工业级和食品级液体二氧化碳的联产方法及装置.pdf

本发明公开了一种工业级和食品级液体二氧化碳的联产方法和装置，适用于二氧化碳富集的场合；本发明包括如下步骤：将二氧化碳原料气增压后进行脱硫、除水干燥处理，并经预冷、低温液化后分离不凝性气体，一部分液态二氧化碳经提纯、过冷后获得工业级液体二氧化碳产品；另一部分液态二氧化碳经预冷、脱烃净化、冷却、干燥、低温液化、提纯后获得食品级液体二氧化碳产品；实现前述方法的装置包括依次连通的管口、压缩机、脱硫器、干燥器、预冷器、冷凝器、分离器、提纯塔、过冷器、贮槽、脱烃塔、热交换器、冷却器等；本发明具有工艺技术先进，能量利用充分，能源消耗少，生产成本低，生产效率高，设备投资少，产品质量稳定等优点。

1、  工业级和食品级液体二氧化碳的联产方法，包括如下步骤：
(1)将来自界区外的二氧化碳原料气，经缓冲后增压至2.0～4.0MPa；
(2)增压后的二氧化碳原料气进行脱硫、除水干燥处理；
(3)脱硫、除水干燥后的二氧化碳原料气经预冷至-5～0℃后进行低温液化至-12～-18℃；
(4)低温液化后的液态二氧化碳分离不凝性气体后，一部分液态二氧化碳经提纯、过冷后，进入工业级液体二氧化碳低温贮槽，获得工业级液体二氧化碳产品；另一部分液态二氧化碳经预冷二氧化碳原料气并冷却脱烃净化后的二氧化碳气后再进行脱烃净化处理，脱烃净化后的气态二氧化碳经冷却、干燥、低温液化、提纯后，进入食品级液体二氧化碳低温贮槽，获得食品级液体二氧化碳产品。

2、  根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤(1)中来自界区外的二氧化碳原料气经缓冲后增压至2.8MPa～3.5MPa。

3、  根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤(4)中分离出来的不凝性低温气体再冷却提纯后的工业级液体二氧化碳，并进一步冷却脱烃净化后的气态二氧化碳后回到主系统。

4、  实现权利要求1-3中任一项方法所述的装置，包括依次连通的管口(1)、缓冲器(2)、压缩机(3)、脱硫器(4)、第一干燥器(5)、预冷器(6)、第一冷凝器(7)、分离器(8)、第一提纯塔(9)、第一过冷器(10)、第一贮槽(11)，以及依次连通的脱烃塔(12)、热交换器(13)、冷却器(14)、第二干燥器(15)、第二冷凝器(16)、第二提纯塔(17)和第二贮槽(18)；其特征在于分离器(8)的第二出口与预冷器(6)的第二进口连通，预冷器(6)的第二出口与热交换器(13)的第二进口连通，热交换器(13)的第二出口与脱烃塔(12)的进口连通；分离器(8)的第三出口与第一过冷器(10)的第二进口连通，第一过冷器(10)的第二出口与冷却器(14)的第二进口连通，冷却器(14)的第二出口与主系统的进口连通。

5、  根据权利要求4所述的装置，其特征在于脱硫器(4)包含依次连通的有机硫转换器、脱硫塔和活性炭吸附器。

6、  根据权利要求4所述的装置，其特征在于第一干燥器(5)包含依次连通的水分离器和分子筛。

工业级和食品级液体二氧化碳的联产方法及装置
技术领域
本发明涉及一种工业级和食品级液体二氧化碳的联产方法和装置，适用于二氧化碳富集的场合，尤其适用于以煤为原料制合成氨、甲醇或氢的过程中变压吸附脱碳放空的中浓度二氧化碳气的场合。
背景技术
以煤为原料制合成氨、甲醇或氢的过程中变压吸附脱碳放空的二氧化碳气中二氧化碳的含量一般在70％～90％，其浓度偏低。而其中的氢、一氧化碳、氮、硫化物及甲烷、乙烷、苯等烃类杂质含量较高。用该二氧化碳原料气直接制备食品级液体二氧化碳的工艺复杂，若加氧或加空气进行催化氧化，由于可燃组份较高，加氧或空气的量很多，能耗大，有效气体的利用率低，导致运行成本很高；而且氢、一氧化碳的含量也并不稳定，操作控制十分麻烦。
发明内容
本发明针对工业级和食品级液体二氧化碳的纯度要求不同以及现有技术中存在的不足，提供一种工艺技术先进，能量利用充分，能源消耗少，生产成本低，生产效率高，设备投资少，产品质量稳定，并可同时生产工业级和食品级液体二氧化碳的方法及装置。
为实现以上发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种工业级和食品级液体二氧化碳的联产方法，包括如下步骤：
(1)将来自界区外的二氧化碳原料气，经缓冲后增压至2.0～4.0MPa；
(2)增压后的二氧化碳原料气进行脱硫、除水干燥处理；
(3)脱硫、除水干燥后的二氧化碳原料气经预冷至-5～0℃后进行低温液化至-12～-18℃；
(4)低温液化后的液态二氧化碳分离不凝性气体后，一部分液态二氧化碳经提纯、过冷后，进入工业级液体二氧化碳低温贮槽，获得工业级液体二氧化碳产品；另一部分液态二氧化碳经预冷二氧化碳原料气并冷却脱烃净化后的二氧化碳气后再进行脱烃净化处理，脱烃净化后的气态二氧化碳经冷却、干燥、低温液化、提纯后，进入食品级液体二氧化碳低温贮槽，获得食品级液体二氧化碳产品。
作为一种更好的具体实施方式，在步骤(1)中来自界区外的二氧化碳原料气经缓冲后增压至2.8MPa～3.5MPa。
作为另一种更好的具体实施方式，在步骤(4)中分离出来的不凝性低温气体再冷却提纯后的工业级液体二氧化碳，并进一步冷却脱烃净化后的气态二氧化碳后回到主系统。
实现前述方法的装置包括依次连通的管口1、缓冲器2、压缩机3、脱硫器4、第一干燥器5、预冷器6、第一冷凝器7、分离器8、第一提纯塔9、第一过冷器10、第一贮槽11，以及依次连通的脱烃塔12、热交换器13、冷却器14、第二干燥器15、第二冷凝器16、第二提纯塔17和第二贮槽18；分离器8的第二出口与预冷器6的第二进口连通，预冷器6的第二出口与热交换器13的第二进口连通，热交换器13的第二出口与脱烃塔12的进口连通；分离器8的第三出口与第一过冷器10的第二进口连通，第一过冷器10的第二出口与冷却器14的第二进口连通，冷却器14的第二出口与主系统的进口连通。
作为一种更好的具体实施方式，脱硫器4包含依次连通的有机硫转换器、脱硫塔和活性炭吸附器。
作为另一种更好的具体实施方式，第一干燥器5包含依次连通的水分离器和分子筛。
附图说明
附图是本发明所述装置的结构示意图。
图中，1-管口 2-缓冲器 3-压缩机 4-脱硫器 5-第一干燥器 6-预冷器 7-第一冷凝器 8-分离器 9-第一提纯塔 10-第一过冷器 11-第一贮槽 12-脱烃塔 13-热交换器 14-冷却器 15-第二干燥器 16-第二冷凝器 17-第二提纯塔 18-第二贮槽
具体实施方式
以煤为原料制合成氨、甲醇或氢的过程中变压吸附脱碳放空的二氧化碳原料气制备工业级和食品级液体二氧化碳为例，并结合附图对本发明作进一步的说明：
二氧化碳原料气中二氧化碳的含量一般为75％～90％，其中含有较多的氢、一氧化碳、氮、硫化物及甲烷、乙烷、苯等烃类杂质。将界区外的二氧化碳原料气，通过管口1依次引入缓冲器2(缓冲器可采用气囊或气柜)进行缓冲，经缓冲后进入二氧化碳压缩机3增压至2.0MPa～4.0MPa，最好是2.8MPa～3.5MPa；增压后的二氧化碳原料气进入脱硫器4，将有机硫转换成无机硫，用水解的方法除去无机硫，并除去剩余的有机硫、无机硫和部分水，使二氧化碳原料气中的总硫小于0.1ppm；脱硫合格的二氧化碳原料气用干燥器5分离掉饱和水和气体中的微量水分；脱硫、除水干燥后的二氧化碳原料气利用液化分离后的一部分液态二氧化碳的冷量经预冷器6对二氧化碳原料气进行预冷至-5～0℃，经预冷后的二氧化碳原料气进入第一冷凝器7中低温液化至-12～-18℃，低温液化后的液态二氧化碳进入分离器8中分离氢、一氧化碳、氮等不凝性气体。分离不凝性气体后的液态二氧化碳经分离器8分离成两部分流向，其中一部分液态二氧化碳进入第一提纯塔9中进行精馏提纯，进一步提高二氧化碳的纯度；然后进入第一过冷器10中利用分离器8中放空出来的不凝性低温气体的冷量再冷却提纯后的工业级液体二氧化碳至-20℃～-25℃。然后，进入工业级液体二氧化碳低温贮槽11，即第一贮槽，获得工业级液体二氧化碳产品。另一部分液态二氧化碳去预冷器6中预冷二氧化碳原料气，然后进入热交换器中13与脱烃净化后的高温二氧化碳气进行换热后得到加热，再进入脱烃塔12中利用催化氧化法脱除甲烷、乙烷、苯等烃类可燃有机物，脱烃净化后的高温气态二氧化碳进入热交换器13中与二氧化碳原料气换热后得到冷却，然后再进入冷却器14利用分离器8中放空出来的经第一过冷器10过冷工业级液体二氧化碳后的不凝性低温气体的冷量冷却至15℃～25℃，然后进入第二干燥器15中进行除水干燥处理，经除水干燥后的二氧化碳气进入第二冷凝器16中进行低温液化至-12℃～-18℃，再进入第二提纯塔17中进行精馏提纯，进一步提高二氧化碳的纯度。经提纯后，制得合格的食品级液体二氧化碳，经过冷至-20℃～-25℃后进入食品级液体二氧化碳低温贮槽18，即第二贮槽，获得食品级液体二氧化碳产品。分离器8中分离出来的不凝性低温气体经两次换热后回到主系统。
实现前述方法的装置包括通过第一管口依次连通的管口1、缓冲器2、压缩机3、脱硫器4、第一干燥器5、预冷器6、第一冷凝器7、分离器8、第一提纯塔9、第一过冷器10、第一贮槽11，以及依次连通的脱烃塔12、热交换器13、冷却器14、第二干燥器15、第二冷凝器16、第二提纯塔17和第二贮槽18；分离器8的第二出口与预冷器6的第二进口连通，预冷器6的第二出口与热交换器13的第二进口连通，热交换器13的第二出口与脱烃塔12的进口连通；分离器8的第三出口与第一过冷器10的第二进口连通，第一过冷器10的第二出口与冷却器14的第二进口连通，冷却器14的第二出口与主系统的进口连通。脱硫器4包含有机硫转换器、脱硫塔、活性炭吸附器等。有机硫转换器将有机硫转换成无机硫，用水解的方法除去无机硫，再进入脱硫塔和活性炭吸附器，除去剩余的有机硫、无机硫和部分水。第一干燥器5包括水分离器和分子筛。用水分离器分离掉饱和水，用分子筛过滤脱除气体中的微量水分，实现干燥二氧化碳原料气。第二干燥器15与第一干燥器5具有类似的结构，其功能也相似。
本方法和装置的突出优点是可以同时生产工业级和食品级的液体二氧化碳，也可以单独生产工业级液体二氧化碳或食品级液体二氧化碳，可以根据市场的需要灵活地组织生产。同时，工业级和食品级液体二氧化碳联产时可以共用压缩、脱硫、除水干燥、冷冻系统的设备，节省设备投资；本方法在精馏提纯和脱烃净化前首先将二氧化碳原料气进行低温液化，分离出氢、一氧化碳、氮等不凝性有效气体经冷却提纯后的工业级液体二氧化碳和脱烃净化后的气态二氧化碳后返回制氨、甲醇或制氢系统，减少了系统的能源消耗，并充分利用了系统能量，提高了有效气体的利用率，降低了生产成本。氢、一氧化碳、氮等不凝性气体经液化分离后，也更有利于后续工序控制液体二氧化碳的质量。同时，经低温液化分离后的用于制取食品级液体二氧化碳的液态二氧化碳预冷二氧化碳原料气和冷却脱烃净化后的高温二氧化碳气，充分利用了系统中的能量，减少了能源消耗。
用本方法制取的食品级液体二氧化碳经化学工业气体质量监督检验中心检测，其质量指标如下：
纯度99.995％，水份16PPM，一氧化氮＜0.5PPM，二氧化氮＜0.5PPM，二氧化硫＜0.1PPM，总硫＜0.1PPM，碳氢化合物总量2.4PPM，苯＜0.01PPM，甲醇＜1PPM，乙醇＜1PPM，乙醛＜0.1PPM，一氧化碳＜0.5PPM，氨＜0.5PPM，其它各项指标均达到或优于《GB10621-2006食品添加剂液体二氧化碳》国家标准的要求。