CN101343061B - 利用烟气制备食品级液体二氧化碳的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用烟气制备食品级液体二氧化碳的方法，包括经捕集回收后的二氧化碳原料气经冷却干燥、压缩、脱硝、脱硫及脱烃，并进一步干燥、提纯、过冷后制得食品级液体二氧化碳；所用装置为包含通过管道依次连通冷却除湿器、压缩机、脱硝塔、脱硫塔、脱烃塔、干燥塔、冷凝器、提纯塔、过冷器、贮槽等；用本方法和装置制备的食品级液体二氧化碳具有产品纯度高，能耗小，成本低等优点；可广泛用于利用燃煤电厂、水泥厂、石灰窑厂及燃煤锅炉排出的烟道气经捕集回收后制备食品级液体二氧化碳的场合。
Description
技术领域
本发明涉及一种食品级液体二氧化碳的制备方法及装置，尤其是利用燃煤电厂、水泥厂、石灰窑厂及燃煤锅炉排出的烟道气经捕集回收后制备食品级液体二氧化碳的方法及装置，适用于燃煤电厂、水泥厂、石灰窑厂及燃煤锅炉排出的废气二氧化碳富集的场合。
背景技术
温室效应是影响人类生存环境的最主要的因素之一，工业废气二氧化碳和动植物排放的甲烷是温室气体的最主要的来源。许多国家的政府根据《京都议定书》的要求纷纷采取措施减少二氧化碳的排放。其中燃煤电厂、水泥厂、石灰窑厂的二氧化碳的排放是政府关注的焦点之一。从另一方面来讲，二氧化碳又是一种重要的资源，食品级二氧化碳可作为碳酸饮料的添加剂、烟丝的膨化剂、食品的保鲜剂以及医药、化妆品及反应工程、环保工程、超细粉领域的萃取溶剂，应用前景十分广阔。但是，从烟道气捕集回收的二氧化碳气中含有水、硫、硝或烃等杂质，不符合食品级二氧化碳的质量标准。尤其是硫、硝、烃等有毒有害杂质，将对人民的身体健康带来十分不利的影响。
发明内容
本发明利用烟道气经捕集回收后的二氧化碳为原料气，提供一种设备简单可靠，能量利用充分，生产效率高，产品成本低，质量稳定的食品级液体二氧化碳的制备方法及装置。
为实现以上发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种利用烟气制备食品级液体二氧化碳的方法，包括如下步骤：
1、经捕集回收后的二氧化碳原料气输入缓冲器缓冲；然后用系统内的气氨余冷进行冷却干燥，脱除原料气中的饱和水；经脱水后的二氧化碳原料气进入二氧化碳专用压缩机压缩至2.0MPa～3.0MPa；
2、将步骤1中所得的二氧化碳气在系统压力和常温条件下，依次用活性炭脱硝(NOX)，用脱硫剂脱硫(SO2)，使原料气中的NOX＜2.5PPM，总硫＜0.1PPM；
3、将步骤2中所得的二氧化碳气用分子筛过滤进一步脱除气体中的微量水分和微量杂质；吸附水份后的分子筛经加热干燥和冷却后继续循环使用；
4、将步骤3中所得的二氧化碳气用液氨低温液化，低温液化后的液体二氧化碳进入提纯塔进一步提纯至99.9％以上，提纯后的液体二氧化碳过冷至-20℃～-25℃后进入液体二氧化碳低温贮槽储存。
作为一种更好的实施方式，步骤2中还包括用脱烃催化剂脱除烃类杂质，使原料气中的烃＜50PPM；
作为另一种更好的实施方式，步骤3中用加热空气对吸附水分后的分子筛进行加热干燥，用提纯塔出来的放空气对干燥后的分子筛进行冷却，从而使分子筛的功能得到再生。
为实现以上方法，本发明采用以下装置：
一种利用烟气制备食品级液体二氧化碳的装置，包含通过管道依次连通的缓冲器、冷却除湿器、压缩机、脱硝塔、脱硫塔、干燥塔、冷凝器、提纯塔、过冷器、贮槽，其特征在于所述的压缩机为二氧化碳专用压缩机，所述的脱硝塔中安装有活性炭，所述的脱硫塔中安装有脱硫剂，所述的干燥塔中安装有分子筛，所述的提纯塔为具有利用系统余热功能的复合型提纯塔；干燥塔的出口与冷凝器的顶部进口连通，冷凝器的底部出口与提纯塔的上部进口连通，提纯塔的液体二氧化碳出口与过冷器的进口连通；提纯塔的顶部放空气出口与干燥塔的顶部管口连通，冷凝器、提纯塔、过冷器的气氨出口与冷却除湿器的气氨进口连通，冷凝器、提纯塔、过冷器的液氨管道并联连通。
作为一种更好的具体实施方式，本装置还包括脱烃塔，脱烃塔与脱硝塔、脱硫塔之间用管道依次连通，所述的脱烃塔中还安装有脱烃催化剂。
作为另一种更好的具体实施方式，本装置还包括一台加热风机，所述的加热风机的出口与干燥塔的顶部管口连通。
本发明的有益效果在于：
进入压缩机的原料气气量平稳；对人体有毒有害的杂质和水分经多次脱除、提纯后液体二氧化碳的产品纯度高，设备简单可靠，稳定性好，系统余热和余冷的利用充分，生产所需的能耗小成本低。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图；
图2是本发明的设备关系示意图。
具体实施方式
一种利用烟气制备食品级液体二氧化碳的方法及装置，包含通过管道依次连通的缓冲器、冷却除湿器、压缩机、脱硝塔、脱硫塔、干燥塔、冷凝器、提纯塔、过冷器、贮槽等。干燥塔的出口与冷凝器的顶部进口连通，冷凝器的底部出口与提纯塔的上部进口连通，提纯塔的液体二氧化碳出口与过冷器的进口连通，提纯塔的顶部放空气出口与干燥塔的顶部管口连通。冷凝器、提纯塔、过冷器的气氨出口与冷却除湿器的气氨进口连通。冷凝器、提纯塔、过冷器的液氨管道并联连接。
经捕集回收后的二氧化碳原料气通过管道尤其是不锈钢管道进入到食品级液体二氧化碳制备系统，先进入缓冲罐或气囊中进行储存，并经压力缓冲后进入冷却除湿器内与冷凝器、过冷器、提纯塔等系统内的气氨余冷进行冷交换，冷凝分离二氧化碳原料气中的饱和水，脱除原料气中的水份，而后进入二氧化碳无油润滑压缩机压缩至2.0MPa～3.0MPa压力。
出二氧化碳无油润滑专用压缩机后的二氧化碳气在系统压力比如1.8MPa～2.25MPa和常温条件下，依次进入脱硝塔和脱硫塔用活性炭脱硝(NOX)，用脱硫剂脱硫(SO2)，使原料气中的NOX<2.5PPM，总硫<0.1PPM。
对于低温低氧燃烧的二氧化碳原料烟道气，本装置还设有脱烃塔，脱烃塔与脱硝塔、脱硫塔之间用管道依次连通，脱烃塔中安装有脱烃催化剂进行脱烃处理。
脱硝、脱硫以及脱烃合格后的二氧化碳气进入干燥塔，在常温下利用干燥塔内的分子筛脱除二氧化碳气的微量水和微量杂质。本系统还包括一台加热风机，加热风机的出口与干燥塔顶部管口连通，提纯塔的放空气出口与干燥塔的顶部管口连通。吸附水份后的分子筛经加热风机的加热干燥后脱除水 分，经提纯塔排出的放空气冷却后使分子筛的功能得以再生并可以循环使用，延长分子筛的使用寿命，提高分子筛除水除杂质的功能。
经脱硝、脱硫、脱烃和脱水后的二氧化碳气由冷凝器顶部进入冷凝器，与设备管间的液氨汽化进行冷交换，实现二氧化碳气低温液化。冷凝器采用液氨为致冷剂，在冷凝器管间通过液氨的汽化制冷实现冷凝器管内二氧化碳的液化。液化后的液体二氧化碳由冷凝器底部排出，进入提纯塔的上部。提纯塔为利用系统余热功能对液体二氧化碳进一步予以汽化、冷凝的复合型提纯塔。经进一步提纯后，出提纯塔的液体二氧化碳的纯度达到99.9％以上。由于复合型提纯塔可以有效利用系统中较高温度的二氧化碳气体的热量，减少了能量消耗，降低了生产成本。提纯后的液体二氧化碳进入过冷器过冷至-20℃～-25℃后，经计量后进入液体二氧化碳低温贮槽储存。
提纯塔中经冷凝分离后的N2等不凝性气体经提纯塔的顶部出口排出，由干燥塔的顶部管口进入干燥塔冷却分子筛后放空。
用本方法和装置制备食品级液体二氧化碳具有进入压缩机的原料气气量平稳，对人体有毒有害的杂质脱除彻底，产品纯度高，设备简单可靠，稳定性好，能量利用率高，能耗小，生产成本低等优点。
用本方法和装置制备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99.997％，水份18PPM，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2.5PPM，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。
Claims (4)
1.利用烟气制备食品级液体二氧化碳的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)经捕集回收后的二氧化碳原料气输入缓冲器缓冲；然后用系统内的气氨余冷进行冷却干燥，脱除原料气中的饱和水；经脱水后的二氧化碳原料气进入二氧化碳专用压缩机压缩至2.0MPa～3.0MPa；
(2)将步骤(1)中所得的二氧化碳气在系统压力和常温条件下，依次用活性炭脱硝，用脱硫剂脱硫，使原料气中的NOx＜2.5PPM，总硫＜0.1PPM；
(3)将步骤(2)中所得的二氧化碳气用分子筛过滤，进一步脱除气体中的微量水分和微量杂质；吸附水分后的分子筛经加热干燥和冷却后继续循环使用；
(4)将步骤(3)中所得的二氧化碳气用液氨低温液化，低温液化后的液体二氧化碳进入提纯塔进一步提纯至99.9％以上，提纯后的液体二氧化碳过冷至-20℃～-25℃后进入液体二氧化碳低温贮槽储存。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤(3)中用加热空气对吸附水分后的分子筛进行加热干燥，用提纯塔出来的放空气对干燥后的分子筛进行冷却。
3.为实现权利要求1所述的方法而专门设计的利用烟气制备食品级液体二氧化碳的装置，包含通过管道依次连通的缓冲器、冷却除湿器、压缩机、脱硝塔、脱硫塔、干燥塔、冷凝器、提纯塔、过冷器、贮槽，所述的压缩机为二氧化碳专用压缩机，所述的脱硫塔中安装有脱硫剂，其特征在于所述的脱硝塔中安装有活性炭，所述的干燥塔中安装有分子筛，所述的提纯塔为具有利用系统余热功能的复合型提纯塔；干燥塔的出口与冷凝器的顶部进口连通，冷凝器的底部出口与提纯塔的上部进口连通，提纯塔的液体二氧化碳出口与过冷器的进口连通；提纯塔的顶部放空气出口与干燥塔的顶部管口连通，冷凝器、提纯塔、过冷器的气氨出口与冷却除湿器的气氨进口连通，冷凝器、提纯塔、过冷器的液氨管道并联连通。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于还包括一台加热风机，所述的加热风机的出口与干燥塔的顶部管口连通。
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