组件连通，冷出液端与蓄冷组件连通；

18、三个泵送组件，进液端分别与蓄冷组件、换热组件连通，出液端与三个热交换组件的顶部连通；

19、所述热交换组件、换热组件、蓄冷组件、出液自力式三通温度控制阀以及泵送组件内部的冷却剂为不可以压缩的冷却液体。

20、进一步地，所述出气控制单元包括：

21、废气阀门，一端与吸附塔内部连通，另一端与外界大气联通；

22、回气阀门，一端与吸附塔内部连通，另一端与气源罐内部连通；

23、输气阀门，一端与吸附塔内部连通；

24、冲洗阀门，一端与储气单元连通，另一端与上游相邻的吸附塔内部连通；

25、第二增压泵，进气端与输气阀门的另一端连通，其另一端与下游的吸附塔或储气单元联通；

26、输出总线，一端与吸附塔内部连通，另一端分别与废气阀门、回气阀门、输气阀门连通；

27、检测二氧化碳浓度的浓度传感器，与输出总线连通；

28、提纯线下游的两个吸附塔之间的出气控制单元还包括反冲阀门，一端与第二增压泵的输出端连通，另一端与上游的吸附塔的前一个吸附塔的内部连通。

29、进一步地，所述空间置换组件包括：

30、固定板，设置在吸附塔内的上部；

31、弹性变形的气囊，固定在固定板上，与固定板围成密闭空间；

32、通气管，一端穿过吸附塔和固定板与气囊内部连通，另一端与一个加注控制组件连通；

33、拉绳，一端与气囊底部内表面连接；

34、提升桶，开口向上的盒装，底部外表面与拉绳另一端连接；所述提升桶的侧壁设有若干下进气孔；

35、弹性变形的提拉筒，下端与提升桶开口无缝连通，所述提拉筒的外表面设有若干全内凹的变形引导槽；

36、固定筒，开口向下的盒状，开口与提拉筒的上端无缝连通，顶部外表面与固定板固接，所述固定筒的侧壁设有若干上进气孔；所述通气管依次穿过吸附塔、固定板和固定筒与提拉筒内部连通。

37、进一步地，所述加注控制组件包括：

38、介质源罐，所述介质源罐内容置物为可压缩气体；

39、带单向阀的第四增压泵，进口端与介质源罐内部连通，出口端与对应的空间置换组件的通气管连通；

40、泄压阀，一端与空间置换组件的通气管连通；

41、三个所述加注控制组件的第四增压泵的出口端依次通过调压阀连通。

42、进一步地，所述热交换组件包括：

43、若干导热翅片，沿吸收剂罐体的轴线分为若干组，每组中的导热翅片沿相同间距设置；相邻两组中导热翅片错位设置，相邻两组翅片之间留有间隙；若干所述导热翅片的上下端面为锐角端面；所述导热翅片沿吸收剂罐体的轴向均匀的设置在吸收剂罐体的外表面，所述导热翅片的两个侧端面分别与吸收剂罐体以及隔热层无缝连接；所述隔热层上部和下部距离吸收剂罐体的顶端和下端留有容置空间；

44、隔热层，外包裹在吸收剂罐体外表面，将导热翅片薄覆，其顶部设有与泵送组件连通的进液口，底部设有与回流自动控制组件连通的出液口。

45、进一步地，所述换热组件包括：

46、板式换热器，第一进液接口与三个出液自力式三通温度控制阀的热出液端连通；

47、制冷组件，两端分别与板式换热器的第二进液接口以及与进液接口连通的第二出液接口连通；

48、蓄液箱，与板式换热器的第一出液接口以及三个泵送组件连通。

49、进一步地，所述泵送组件包括：

50、第一增压输送泵，进液口与蓄液箱连通，出液口与热交换组件内部连通；

51、第二增压输送泵，进液口与蓄冷组件连通，出液口与热交换组件内部连通；

52、泵送自力式三通温度控制阀，进液端与热交换组件的底部连通；

53、第一压力控制阀，设置在第一增压输送泵与热交换组件之间，控制端与泵送自力式三通温度控制阀的冷出液端连通，其控制端设有与外部连通的第一单向阀；

54、第二压力控制阀，设置在第二增压输送泵与热交换组件之间，控制端与泵送自力式三通温度控制阀的热出液端连通，其控制端设有与外部连通的第一单向阀；

55、第二单向阀，两端分别与蓄液箱和蓄冷组件连通，控制冷却剂从蓄液箱向蓄冷组件流动。

56、进一步地，所述冷却单元还包括：

57、冷却剂容器；

58、三个加压泵，进液口与冷却剂容器连通；

59、三个第三压力控制阀，其两端分别与三个加压泵的出液口以及三个热交换组件的顶部连通，其控制端与热交换组件的底部连通。

60、高纯度二氧化碳气体再提纯方法，包括以下步骤：

61、s1、将通过其他方法收集得到的高纯度二氧化碳气体集中到气源罐中，并向出气单元注入高压高纯度二氧化碳气体；

62、s2、打开总阀，启动第一增压泵，将待提纯气体加压注入到第一个吸附塔内，直到压强满足吸附要求后关闭第一增压泵和总闸；

63、s3、与第一吸附塔连通的第四增压泵工作，将吸附塔内的气囊膨胀，与此同时打开与第一吸附连通的废气阀门，获取浓度传感器数值；

64、如果流过浓度传感器的气体的二氧化碳浓度低于可重复利用的最低浓度，通过与第一吸附连通的废气阀门将气体排出；

65、如果流过浓度传感器的气体的二氧化碳浓度达到可重复利用的最低浓度，关闭与第一吸附连通的废气阀门，打开与第一吸附连通的回气阀门，并同时启动第三增压泵；

66、s4、气囊完全舒展后，打开与第一吸附连通的冲洗阀门，高压高纯度二氧化碳对第一吸附塔进行冲洗；

67、s5、实时监测流过浓度传感器的气体的二氧化碳浓度；

68、如果流过浓度传感器的气体的二氧化碳浓度低于可重复利用的最低浓度，通过与第一吸附连通的废气阀门将气体排出；

69、如果流过浓度传感器的气体的二氧化碳浓度达到可重复利用的最低浓度，关闭与第一吸附连通的废气阀门，打开与第一吸附连通的回气阀门，并同时启动第三增压泵；

70、如果流过浓度传感器的气体的二氧化碳浓度达到可进一步吸附提纯的最低浓度，关闭与第一吸附连通的废气阀门、回气阀门，打开与第一吸附连通的输气阀门，并同时打开与第一吸附连通的第二增压泵，将气体输入第二吸附塔中；

71、s6、气体注入第二吸附塔后达到预定的压强中，停止将气体注入第二吸附塔；

72、s7、第二吸附塔连通的第四增压泵工作，将吸附塔内的气囊膨胀，与此同时打开与第二吸附连通的废气阀门，获取浓度传感器数值；

73、如果流过浓度传感器的气体的二氧化碳浓度低于可重复利用的最低浓度，通过与第二吸附连通的废气阀门将气体排出；

74、如果流过浓度传感器的气体的二氧化碳浓度达到可重复利用的最低浓度，关闭与第二吸附连通的废气阀门，打开与第二吸附连通的回气阀门，并同时启动第三增压泵；

75、s8、气囊完全舒展后，打开与第二吸附连通的冲洗阀门，高压高纯度二氧化碳对第二吸附塔进行冲洗；

76、s9、实时监测流过浓度传感器的气体的二氧化碳浓度；

77、如果流过浓度传感器的气体的二氧化碳浓度低于可重复利用的最低浓度，通过与第二吸附连通的废气阀门将气体排出；

78、如果流过浓度传感器的气体的二氧化碳浓度达到可重复利用的最低浓度，关闭与第二吸附连通的废气阀门，打开与第二吸附连通的回气阀门，并同时启动第三增压泵；

79、如果流过浓度传感器的气体的二氧化碳浓度达到可进一步吸附提纯的最低浓度，关闭与第二吸附连通的废气阀门、回气阀门，打开与第二吸附连通的输气阀门，并同时打开与第二吸附连通的第二增压泵，将气体输入下一个吸附塔中；

80、s10、第三吸附塔按照步骤s6～s9中第二吸附塔的工作步骤进行工作，最后将提纯后的气体注入储气单元中；

81、s11、储气单元中的气体进入膜分离设备，将气体进一步的提纯；

82、s12、经过膜分离设备提纯后的气体进入溶剂吸收设备中再次提纯，得到符合国标的高浓二氧化碳气体。

83、进一步地，当第二吸附塔开始降压后，对第一吸附塔进行冲洗时可以打开与第二吸附塔连通的反冲阀门、冲洗阀门中的一个或两个对第一吸附塔进行冲洗；

84、当第三吸附塔开始降压后，对第二吸附塔进行冲洗时可以打开与第三吸附塔连通的反冲阀门、冲洗阀门中的一个或两个对第二吸附塔进行冲洗。

85、由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

86、1、热交换组件与吸附塔体接触，将吸附塔内部产生的热量导出吸附塔，实现快速增压的目的；吸附塔降压过程中可以将制冷剂温度降低，为后续吸附塔增压降温，降低能耗。

87、2、系统采用出液自力式三通温度控制阀，吸附塔在增压和降压的过程中系统无需外部控制设备自动切换制冷剂的流动，实现热量通过换热组件散出以及蓄冷组件对吸附塔降温的目的，减少能量的浪费，降低生产成本。

88、3、每个吸附塔通过出气控制单元与下游的吸附塔或储气单元联通，使得每个吸附塔在冲洗的过程中仅需要下一级吸附和或储气单元内的二氧化碳，不必须使用高浓度的提纯后的二氧化碳，降低了二氧化碳的消耗量，可以增加二氧化碳的产量。

89、4、每个吸附塔在冲洗前通过空间置换组件可以将未被吸附的气体尽可能的直接排离吸附塔，而非此采用冲洗稀释的方式排离，减少了使用比本级吸附塔气源二氧化碳浓度更高的气体的消耗，可以增加二氧化碳的产量。

90、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。