專利名稱：吸附精餾技術(shù)提純二氧化碳裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種用吸附精餾技術(shù)回收提純二氧化碳?xì)怏w的裝置。
背景技術(shù)：
目前二氧化碳廢氣對大氣的污染越來越嚴(yán)重，各種工業(yè)過程過量無限制地 排放二氧化碳，會使大氣層形成可怕的溫室效應(yīng)，對人類的生存環(huán)境會帶來災(zāi) 難性影響。另一方面，二氧化碳又是非常寶貴的碳資源，可以被用于化工、機(jī) 械、食品、農(nóng)業(yè)等多種領(lǐng)域，用途非常廣泛。所以如何回收提純再利用各種工 業(yè)廢氣中的二氧化碳，已經(jīng)成為人們越來越重視的課題。聯(lián)合國的氣候變化框 架公約，和我國的節(jié)能減排政策都充分顯示了世界范圍內(nèi)，對控制二氧化碳排 放和回收的重要性和迫切性。
現(xiàn)在回收工業(yè)廢氣中二氧化碳的技術(shù)有熱鉀堿、苯菲爾法、乙醇胺等化學(xué)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，這些方法主要用
于回收氣源中30%以下低濃度的二氧化碳，回收后的二氧化碳濃度可以達(dá)到98% 以上；西南化工研究院公開了發(fā)明專利CN88105938,介紹一種變壓吸附法回收 二氧化碳技術(shù)，可以從合成氨變換氣中脫除二氧化碳，但二氧化碳的濃度不能 達(dá)到食品級標(biāo)準(zhǔn)要求；本人一項實用新型專利(專利號ZL03238678.8)在2003 年4月獲得了國家知識產(chǎn)權(quán)局授權(quán)，公開了二氧化碳回收裝置的結(jié)構(gòu)；后來被 多家單位把結(jié)構(gòu)更改后進(jìn)行仿制，但因為他們沒有得到技術(shù)精髓，致使仿制后 裝置的產(chǎn)品指標(biāo)達(dá)不到國家食品級標(biāo)準(zhǔn)要求；本人在2005年獲得國家知識產(chǎn)權(quán)局發(fā)明專利授權(quán)，公開了脫除二氧化碳中微量乙烯的分子篩吸附劑制作方法和
組成配方，(ZL200310105015.6，國際專利主分類號B01J20/18)，但只能是脫除 烯烴雜質(zhì)，不能脫出其他雜質(zhì)；日本日曹、英國BOC公司和國內(nèi)有的單位使用 催化燃燒法脫除二氧化碳中少量輕烴，但不能使輕烴脫除到ppm級，還不能脫 除不燃燒的硫化物等無機(jī)物雜質(zhì)，而且能耗太高，已經(jīng)被淘汰。
在我國進(jìn)入世界貿(mào)易組織后，國家在2006年9月重新制定和實施了食品添 加劑級二氧化碳標(biāo)準(zhǔn)，其中要求除了二氧化碳純度要達(dá)到99.9%以上外，還要 求另外21種不同雜質(zhì)都不要超過各自的標(biāo)準(zhǔn)。由于此前國內(nèi)提純二氧化碳的技 術(shù)還不完善，所以貫徹新的標(biāo)準(zhǔn)使國內(nèi)原來生產(chǎn)二氧化碳的企業(yè)都面臨著嚴(yán)峻 考驗，或者難以維系。 發(fā)明目的
本發(fā)明的目的，就是在原來獲得實用新型專利授權(quán)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善 專利的技術(shù)內(nèi)容，公開其技術(shù)內(nèi)涵，使各種氣源的二氧化碳通過實施本發(fā)明建 成裝置后，都能有效地脫出各種雜質(zhì)，生產(chǎn)出符合國家食品添加劑標(biāo)準(zhǔn)要求的 二氧化碳產(chǎn)品。 技術(shù)原理
吸附精餾技術(shù)提純二氧化碳裝置的技術(shù)原理是含有氣體雜質(zhì)的二氧化碳 氣，首先經(jīng)過水洗塔l中降溫除塵，在鹽水洗滌塔中洗滌凈化，冷卻分水后進(jìn)
入壓縮機(jī)6加壓，在壓力下經(jīng)過冷卻穩(wěn)壓后，進(jìn)入凈化床9脫除硫化物、水和
油脂，冷卻后經(jīng)過吸附床11進(jìn)一步脫除硫化物、氧化物、氮氧化物、輕烴和
苯系物，在液化器14中被冷凍系統(tǒng)15提供的冷劑液化，進(jìn)入閃蒸罐16或精 餾塔17中脫除氫氣、甲烷、 一氧化碳、氮?dú)?、氧氣；閃蒸罐16底部引出液體 二氧化碳，純度為99.5% 99.9%，達(dá)到國家工業(yè)級二氧化碳產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)入產(chǎn)品罐貯存，外運(yùn)使用；精餾塔17底部引出液體二氧化碳，純度為99.9% 99.999%,達(dá)到國家食品添加劑級和國際飲料協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)入產(chǎn)品罐貯存，外 運(yùn)使用。
二氧化碳的臨界溫度是31.4。C，臨界壓力是7.28Mpa，常壓沸點是-78.4°。。 在二氧化碳原料氣中有沸點高的重組分雜質(zhì)，水、硫化物、氮氧化物、有機(jī)氧 化物、烷烴烯烴、芳烴、磷化物、氨、氰化氫等雜質(zhì)沸點比二氧化碳高，在二 氧化碳液化貯存時，都可以溶解在液體二氧化碳中，這就必須在二氧化碳液化 前，用不同的吸附劑逐一吸附除去，才能各自達(dá)到國家食品級二氧化碳對各個 組分標(biāo)準(zhǔn)的要求。所以在二氧化碳液化前，設(shè)計一套或者多套凈化床和吸附床， 內(nèi)裝不同型號和性能的凈化劑、干燥劑和吸附劑，分歩把如上雜質(zhì)吸附除盡。
凈化床和吸附床中的吸附劑吸附雜質(zhì)達(dá)到飽和后，需要對吸附劑進(jìn)行再生， 其再生過程以第一個凈化床為例由閃蒸罐16、回流罐19和產(chǎn)品罐22排出的 輕組分氣體，或者界外引來的氣體，作為再生氣通過管道和閥門進(jìn)入預(yù)冷器13， 在加熱器12中加熱，升溫到10(TC以上，通過凈化床上的閥門，與吸附過程反 向進(jìn)入凈化床，對吸附劑進(jìn)行再生，經(jīng)閥門連同解析出來的雜質(zhì)氣體一起排出 到廢氣管網(wǎng)中；當(dāng)恒溫一定時間后，凈化床中的吸附劑再生完全，出口氣體的 溫度上升到10(TC以上時，關(guān)閉加熱系統(tǒng)，讓冷的再生氣體繼續(xù)通入，使凈化床 的溫度降到常溫，再關(guān)閉閥門，凈化床再生完畢以備再用。兩個凈化床如此輪 換操作，可以保證生產(chǎn)過程連續(xù)進(jìn)行；吸附床系統(tǒng)的再生操作過程與此相同。
原料氣中的氫氣、氮?dú)狻?一氧化碳、氧氣、氬氣、甲烷等組分，沸點比二 氧化碳低，屬于輕組分，在二氧化碳液化過程中，少部分會溶解在液態(tài)二氧化 碳中。當(dāng)生產(chǎn)工業(yè)級產(chǎn)品時，標(biāo)準(zhǔn)中對一些雜質(zhì)沒有純度要求，可以允許二氧 化碳中存留一少部分雜質(zhì)，這樣液化后的二氧化碳連同輕組分 -起進(jìn)入閃蒸罐，通過閃蒸分離排出大部分不溶解的輕組分氣體，液體二氧化碳作為工業(yè)級產(chǎn)品 進(jìn)入工業(yè)級產(chǎn)品罐貯存使用。
當(dāng)生產(chǎn)食品級產(chǎn)品時，標(biāo)準(zhǔn)中對一些雜質(zhì)純度各自都有要求，不允許二氧 化碳中存留的雜質(zhì)超過各自的標(biāo)準(zhǔn)，這樣液化后的二氧化碳連同輕組分一起必 須進(jìn)入精餾塔中，通過塔底再沸器利用加熱把溶解在液態(tài)二氧化碳中的雜質(zhì)趕 出，通過塔內(nèi)的填料層進(jìn)行氣液傳質(zhì)操作，逐歩把輕組分集中在塔頂，連續(xù)排 出到塔外。在排除輕組分過程中要連帶一部分氣態(tài)二氧化碳，要經(jīng)過全凝器利 用制冷劑低溫?fù)Q熱，把攜帶的二氧化碳液化，通過外回流或者全回流，流回到
精餾塔中集中在塔底，經(jīng)過這些過程處理的二氧化碳純度達(dá)到99.9% 99.999 %，雜質(zhì)含量符合各自標(biāo)準(zhǔn)要求，統(tǒng)一作為食品級二氧化碳，進(jìn)入食品級產(chǎn)品 罐貯存使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣來實現(xiàn)的(見附圖1):
一種用吸附精餾技術(shù)回收提純二氧化碳?xì)怏w的裝置。它是由水洗塔1，鹽
水洗滌塔2，鼓風(fēng)機(jī)3，氨冷卻器4，分水罐5，壓縮機(jī)6，冷卻器7，穩(wěn)壓罐8， 凈化系統(tǒng)9，水冷卻器IO，吸附系統(tǒng)ll，換熱器12，預(yù)冷器13，液化器14， 制冷系統(tǒng)15，閃蒸罐16，精餾塔17，再沸器18，回流罐19，全凝器20，管 道系統(tǒng)21和產(chǎn)品罐22組成。含有氣體雜質(zhì)的二氧化碳?xì)?，首先?jīng)過水洗塔1 中降溫除塵，在鹽水洗滌塔中洗滌凈化，冷卻分水后進(jìn)入壓縮機(jī)6加壓，在壓 力下經(jīng)過冷卻穩(wěn)壓后，進(jìn)入凈化床9脫除硫化物、水和油脂，冷卻后經(jīng)過吸附 床ll進(jìn)一步脫除硫化物、氧化物、氮氧化物、輕烴和苯系物，在液化器14中 被冷凍系統(tǒng)15提供的制冷劑液化，進(jìn)入閃蒸罐16或精餾塔17中脫除氫氣、 甲烷、 一氧化碳、氮?dú)狻⒀鯕?，閃蒸罐16底部引出液體二氧化碳，純度為99.5% 99.9%，達(dá)到國家工業(yè)級二氧化碳產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)入產(chǎn)品罐貯存，外運(yùn)使用,-精餾塔17底部引出液體二氧化碳，純度為99.8% 99.999%，達(dá)到國家食品添 加劑級和國際飲料協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)入產(chǎn)品罐貯存，外運(yùn)使用。
各部件的連接關(guān)系是水洗塔l的上端出口由管道與鹽水洗滌塔2底部的 進(jìn)口相連，鹽水洗滌塔2的上端出口與鼓風(fēng)機(jī)3入口相連，鼓風(fēng)機(jī)的出口與氨 冷卻器4入口相連，氨冷卻器出口與分水罐5入口相連，分水罐上端出口與壓 縮機(jī)6入口相連，壓縮機(jī)的出口用管道與冷卻器7入口連接，冷卻器出口與穩(wěn) 壓罐8相連，再連接凈化系統(tǒng)9到水冷卻器10，然后連接到吸附系統(tǒng)ll;吸 附系統(tǒng)經(jīng)預(yù)冷器13連接到帶有冷凍系統(tǒng)15的液化器14上，液化器14的出口 連接到閃蒸罐16或精餾塔17的進(jìn)口，閃蒸罐16的下端出口由管道連接到產(chǎn) 品罐22的進(jìn)料口，精餾塔17的上端氣體出口與全凝器20進(jìn)口相連，全凝器 的上端出口連接到預(yù)冷器13的上部進(jìn)口 ，而全凝器20的下端出口與回流罐19 相連，回流罐19出口經(jīng)回流泵連接到精餾塔17上部的回流進(jìn)口，精餾塔17 的下端出口由管道與再沸器18的下部進(jìn)口相連接，而再沸器18下部的出口與 產(chǎn)品罐22的進(jìn)口相連。
各部件之間都是用不同管徑的管道相連，管道上相關(guān)部位配置有流量計、 閥門、管件，安裝有壓力計、溫度計等測量儀表，設(shè)備上也安裝有壓力、溫度、 液位等測量儀表，和安全閥、減壓閥等安全組件，關(guān)鍵部位的儀表參數(shù)統(tǒng)一由 PLC或者DCS系統(tǒng)程序控制，并帶有測量、調(diào)節(jié)、記錄、報警、貯存、印制 等功能，由中央機(jī)和計算機(jī)自動控制裝置自行運(yùn)作，從而構(gòu)成用吸附精餾技術(shù) 提純二氧化碳的完整裝置。
裝置前部的鹽水洗滌塔2下部所用的鹽水溶液， 一般是由高錳酸鹽和水配 制，用于凈化酒精廠氣體中醛類或者病菌類雜質(zhì)；如果用亞硫酸鹽、碳酸鹽、或有機(jī)酸鹽和水配制的溶液， 一般用在脫出原料氣中的硫化物等無機(jī)物雜質(zhì)。 這些溶液濃度在1 15%之間，用離心泵送入塔中，循環(huán)使用。洗滌塔上部一 般串接有水洗塔，用水凈化氣體，避免鹽溶劑進(jìn)入后部系統(tǒng)，水洗塔的水一般 用于再配制鹽溶液。裝置所用的分水罐5和穩(wěn)壓罐8均制成圓桶狀，上下有橢圓形封頭，上部封頭開有出氣口，下部封頭開有排水口，氣體進(jìn)口在圓桶外側(cè)上部的約三分之 一處，從切線方向進(jìn)入，氣體進(jìn)入罐中后呈旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，便于把氣體中帶入的水 分甩到罐壁上，然后向下流動，匯集在罐底排出。氣體切線方向進(jìn)入分水效率高。裝置中間的氨冷卻器4、冷卻器7，水冷卻器IO所用的冷介質(zhì)是低溫液氨、 氟里昂、循環(huán)冷卻水或者空氣。如果用空氣，換熱管采用翅片式，由風(fēng)扇冷卻。裝置所用的二氧化碳壓縮機(jī)6是三級或者四級的多級活塞式壓縮機(jī)，由同 歩或者異步電動機(jī)，與壓縮主機(jī)直聯(lián)或者皮帶傳接驅(qū)動，活塞環(huán)與缸壁之間無 油潤滑，閥片、活塞環(huán)和缸套等與氣體介質(zhì)接觸的部位由不銹鋼制成，或者活 塞環(huán)由聚四氟乙烯合成塑料制成。氣體在每一級壓縮后都進(jìn)入級間冷卻器用水 冷卻，在分水罐中分水，再進(jìn)入下一級壓縮。最后一級壓縮后的氣體壓力在1.8 4.0MPa之間，溫度在30 6(TC之間。裝置配置的凈化系統(tǒng)9是由兩個同樣大小體積的圓桶組成一套，每個圓桶 是等徑或者上部變徑，頂部有法蘭封頭25，并有進(jìn)出氣口 24，便于打開法蘭 裝填固體顆粒狀的吸附劑。底部的封頭也開有進(jìn)出氣口 29，圓桶內(nèi)依次裝有脫 硫劑、氧化鋁、活性碳、硅膠或者分子篩吸附劑26;各種吸附劑裝填量根據(jù)原 料氣中的雜質(zhì)多少不同而不同。每種填料之間用篩板27或篩網(wǎng)隔離，底部有 敷設(shè)篩網(wǎng)的支撐篩板28，最上部填料上面用敷設(shè)篩網(wǎng)的篩板壓住，避免填料顆粒浮動。兩個圓桶的上下進(jìn)出氣口 24和29都由管道與四個閥門分兩組并聯(lián)連 接，兩個閥門中間管道上開有進(jìn)排氣口。根據(jù)氣源中雜質(zhì)成分不同，凈化床中 的吸附劑26可以是一種，或者是多種吸附劑用篩板或者篩網(wǎng)分隔填裝。如果原料氣中有硫化物，凈化床9前面還需要串連1 6個吸附催化脫硫床， 采用吸附催化脫硫劑脫出硫化物；當(dāng)使用吸附催化脫硫床時，進(jìn)入吸附催化脫 硫床前要適當(dāng)給原料氣加熱到20 6(TC，并且要分離出冷凝水；根據(jù)原料氣中 的雜質(zhì)組分和含量不同，凈化床9是1 10套串連，組合閥門是手動、氣動或 者電動。裝置配置的吸附系統(tǒng)11是由兩個同樣大小體積的圓桶組成一套，每個圓桶 是等徑或者上部變徑，頂部有法蘭封頭31，并有進(jìn)出氣口 30，便于打開法蘭 裝填固體顆粒狀的吸附劑。底部的封頭也開有進(jìn)出氣口 35，圓桶內(nèi)依次裝有氮 氧化物吸附劑、磷氨類吸附劑、烯烴烷烴吸附劑、芳烴吸附劑或者重組分雜質(zhì) 吸附添加劑33，各種吸附劑裝填量根據(jù)原料氣中的雜質(zhì)多少不同而不同。每種 填料之間用篩板32或篩網(wǎng)隔離，底部有敷設(shè)篩網(wǎng)的支撐篩板34，最上部填料 上面用敷設(shè)篩網(wǎng)的篩板壓住，避免填料顆粒浮動。兩個圓桶的上下進(jìn)出氣口 30 和35都由管道與四個閥門分兩組并聯(lián)連接，兩個閥門中間管道上開有進(jìn)排氣 口；根據(jù)氣源中雜質(zhì)成分不同，吸附床屮的吸附劑33是1 12種，如果是多 種吸附劑，每種吸附劑之間用篩網(wǎng)分隔填裝；根據(jù)雜質(zhì)含量多少不同，吸附床 11是1 10套，如果是多套，每套之間串連或者并聯(lián)；閥門組的閥門是手動、 氣動或者是電動。裝置配置的制冷系統(tǒng)15是由制冷機(jī)36，冷凝器37，貯氨器38，壓力調(diào)節(jié) 閥39，氨分器41和管道組成，制冷機(jī)是螺桿式或活塞式，由電動機(jī)驅(qū)動，制 冷劑是液氨或氟里昂，冷凝器是列管水冷式或者蒸發(fā)式；氣態(tài)制冷劑由制冷機(jī)36壓縮，在冷凝器37中用水或空氣冷凝成液態(tài)，貯存在貯氨器38中，由管道 引到液化器14、全凝器20和氨冷卻器4的下部，經(jīng)過壓力調(diào)節(jié)閥39降壓降溫， 把冷量傳導(dǎo)給各類換熱器列管中的介質(zhì)而本身被氣化，經(jīng)過氨分器41分離液 體后，氣體返回到制冷機(jī)36中壓縮循環(huán)使用；制冷機(jī)出口壓力在1.0 1.5MPa 之間，經(jīng)過調(diào)節(jié)閥39后的壓力在0.1 0.35MPa之間，溫度在一40 一5""C之間。 裝置配置的精餾塔17是填料塔，內(nèi)裝波紋板或絲網(wǎng)狀高效規(guī)整填料44和 46，每層填料下面有填料支撐板，填料上面有液體分布器，精餾塔中間有進(jìn)料 分布器45;精餾塔底再沸器18所用熱量由制冷機(jī)36出口氨氣提供，或者由吸 附系統(tǒng)11后面干燥的工藝氣體提供；精餾塔頂全凝器20的冷量由貯氨器38 的液體冷劑經(jīng)調(diào)節(jié)閥39降壓后提供；精餾塔17和再沸器18及全凝器20可以 分體安裝，也可以是整體安裝，整體安裝時全凝器20變成立式列管式42，直 接立在精餾塔頂部，列管與塔頂填料段相通，列管間由低溫冷劑制冷。再沸器 18連裝^H精餾塔底部，呈立式或者臥式，氣體加熱管47是U形管、或者是盤 管；精餾塔17頂部有進(jìn)出料管41和48;如果裝置生產(chǎn)能力大，精餾塔可以改 變成板式精餾塔。裝置所配置的閃蒸罐16、精餾塔17、冋流罐19、產(chǎn)品罐22頂部排出的輕 組分氣體，經(jīng)過預(yù)冷器13、換熱器12加熱升溫后，都可作為凈化床9和吸附床 11的再生氣，帶出解析的雜質(zhì)氣體后排出到氣體總管中，不使用界外引入的再 生氣。換熱器12是蒸汽換熱器、熱油換熱器，或者是電加熱器。


圖1為吸附精餾技術(shù)提純二氧化碳裝置組成和配置圖表示這套裝置是由 水洗塔l，鹽水洗滌塔2，鼓風(fēng)機(jī)3，氨冷卻器4，分水罐5，壓縮機(jī)6，冷卻器 7，穩(wěn)壓罐8，凈化系統(tǒng)9，水冷卻器IO，吸附系統(tǒng)ll，換熱器12，預(yù)冷器13，液化器.14，制冷系統(tǒng)15，閃蒸罐16，精餾塔17，再沸器18，回流罐19，全凝 器20，管道系統(tǒng)21和產(chǎn)品罐22組成；含有氣體雜質(zhì)的二氧化碳?xì)?，首先?jīng)過 水洗塔l中降溫除塵，在鹽水洗滌塔中洗滌凈化，冷卻分水后進(jìn)入壓縮機(jī)6加 壓，在加壓下經(jīng)過冷卻穩(wěn)壓后，進(jìn)入凈化床9脫除硫化物、水和油脂，冷卻后 經(jīng)過吸附床ll脫除硫化物、有機(jī)氧化物、氮氧化物、輕烴和苯系物，在液化器 14中被冷凍系統(tǒng)15提供的冷劑液化，進(jìn)入閃蒸罐16或精餾塔17中脫除氫氣、 甲烷、 一氧化碳、氮?dú)?、氧氣，閃蒸罐16底部引出液體二氧化碳，純度為99.5 % 99..9%，達(dá)到國家工業(yè)級二氧化碳產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)入產(chǎn)品罐貯存，外運(yùn)使用； 精餾塔17底部引出液體二氧化碳，純度為99.9% 99.999%，達(dá)到國家食品添 加劑級和國際飲料協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)入產(chǎn)品罐貯存，外運(yùn)使用。圖2是裝置配置的凈化系統(tǒng)9是由兩個同樣大小體積的圓桶組成一套，每 個圓桶是等徑或者上部變徑，頂部有法蘭封頭25，并有進(jìn)出氣口 24，便于打 開法蘭裝填固體顆粒狀的吸附劑。底部的封頭也開有進(jìn)出氣口 29，圓桶內(nèi)依次 裝有脫硫劑、氧化鋁、活性碳、硅膠或者分子篩吸附劑26;各種吸附劑裝填量 根據(jù)原料氣中的雜質(zhì)多少不同而不同。每種填料之間用篩板27或篩網(wǎng)隔離， 底部有敷設(shè)篩網(wǎng)的支撐篩板28，最上部填料上面用敷設(shè)篩網(wǎng)的篩板壓住，避免 填料顆粒浮動。兩個圓桶的上下進(jìn)出氣口 24和29都由管道與四個閥門分兩組 并聯(lián)連接，兩個閥門中間管道上開有進(jìn)排氣口；根據(jù)氣源中雜質(zhì)成分不同，凈 化床中的吸附劑26是1 12種，如果是多種吸附劑，每一種吸附劑之間用篩 板或者篩網(wǎng)分隔填裝。根據(jù)雜質(zhì)含量多少不同，凈化床9是1 10套，如果是 多套，每套之間串連或者并聯(lián)；閥門組的閥門是手動、氣動或者是電動。圖3為吸附床系統(tǒng)11的結(jié)構(gòu)示意圖裝置配置的吸附系統(tǒng)11是由兩個同樣 大小體積的圓桶組成一套，每個圓桶是等徑或者上部變徑，頂部有法蘭封頭31，并有進(jìn)出氣口30，便于打開法蘭裝填固體顆粒狀的吸附劑；底部的封頭也開有 進(jìn)出氣口35，圓桶內(nèi)依次裝有氮氧化物吸附劑、磷氨類吸附劑、烯烴烷烴吸附 劑、芳烴吸附劑或者重組分雜質(zhì)吸附添加劑33，各種吸附劑裝填量根據(jù)原料氣 中的雜質(zhì)多少不同而不同；每種填料之間用篩板32或篩網(wǎng)隔離，底部有敷設(shè) 篩網(wǎng)的支撐篩板34,最上部填料上面用敷設(shè)篩網(wǎng)的篩板壓住，避免填料顆粒浮 動。兩個圓桶的上下進(jìn)出氣口 30和35都由管道與四個閥門分兩組并聯(lián)連接， 兩個閥門中間管道上開有進(jìn)排氣口；根據(jù)氣源中雜質(zhì)成分不同，吸附床中的吸 附劑33是1 12種，如果是多種吸附劑，每種吸附劑之間用篩網(wǎng)分隔填裝； 根據(jù)雜質(zhì)含量多少不同，吸附床11是1 10套，如果是多套，每套之間串連 或者并聯(lián)；閥門組的閥門是手動、氣動或者是電動。圖4為制冷系統(tǒng)15的組成圖裝置配置的制冷系統(tǒng)15是由制冷機(jī)36，冷 凝器37，貯氨器38，壓力調(diào)節(jié)閥39，氨分器41和管道組成，制冷機(jī)是螺桿式 或活塞式，由電動機(jī)驅(qū)動，制冷劑是液氨或氟里昂，冷凝器是列管水冷式或者 蒸發(fā)式；氣態(tài)制冷劑由制冷機(jī)36壓縮，在冷凝器37中用水或空氣冷凝成液態(tài)， 貯存在C氨器38中，由管道引到液化器14、全凝器20和氮冷卻器4的下部， 經(jīng)過壓力調(diào)節(jié)閥39降壓降溫，把冷量傳導(dǎo)給各類換熱器列管中的介質(zhì)而本身 被氣化，經(jīng)過氨分器41分離液體后，氣體返回到制冷機(jī)36屮壓縮循環(huán)使用； 制冷機(jī)出口壓力在1.0 1.5MPa之間，經(jīng)過調(diào)節(jié)閥39后的壓力在0.1 0.35MPa 之間，溫度在一40 一5t:之間。圖5為精餾塔連同全凝器和再沸器整體安裝的結(jié)構(gòu)圖裝置配置的精餾塔 17是填料塔，內(nèi)裝波紋板或絲網(wǎng)狀高效規(guī)整填料44和46，每層填料下面有填 料支撐板，填料上面有液體分布器，精餾塔中間有進(jìn)料分布器45;精餾塔底再 沸器1S所用熱量由制冷機(jī)36出口氨氣提供，或者由吸附系統(tǒng)11后面干燥的工藝氣體提供；精餾塔頂全凝器20的冷量由貯氨器38的液體冷劑經(jīng)調(diào)節(jié)閥39 降壓后提供；精餾塔17和再沸器18及全凝器20可以分體安裝，也可以是整 體安裝，整體安裝時全凝器20變成立式列管式42，直接立在精餾塔頂部，列 管與塔頂填料段相通，列管間由低溫冷劑制冷。再沸器18連裝在精餾塔底部， 呈立式或者臥式，氣體加熱管47是U形管、或者是盤管；精餾塔17頂部有進(jìn) 出料管41和48;如果裝置生產(chǎn)能力大，精餾塔可以改變成板式精餾塔。 本發(fā)明的效果和益處是通過實施本發(fā)明建成裝置后，可以使各種氣源的二氧 化碳經(jīng)過提濃后，都能有效地脫出全部雜質(zhì)，液體二氧化碳產(chǎn)品純度達(dá)到99.9 % 99.999%，符合國家食品添加劑標(biāo)準(zhǔn)要求。
具體實施方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實施例。實施例12003年在錦州建造一套吸附精餾技術(shù)提純二氧化碳裝置，根據(jù)原料氣情況 沒有設(shè)前部的水洗塔l、鹽水洗滌塔2和鼓風(fēng)機(jī)3，其他設(shè)備參數(shù)為氨冷卻器 4換熱面積25m2，壓縮機(jī)6排氣量2400Nm3/h，壓力3.0Mpa;冷卻器7為列管 式，面積251112;穩(wěn)壓罐8尺寸(M000X1600;凈化床9尺寸小700X5000，每個 床內(nèi)裝脫硫劑200kg，氧化鋁380kg，分子篩480kg，活性炭180kg;吸附床11 尺寸cj)500X5000，每個床內(nèi)裝醇醛吸附劑175kg，含銀乙烯分子篩85kg，芳烴 吸附劑135kg，氮氧化物吸附劑147kg，氨吸附劑55kg。預(yù)冷器13為列管式，面積35m、冷凍系統(tǒng)15冷凍機(jī)制冷量873kw;液化 器14為U形管浮頭式，面積150m2;閃蒸罐16尺寸為ci) 1600X2000;精餾塔 17尺寸為4)500X15250;再沸器18為U形管浮頭式，面積64m2;全凝器20 為U形管浮頭式，面積84 m2;回流罐19尺寸為(H200X2000;回流泵流量3.0m3/h，揚(yáng)程50m;產(chǎn)器罐22分工業(yè)級和食品級兩個，每個體積105m3。整套裝置在3.0Mpa壓力下操作，凈化床9和吸附床11在常溫下吸附，250"C以下用閃蒸和精餾塔的輕組分氣體解吸；加熱器12為電加熱器，功率40kw，精餾塔17進(jìn)料溫度-1(TC，塔頂-14.7'C，塔底-6'C;原料氣中二氧化碳含量92.1%，水6.73%，氫氣0.012%，甲垸536ppm,乙烯1680ppm，氧氣80ppm， 一氧化碳264ppm，甲醇57ppm，乙醛43ppm，氨26ppm，硫化物29ppm，氮氧化物113ppm。提純后的液體二氧化碳產(chǎn)量4.12t/h,年產(chǎn)量30000 t/a，純度99.992%，水3ppm，氫氣、甲垸、 一氧化碳、氧氣輕組分含量小于l.Oppm，乙烯、甲醇、乙醛、硫化物、氮氧化物、氨氣被吸附組分含量小于l.Oppm，完全符合國家最新食品添加劑級二氧化碳標(biāo)準(zhǔn)。實施例22006年在嘉興建造一套吸附精餾技術(shù)提純二氧化碳裝置，根據(jù)原料氣情況 沒有設(shè)前部的水洗塔1和鹽水洗滌塔2。其他設(shè)備參數(shù)為鼓風(fēng)機(jī)3流量 3000Nm3/h，氨冷卻器4換熱面積40m2，壓縮機(jī)6排氣量2300Nm3/h，壓力2.7Mpa; 冷卻器7為列管式，面積35m2;水冷卻器10為列管式，面積30m2;穩(wěn)壓罐8 尺寸(H000X1600;凈化床9尺寸4>800X5000，每個床內(nèi)裝脫硫劑340kg，氧 化鋁420kg，分子篩660kg，活性炭280kg;吸附床11尺寸小800X 5000，每個 床內(nèi)裝醇醛吸附劑230kg，炔烴吸附劑166kg，含銀乙烯分子篩485kg，烷烴吸 附劑242kg，氮氧化物吸附劑265kg，苯吸附劑235kg。預(yù)冷器13為列管式，面積55m 冷凍系統(tǒng)15冷凍機(jī)制冷量921kw;液化 器14為U形管浮頭式，面積160m2;閃蒸罐16尺寸為4> 1600X2000;精餾塔17尺寸為* 500X12550;再沸器18為U形管浮頭式，面積60m2;全凝器20 為U形管浮頭式，面積70 m2;回流罐19尺寸為4)1200X1800;回流泵流量 3.0m3/h，揚(yáng)程50m;產(chǎn)器罐22分工業(yè)級和食品級兩個，每個體積105m3。整套裝置在2.7Mpa壓力下操作，凈化床9和吸附床11在常溫下吸附，220 'C以下用閃蒸和精餾塔的輕組分氣體解吸；加熱器12為電加熱器，功率50kw， 精餾塔17進(jìn)料溫度-1(TC，塔頂-14.7。C，塔底-6。C;原料氣中二氧化碳含量96.4%，水3.41%，氫氣0.012%，甲烷1132ppm， 苯3.6ppm，乙烯1520ppm，氧氣300ppm，氮264ppm，甲醇26ppm，乙醛13ppm， 磷化物6ppm，硫化物2,9ppm，氮氧化物62ppm。提純后的液體二氧化碳產(chǎn)量3.8t/h，年產(chǎn)量29000 t/a，純度99.996%，水含 量小于5ppm，氫氣、甲垸、氮?dú)狻⒀鯕廨p組分含量小于1.0ppm，乙烯、甲醇、 乙醛、硫化物、氮氧化物、苯被吸附組分含量小于l.Oppm，完全符合國家最新 食品添加劑級二氧化碳標(biāo)準(zhǔn)。實施例32007年在梅河口建造一套吸附精餾技術(shù)提純二氧化碳裝置，設(shè)備參數(shù)為 水洗塔1尺寸小800X6200，鹽水洗滌塔2尺寸4> 900X5400，用高錳酸鉀配置 成3%水溶劑洗滌，，上部有水洗段3000mm，鼓風(fēng)機(jī)3流量3000Nm3/h，氨冷卻 器4換熱面積40m2，壓縮機(jī)6排氣量2700Nm3/11，壓力2.7Mpa;冷卻器7為列 管式，面積40m2;水冷卻器10為列管式面積35m2;穩(wěn)壓罐8尺寸4> 1000X 1600; 凈化床9尺寸4> 1000X6000，每個床內(nèi)裝醇醛吸附劑1540kg，活性炭880kg， 脫硫劑270kg，油脂吸附劑170kg;吸附床11尺寸4)800X5000，每個床內(nèi)裝乙 烷分子篩460kg，芳烴吸附劑245kg，氮氧化物吸附劑120 kg，氧化鋁460kg，A分子篩550kg，。預(yù)冷器13為列管式，面積45m、冷凍系統(tǒng)15冷凍機(jī)制冷量921kw;液化 器14為U形管浮頭式，面積160m2;閃蒸罐16尺寸為4) 1600X2000;精餾塔 17尺寸為d>500X8550;再沸器18為U形管浮頭式，面積36m2;全凝器20為 列管立式，面積40m、精餾塔17、再沸器18、全凝器20為一體式設(shè)計，產(chǎn)器 罐22分工業(yè)級和食品級兩個，每個體積105m3。整套裝置在2.7Mpa壓力下操作，凈化床9和吸附床11在常溫下吸附，240 。C以下用閃蒸和精餾塔的輕組分氣體解吸；加熱器12為電加熱器，功率60kw， 精餾塔17進(jìn)料溫度-10°C，塔頂-14TC，塔底-6t:;原料氣中二氧化碳含量92.1%， 7jC4.61%，氫氣1.12%，甲烷687ppm，苯 1.6ppm，，氧氣0.8%，氮1.00%，甲醇256ppm，乙醇886ppm，乙醛42ppm，硫 化氫6.2ppm，氮氧化物2.2ppm。提純后的液體二氧化碳產(chǎn)量3.75t/h，年產(chǎn)量30000 t/a，純度99.994%,水 含量小于10ppm，氫氣、甲烷、氮?dú)?、氧氣輕組分含量小于l.Oppm，甲醇、乙 醛、硫化氫、氮氧化物、苯被吸附組分含量小于l.Oppm，完全符合國家最新食 品添加劑級二氧化碳標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種用吸附精餾技術(shù)回收提純二氧化碳?xì)怏w的裝置，它是由水洗塔(1)，鹽水洗滌塔(2)，鼓風(fēng)機(jī)(3)，氨冷卻器(4)，分水罐(5)，壓縮機(jī)(6)，冷卻器(7)，穩(wěn)壓罐(8)，凈化系統(tǒng)(9)，水冷卻器(10)，吸附系統(tǒng)(11)，換熱器(12)，預(yù)冷器(13)，液化器(14)，制冷系統(tǒng)(15)，閃蒸罐(16)，精餾塔(17)，再沸器(18)，回流罐(19)，全凝器(20)，管道系統(tǒng)(21)和產(chǎn)品罐(22)組成，其特征是含有氣體雜質(zhì)的二氧化碳?xì)?，首先?jīng)過水洗塔(1)中降溫除塵，在鹽水洗滌塔(2)中洗滌凈化，冷卻分水后進(jìn)入壓縮機(jī)(6)加壓，在壓力下經(jīng)過冷卻穩(wěn)壓后，進(jìn)入凈化床(9)脫除硫化物、水和油脂，冷卻后經(jīng)過吸附床(11)脫除其他化合物、有機(jī)氧化物、氮氧化物、輕烴和苯系物，在液化器(14)中被冷凍系統(tǒng)(15)提供的冷劑液化，進(jìn)入閃蒸罐(16)或精餾塔(17)中脫除氫氣、甲烷、一氧化碳、氮?dú)?、氧氣，閃蒸罐(16)底部引出液體二氧化碳，純度為99.5％～99.99％，達(dá)到國家工業(yè)級二氧化碳產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)入產(chǎn)品罐貯存，外運(yùn)使用；精餾塔(17)底部引出液體二氧化碳，純度為99.9％～99.999％，達(dá)到國家食品添加劑級和國際飲料協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)入產(chǎn)品罐貯存，外運(yùn)使用；各部件的連接關(guān)系是水洗塔(1)的上端出口由管道與鹽水洗滌塔(2)底部的進(jìn)口相連，鹽水洗滌塔(2)的上端出口與鼓風(fēng)機(jī)(3)入口相連，鼓風(fēng)機(jī)的出口與氨冷卻器(4)入口相連，氨冷卻器出口與分水罐(5)入口相連，分水罐上端出口與壓縮機(jī)(6)入口相連，壓縮機(jī)的出口用管道與冷卻器(7)入口連接，冷卻器出口與穩(wěn)壓罐(8)相連，再連接凈化系統(tǒng)(9)到水冷卻器(10)，然后連接到吸附系統(tǒng)(11)；吸附系統(tǒng)經(jīng)預(yù)冷器(13)連接到帶有冷凍系統(tǒng)(15)的液化器(14)上，液化器(14)的出口連接到閃蒸罐(16)或精餾塔(17)的進(jìn)口，閃蒸罐(16)的下端出口由管道連接到產(chǎn)品罐(22)的進(jìn)料口，精餾塔(17)的上端氣體出口與全凝器(20)進(jìn)口相連，全凝器的上端出口連接到預(yù)冷器(13)的上部進(jìn)口，而全凝器(20)的下端出口與回流罐(19)相連，回流罐(19)出口經(jīng)回流泵連接到精餾塔(17)上部的回流進(jìn)口，精餾塔(17)的下端出口由管道與再沸器(18)的下部進(jìn)口相連接，而再沸器(18)下部的出口與產(chǎn)品罐(22)的進(jìn)口相連，從而構(gòu)成吸附精餾提純二氧化碳裝置。
2、 按照權(quán)利要求1所述的吸附精餾技術(shù)提純二氧化碳裝置，其特征在于鹽 水洗滌塔(2)下部所用的鹽水溶液，是由高錳酸鹽、亞硫酸鹽、碳酸鹽、或有機(jī) 酸鹽和水配制，濃度為1 35%，用離心泵送入塔中，洗滌塔上部串接有水洗 塔，用水凈化氣體。
3、 按照權(quán)利要求1所述的吸附精餾技術(shù)提純二氧化碳裝置，其特征在于分 水罐(5)和穩(wěn)壓罐(8)均制成圓桶狀，上下有橢圓形封頭，上部封頭開有出 氣口，下部封頭開有排水口，氣體進(jìn)口在圓桶外側(cè)上部的約三分之一處，從切 線方向進(jìn)入。
4、 按照權(quán)利要求l所述的吸附精餾技術(shù)提純二氧化碳裝置，其特征在于氨 冷卻器(4)、冷卻器(7)，水冷卻器(10)所用的冷劑是低溫液氨、氟里昂或 循環(huán)冷卻水。
5、 按照權(quán)利要求1所述的吸附精餾技術(shù)提純二氧化碳裝置，其特征在于壓 縮機(jī)(6)是多級活塞式，由異步或同步電動機(jī)驅(qū)動，閥片、活塞環(huán)和缸套與 氣體接觸的部位由不銹鋼制成。
6、 按照權(quán)利要求1所述的吸附精餾技術(shù)提純二氧化碳裝置，其特征在于凈 化系統(tǒng)(9)是由兩個同樣大小體積的圓桶組成一套，每個圓桶是等徑或者變 徑，上部有法蘭封頭(25)，并有進(jìn)出氣口 (24)，底部的封頭也開有進(jìn)出氣口(29)，圓桶內(nèi)依次裝有脫硫劑、氧化鋁、活性碳、硅膠或分子篩填料(26); 每種填料之間用篩板(27)或篩網(wǎng)隔離，底部有敷設(shè)篩網(wǎng)的支撐篩板(28)， 兩個圓桶的上下進(jìn)出氣口 (24)和(29)都由管道與四個閥門分兩組并聯(lián)連接， 兩個閥門中間管道上開有進(jìn)排氣口；根據(jù)氣源中雜質(zhì)成分不同，凈化床中的吸 附劑填料(26)是一種，或者是1 10種分隔填裝，凈化床(9)是一套或者 是1 10套串連，閥門是手動、氣動或者電動。
7、 按照權(quán)利要求1所述的吸附精餾技術(shù)提純二氧化碳裝置，其特征在于吸 附系統(tǒng)(11)是由兩個同樣大小體積的圓桶組成一套，每個圓桶是等徑或者變 徑，上部有法蘭封頭(31)，并有進(jìn)出氣口 (30)，底部的封頭也開有進(jìn)出氣口(35)，圓桶內(nèi)依次裝有氮氧化物吸附劑、磷氨類吸附劑、烯烴烷烴吸附劑、 芳烴吸附劑或者重組分雜質(zhì)吸附劑(33);每種填料之間用篩板(32)或篩網(wǎng) 隔離，底部有敷設(shè)篩網(wǎng)的支撐篩板(34)，兩個圓桶的上下進(jìn)出氣口 (30)和(35)都由管道與四個閥門分兩組并聯(lián)連接，兩個閥門中間管道上開有進(jìn)排氣 口；根據(jù)氣源中雜質(zhì)成分不同，吸附床中的吸附劑(33)是一種或者是1 10 種分隔填裝；吸附床(11)是一套或者是1 K)套串連；閥門是手動、氣動或 者是電動。
8、 按照權(quán)利要求1所述的吸附精餾技術(shù)提純二氧化碳裝置，其特征在于冷 凍系統(tǒng)是由制冷機(jī)(36)，冷凝器(37)，貯氨器(38)，壓力調(diào)節(jié)閥(39)，氨 分器(41)和管道組成，制冷機(jī)是活塞式或者是螺桿式，由電動機(jī)驅(qū)動，制冷 劑是液氨或者氟里昂，冷凝器是列管水冷式或者蒸發(fā)式；二氧化碳液化器(14) 內(nèi)的冷凝管是U形管或者直管，液化器(14)是臥式或者是立式安裝。
9、 按照權(quán)利要求l所述的吸附精餾技術(shù)提純二氧化碳裝置，其特征在于精 餾塔(17)是填料塔，內(nèi)裝波紋板或絲網(wǎng)狀高效規(guī)整填料(44)和(46)，填料下面有填料支撐板，上面有液體分布器，中間有進(jìn)料分布器(45);精餾塔底再沸器(18)所用熱量由制冷機(jī)(36)出口氨氣提供，或者由吸附系統(tǒng)后面 干燥的工藝氣體提供；精餾塔頂全凝器(20)的冷量由貯氨器(38)里的液體 制冷劑經(jīng)降壓后提供；精餾塔(17)和再沸器(18)及全凝器(20)是分體制作安裝， 或者是整體設(shè)計安裝，整體安裝時全凝器(20)變成立式列管式(42)，直接 放在精餾塔頂部，再沸器(18)連裝在精餾塔底部，呈立式或者臥式，氣體加 熱管(47)是U形管或者是盤管，精熘塔(17)頂部有進(jìn)出料管(41)和(48)。 10、按照權(quán)利要求1所述的吸附精餾技術(shù)提純二氧化碳裝置，其特征在于 由閃蒸罐(16)、精餾塔(17)、回流罐(19)、產(chǎn)品罐(22)頂部排出的輕組分 氣體，經(jīng)過預(yù)冷器(13)、換熱器(12)加熱升溫后，都可作為凈化床(9)和 吸附床.(ll)的再生氣，帶出解析的雜質(zhì)氣體后排出到氣體總管中，不使用界 外的再生氣；換熱器(12)是蒸汽、熱油換熱器或者是電加熱器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用吸附精餾技術(shù)回收提純二氧化碳?xì)怏w的裝置。它是由水洗塔、鹽水洗滌塔、鼓風(fēng)機(jī)、氨冷卻器、分水罐、壓縮機(jī)、冷卻器、穩(wěn)壓罐、凈化系統(tǒng)、水冷卻器、吸附系統(tǒng)、加熱器、預(yù)冷器、液化器、制冷系統(tǒng)、閃蒸罐、精餾塔、再沸器、回流罐、全凝器、管道和產(chǎn)品罐組成。含氣體雜質(zhì)的二氧化碳?xì)?，?jīng)水洗降溫除塵、鹽水洗滌分水后，進(jìn)壓縮機(jī)增壓，冷卻分水后進(jìn)入凈化床脫除硫化物、水和油脂，經(jīng)吸附床脫除其他化合物、氧化物、氮氧化物、輕烴和苯系物等雜質(zhì)，預(yù)冷后在液化器中被冷劑液化，進(jìn)入閃蒸罐或精餾塔中脫除氫氣、甲烷、一氧化碳、氮?dú)?、氧氣，閃蒸罐或精餾塔底部引出液體二氧化碳，純度為99.9％以上，達(dá)到國家食品級標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)入產(chǎn)品罐貯存。
文檔編號B01D53/02GK101254918SQ20081001090
公開日2008年9月3日 申請日期2008年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月31日
發(fā)明者張永春, 李桂民 申請人:大連理工大學(xué)