CN102410703A - 改进的食品级液体二氧化碳产品的生产方法及蒸馏提纯塔 - Google Patents

Abstract

本发明涉及二氧化碳的生产方法，具体公开一种食品级液体二氧化碳产品的生产方法，包括下列步骤：(1)压缩工序；(2)脱烃工序；(3)净化工序；(4)液化工序；(5)蒸馏提纯工序，其中，闪蒸气上升，经过下部波纹板规整填料、上部波纹板规整填料、下部换热器的管程和上部换热器的管程，最后，闪蒸气成为含有少量未冷凝二氧化碳气体和大量甲烷、乙烯、氧气的气体混合物，从蒸馏提纯塔顶部排出。采用该方法，使本发明食品级液体二氧化碳产品的产量得到提高。

Description

改进的食品级液体二氧化碳产品的生产方法及蒸馏提纯塔

技术领域

本发明一般地涉及二氧化碳的生产方法，具体涉及改进的食品级液体二氧化碳产品的生产方法及所用蒸馏提纯塔。

背景技术

图3示出一种食品级液体二氧化碳产品的生产方法的流程图，包括下述步骤：

(1)压缩工序30

将来自界区外的含有机械水、甲烷、乙烯、苯等杂质的二氧化碳含量约为99.2％的二氧化碳原料气体经水洗后，与经受孔板流量计1控制的调节阀2调解进入的化学反应稍微过量的氧气混合，一起进入预冷器10预冷，经过第一水分离器20除去机械水后进入压缩工序30，经一级压缩机31升压至0.1～0.35Mpa、二级压缩机32升压至0.8～1.2MPa和三级压缩机33升压至2.3～2.8MPa，从三级压缩机33出来的含有甲烷、乙烯、苯等杂质的二氧化碳气体和氧气的温度为110～120℃，然后送到脱烃工序50。

(2)脱烃工序50

来自压缩工序30的含有甲烷、乙烯、苯等杂质的二氧化碳气体和氧气首先进入脱烃预热器51预热到215～225℃，然后经过脱烃加热器52加热到480～520℃，最后进入脱烃反应器53。在脱烃反应器53内含有甲烷、乙烯、苯等杂质的二氧化碳气体中的甲烷、乙烯与氧气在高温高压和活性组分为铂和钯、载体为氧化铝的催化剂的作用下发生化学反应，生成二氧化碳和水。当脱烃预热器51为列管式换热器时，从脱烃反应器53出来的高温气体返回脱烃预热器51的壳程，与管程的来自压缩工序30的含有甲烷、乙烯、苯等杂质的二氧化碳气体换热后，先经热交换器130与下述的汇合气流进行换热，再经过水冷却器60降温和第二水分离器70分离机械水，进入净化工序80。通过脱烃工序50，来自压缩工序30的含有甲烷、乙烯、苯等杂质的二氧化碳气体中的绝大部分甲烷、乙烯转化成了二氧化碳和水，因此，进入净化工序80的二氧化碳气体中含有没有进行化学反应的微量甲烷和乙烯，以及微量氧气和新生成的但第二水分离器70不能分离的水蒸气。脱烃加热器52可为电加热器。脱烃反应器53可具有一般催化反应器的结构。

(3)净化工序80

采用变温吸附工艺，多台净化器切换工作，当某一台或数台净化器81处于吸附状态时，另一台或数台净化器82处于再生状态，其余的一台或数台净化器83则处于备用状态，常温吸附杂质、高温脱附杂质，由装填在净化器内的氧化铝和硅胶吸附剂对来自第二水分离器70的含有微量甲烷、乙烯、氧气、苯和水蒸气等杂质的二氧化碳气体中的微量水蒸气(PPM级)和微量苯(PPB级)杂质选择性吸附，对来自第二水分离器70的含有微量甲烷、乙烯、氧气、苯和水蒸气等杂质的二氧化碳气体进行净化。

①吸附

来自第二水分离器70的含有微量甲烷、乙烯、氧气、苯和水蒸气等杂质的二氧化碳气体从通常称为吸附塔的净化器81底部进入吸附塔，从吸附塔的顶部排出。在吸附塔中，吸附剂对微量水蒸气和微量苯等进行有效吸附，使吸附塔出口端的气体中的水和苯等指标达到相应设计指标或规定标准，然后送到液化工序90和蒸馏提纯工序100，吸附剂吸附至一定时间后，预计吸附剂接近饱和时停止吸附。

②逆向放压

吸附步骤结束后，将吸附塔内的含有微量甲烷、乙烯、氧气等杂质的二氧化碳气体逆着吸附方向限流卸压排出净化器81外，结束后吸附塔内的压力接近常压。

③加热脱附杂质

从蒸馏提纯工序100的蒸馏提纯塔101顶部排出的含有少量未冷凝二氧化碳气体和大量甲烷、乙烯、氧气的气体混合物，经调节阀1013节流膨胀后温度降低，进入蒸馏提纯塔101上部的换热器1012壳程，与在换热器1012管程内上升的闪蒸气换热，闪蒸气中的部分未冷凝二氧化碳气体被冷凝落入蒸馏提纯塔101塔釜内，其余的则成为上述的气体混合物从蒸馏提纯塔101顶部排出，该气体混合物经调节阀1013节流膨胀后温度降低，进入蒸馏提纯塔101上部的换热器1012壳程，从换热器1012壳程出来的气体混合物经调节阀1014节流膨胀后再次降压至0.05MPa，与从球罐112排出的闪蒸气汇合在一起后形成的汇合气流的一部分进入热交换器130，与来自脱烃工序50的脱烃预热器51的含有微量甲烷、乙烯、氧气、苯和水蒸气等杂质的二氧化碳气体换热后进入电加热器140被加热升温至180～235℃，进入正处于加热脱附杂质步骤的净化器81即吸附塔内，逆着吸附的方向冲洗吸附剂，使吸附剂吸附的杂质被加热解吸，吸附剂得到充分再生，然后作为废气排放。

④冷却吸附剂

加热脱附杂质步骤结束后，净化器81中的吸附剂吸附的水和苯等杂质几乎得到完全解吸，此时将汇合气流的另一部分直接送至净化器81，将净化器81内的吸附剂冷却降温至≤25℃。

⑤净化器充压

利用来自已从再生状态切换为吸附状态的通常称为吸附塔的净化器82的一部分经过净化处理后的含有微量甲烷、乙烯和氧气等杂质的二氧化碳气体对净化器81充压至吸附压力2.3～2.8MPa，准备进入下一次吸附。

(4)液化工序90

来自净化工序80和蒸馏提纯工序100的经过净化处理后的含有微量甲烷、乙烯和氧气等杂质的二氧化碳气体的一部分经孔板流量计1015进入蒸馏提纯工序100的蒸馏提纯塔101的通常称为塔釜盘管的再沸器1011的入口，充分提供产品液体二氧化碳蒸馏提纯所需的热源，从通常称为塔釜盘管的再沸器1011的出口排出，与来自净化工序80的经过净化处理后的含有微量甲烷、乙烯和氧气等杂质的二氧化碳气体的另一部分，在该另一部分从受孔板流量计1015控制的调节阀1016流出后，该两部分汇合在一起，进入液化工序90的第一蒸发冷凝器91进行液化。液化工序90的第一蒸发冷凝器91的冷源为液氨，在第一蒸发冷凝器91中，含有微量甲烷、乙烯和氧气等杂质的二氧化碳气体充分与液氨进行热量交换，第一蒸发冷凝器91中的液氨液位通过调节阀进行精确控制，使大部分的二氧化碳气体被充分液化，成为-23～-24℃液体二氧化碳，然后送入蒸馏提纯工序100。

(5)蒸馏提纯工序100

来自液化工序90的第一蒸发冷凝器91的含有未冷凝二氧化碳气体和微量甲烷、乙烯和氧气等杂质的液化后的二氧化碳通过喷头1021雾状喷淋进入蒸馏提纯工序100的蒸馏提纯塔101的塔釜进行蒸馏提纯，甲烷、乙烯和氧气等杂质和未冷凝二氧化碳气体从液化后的二氧化碳中蒸馏出来，称为闪蒸气，在塔釜下部得到温度为-21～-23℃的产品液体二氧化碳。闪蒸气从塔釜上升，与从喷头1021喷出的雾状液体二氧化碳接触，闪蒸气中的部分未冷凝二氧化碳气体被冷凝，落入塔釜内；闪蒸气继续上升，进入蒸馏提纯塔101上部的换热器1012管程，与经调节阀1013节流膨胀温度降低后进入换热器1012壳程的气体混合物换热，闪蒸气中的部分未冷凝二氧化碳气体被冷凝，落入塔釜内。闪蒸气离开换热器1012管程，成为含有少量未冷凝二氧化碳气体和大量甲烷、乙烯的气体混合物，从蒸馏提纯工序100的蒸馏提纯塔101顶部排出。来自净化工序80的经过净化处理后的温度为28～32℃含有微量甲烷、乙烯和氧气等杂质的二氧化碳气体的一部分经孔板流量计1015进入蒸馏提纯工序100的蒸馏提纯塔101的通常称为塔釜盘管的再沸器1011的入口，充分提供产品液体二氧化碳蒸馏提纯所需的热源，从通常称为塔釜盘管的再沸器1011的出口排出，排出温度为-9～-11℃，与来自净化工序80的经过净化处理后的温度为28～32℃含有微量甲烷、乙烯和氧气等杂质的二氧化碳气体的另一部分，在该另一部分从受孔板流量计1015控制的调节阀1016流出后，该两部分汇合在一起，进入液化工序90的第一蒸发冷凝器91进行液化。

(6)过冷工序110

来自蒸馏提纯工序100的蒸馏提纯塔101塔釜内的经蒸馏提纯的产品液体二氧化碳送至过冷工序110的第二蒸发冷凝器111，过冷工序110的第二蒸发冷凝器111的冷源为液氨，在第二蒸发冷凝器111中，产品液体二氧化碳的温度进一步降低，被进一步降低温度的产品液体二氧化碳经程控阀送到产品液体二氧化碳贮罐112存储。

图3所示的食品级液体二氧化碳产品的生产方法具有下列一定缺点：

从蒸馏提纯工序100的蒸馏提纯塔101顶部排出的含有少量未冷凝二氧化碳气体和大量甲烷、乙烯、氧气的气体混合物，经调节阀1013节流膨胀后温度降低，进入蒸馏提纯塔101上部的换热器1012壳程，与在换热器1012管程内上升的闪蒸气换热，闪蒸气中的部分未冷凝二氧化碳气体被冷凝落入蒸馏提纯塔101塔釜内，在此过程中，由于由于节流膨胀后的低温气体不足以把闪蒸气中的气态二氧化碳完全冷却，冷量不足，造成二氧化碳流失严重。

来自液化工序90的第一蒸发冷凝器91的含有未冷凝二氧化碳气体和微量甲烷、乙烯和氧气等杂质的液化后的二氧化碳通过喷头1021雾状喷淋进入蒸馏提纯工序100的蒸馏提纯塔101的塔釜，下落的雾状液体二氧化碳与从塔釜上升的闪蒸气接触，闪蒸气中的部分未冷凝二氧化碳气体被冷凝落入蒸馏提纯塔101塔釜内，在此过程中，由于雾状液体二氧化碳与闪蒸气的接触面积不足，只有少量闪蒸气中的气态二氧化碳被冷凝。

脱烃工序50和净化工序80都在压缩工序30的三级压缩之后进行，三级压缩机33的出口压力高达2.3～2.8MPa，这就使得脱烃工序50和净化工序80中的设备、仪表、管道、催化剂和吸附剂等都在较高的压力下工作，对这些设备、仪表、管道、催化剂和吸附剂等提出的耐压级别高，增大了成本投入，降低了使用寿命，增加了安全隐患。

发明内容

本发明要提供改进的食品级液体二氧化碳产品的生产方法。

本发明的一种改进的食品级液体二氧化碳产品的生产方法，包括下列步骤：

(1)压缩工序

将含有杂质的二氧化碳原料气体和化学反应稍微过量的氧气经过水分离器除去机械水后进入压缩工序，经一级压缩机升压至0.1～0.35Mpa、二级压缩机升压至0.8～1.2MPa和三级压缩机33升压至2.3～2.8MPa，然后送到脱烃工序；

(2)脱烃工序

来自压缩工序的含有杂质的二氧化碳气体和化学反应稍微过量的氧气进入脱烃工序，脱除含有杂质的二氧化碳气体中的甲烷和乙烯，然后送到净化工序；

(3)净化工序

采用变温吸附工艺，多台净化器切换工作，当某一台或数台净化器处于吸附状态时，其余的净化器则处于再生状态，常温吸附杂质、高温脱附杂质，由装填在净化工序的净化器内的吸附剂对来自脱烃工序的含有杂质的二氧化碳气体中的PPM级的微量水蒸气和PPB级的微量苯进行选择性吸附，对来自脱烃工序的含有杂质的二氧化碳气体进行净化，然后送到液化工序和蒸馏提纯工序；

(4)液化工序

来自净化工序和蒸馏提纯工序的含有杂质的二氧化碳气体进入液化工序的蒸发冷凝器进行液化，大部分含有杂质的二氧化碳气体被液化，然后与未冷凝二氧化碳气体和微量的甲烷、乙烯和氧气一起送到蒸馏提纯工序；

(5)蒸馏提纯工序

来自液化工序的含有未冷凝二氧化碳气体和微量甲烷、乙烯和氧气的液化后的二氧化碳进入蒸馏提纯工序的蒸馏提纯塔塔釜进行蒸馏提纯，甲烷、乙烯和氧气等杂质和未冷凝二氧化碳气体从液化后的二氧化碳中蒸馏出来，称为闪蒸气，在塔釜下部得到产品液体二氧化碳；

其中，闪蒸气上升，经过下部波纹板规整填料、上部波纹板规整填料、下部换热器的管程和上部换热器的管程，最后，闪蒸气成为含有少量未冷凝二氧化碳气体和大量甲烷、乙烯、氧气的气体混合物，从蒸馏提纯工序的蒸馏提纯塔顶部排出。

本发明的改进的食品级液体二氧化碳产品的生产方法，在图3所示的食品级液体二氧化碳产品的生产方法中的蒸馏提纯工序中只通过从蒸馏提纯工序的蒸馏提纯塔顶部排出的气体混合物经调节阀节流膨胀后在列管式换热器内对闪蒸气进行冷却，使闪蒸气中的一部分二氧化碳冷凝的基础上，又增加了下述过程：从蒸馏提纯塔塔釜上升的闪蒸气首先经过下部波纹板规整填料，在此与通过喷头喷淋的低温雾状液体二氧化碳充分接触，闪蒸气中部分未冷凝二氧化碳气体被冷凝落入蒸馏提纯塔塔釜内；闪蒸气继续上升，经过上部波纹板规整填料，在此与从下部换热器和上部换热器的管程下落的低温液体二氧化碳充分接触，闪蒸气中又有部分未冷凝二氧化碳气体被冷凝经下部波纹板规整填料落入蒸馏提纯塔塔釜内；闪蒸气继续上升，进入类似图3的蒸馏提纯塔上部的换热器的下部换热器的管程后，闪蒸气继续上升，进入上部换热器的管程，与进入壳程的低温液氨进行热交换，闪蒸气中又有部分未冷凝二氧化碳气体被冷凝经下部换热器的管程、上部波纹板规整填料和下部波纹板规整填料落入蒸馏提纯塔塔釜内。在上述过程中，闪蒸气被多次冷却，其中的绝大部分二氧化碳气体被冷凝成为液体二氧化碳，落入蒸馏提纯塔塔釜内，增加了液体二氧化碳产品的产量。最后，闪蒸气成为含有少量未冷凝二氧化碳气体和大量甲烷、乙烯、氧气的气体混合物，从蒸馏提纯工序的蒸馏提纯塔顶部排出。

优选地，来自压缩工序的含有杂质的二氧化碳气体和化学反应稍微过量的氧气首先进入脱烃工序的脱烃预热器，然后经过脱烃加热器，最后进入脱烃反应器。

优选地，脱烃预热器为列管式换热器，来自压缩工序的含有杂质的二氧化碳气体和化学反应稍微过量的氧气首先进入脱烃工序的脱烃预热器的管程，从脱烃反应器出来的高温气体返回脱烃预热器的壳程。

本发明的另一种改进的食品级液体二氧化碳产品的生产方法，包括下列步骤：

(1)第一压缩工序

将含有杂质的二氧化碳原料气体和化学反应稍微过量的氧气经过水分离器除去机械水后进入压缩工序，经一级压缩机升压至0.1～0.35Mpa和二级压缩机升压至0.8～1.2MPa，然后送到脱烃工序；

(2)脱烃工序

来自第一压缩工序的含有杂质的二氧化碳气体和化学反应稍微过量的氧气进入脱烃工序，脱除含有杂质的二氧化碳气体中的甲烷和乙烯，然后送到净化工序；

(3)净化工序

采用变温吸附工艺，多台净化器切换工作，当某一台或数台净化器处于吸附状态时，其余的净化器则处于再生状态，常温吸附杂质、高温脱附杂质，由装填在净化工序的净化器内的吸附剂对来自脱烃工序的含有杂质的二氧化碳气体中的PPM级的微量水蒸气和PPB级的微量苯进行选择性吸附，对来自脱烃工序的含有杂质的二氧化碳气体进行净化，然后送到第二压缩工序；

(4)第二压缩工序

来自净化工序的含有杂质的二氧化碳气体进入第二压缩工序，经第二压缩工序的压缩机升压至2.3～2.8MPa，然后送到液化工序和蒸馏提纯工序；

(5)液化工序

来自第二压缩工序和蒸馏提纯工序的含有杂质的二氧化碳气体进入液化工序的蒸发冷凝器进行液化，大部分含有杂质的二氧化碳气体被液化，然后与未冷凝二氧化碳气体和微量的甲烷、乙烯和氧气一起送到蒸馏提纯工序；

(6)蒸馏提纯工序

来自液化工序的含有未冷凝二氧化碳气体和微量甲烷、乙烯和氧气的液化后的二氧化碳进入蒸馏提纯工序的蒸馏提纯塔塔釜进行蒸馏提纯，甲烷、乙烯和氧气等杂质和未冷凝二氧化碳气体从液化后的二氧化碳中蒸馏出来，称为闪蒸气，在塔釜下部得到产品液体二氧化碳；

其中，闪蒸气上升，经过下部波纹板规整填料、上部波纹板规整填料、下部换热器的管程和上部换热器的管程，最后，闪蒸气成为含有少量未冷凝二氧化碳气体和大量甲烷、乙烯、氧气的气体混合物，从蒸馏提纯工序的蒸馏提纯塔顶部排出。

本发明的食品级液体二氧化碳产品的生产方法，将图3所示的食品级液体二氧化碳产品的生产方法中的压缩工序改变为第一压缩工序和第二压缩工序，第一压缩工序类似于图3所示的食品级液体二氧化碳产品的生产方法中的压缩工序，位于脱烃工序和净化工序前，但最高输出压力只达到0.8～1.2MPa，明显低于图3所示的食品级液体二氧化碳产品的生产方法中的压缩工序的最高输出压力2.3～2.8MPa，第二压缩工序位于脱烃工序和净化工序后，输出压力达到2.3～2.8MPa，这就使得脱烃工序和净化工序操作在0.8～1.2MPa的压力下，而不象图3所示的食品级液体二氧化碳产品的生产方法中的压缩工序那样操作在2.3～2.8MPa的压力下，从而对脱烃工序和净化工序的设备、仪表、管道、催化剂和吸附剂等提出的耐压级别低，减少了成本投入，延长了使用寿命，降低了安全隐患。

优选地，来自第一压缩工序的含有杂质的二氧化碳气体和化学反应稍微过量的氧气首先进入脱烃工序的脱烃预热器，然后经过脱烃加热器，最后进入脱烃反应器。

优选地，脱烃预热器为列管式换热器，来自第一压缩工序的含有杂质的二氧化碳气体和化学反应稍微过量的氧气首先进入脱烃工序的脱烃预热器的管程，从脱烃反应器出来的高温气体返回脱烃预热器的壳程。

本发明改进的食品级液体二氧化碳产品的生产方法中用的蒸馏提纯塔，其特征在于，从蒸馏提纯塔塔釜到蒸馏提纯塔塔顶，蒸馏提纯塔内部安装有塔釜盘管、下部波纹板规整填料、喷头、上部波纹板规整填料、下部列管式换热器和上部列管式换热器。

附图说明

图1是本发明一种改进的食品级液体二氧化碳产品的生产方法的流程图；

图2是本发明另一种改进的食品级液体二氧化碳产品的生产方法的流程图；

图3是背景技术的一种食品级液体二氧化碳产品的生产方法的流程图，其中表示出蒸馏提纯塔的结构。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的食品级液体二氧化碳产品的生产方法的具体实施方式进行详细描述，本发明的食品级液体二氧化碳产品的生产方法的特征和优点将变得更加明显。

参见图1，本发明的一种改进的食品级液体二氧化碳产品的生产方法，包括下述步骤：

(1)压缩工序30

将来自界区外的含有机械水、甲烷、乙烯、苯等杂质的二氧化碳含量约为99.2％的二氧化碳原料气体经水洗后，与经受孔板流量计1控制的调节阀2调解进入的化学反应稍微过量的氧气混合，一起进入预冷器10预冷，经过第一水分离器20除去机械水后进入压缩工序30，经一级压缩机31升压至0.1～0.35Mpa、二级压缩机32升压至0.8～1.2MPa和三级压缩机33升压至2.3～2.8MPa，从三级压缩机33出来的含有甲烷、乙烯、苯等杂质的二氧化碳气体和氧气的温度为110～120℃，然后送到脱烃工序50。

(2)脱烃工序50

来自压缩工序30的含有甲烷、乙烯、苯等杂质的二氧化碳气体和氧气首先进入脱烃预热器51预热到215～225℃，然后经过脱烃加热器52加热到480～520℃，最后进入脱烃反应器53。在脱烃反应器53内含有甲烷、乙烯、苯等杂质的二氧化碳气体中的甲烷、乙烯与氧气在高温高压和活性组分为铂和钯、载体为氧化铝的催化剂的作用下发生化学反应，生成二氧化碳和水。当脱烃预热器51为列管式换热器时，从脱烃反应器53出来的高温气体返回脱烃预热器51的壳程，与管程的来自压缩工序30的含有甲烷、乙烯、苯等杂质的二氧化碳气体换热后，先经热交换器130与下述的汇合气流进行换热，再经过水冷却器60降温和第二水分离器70分离机械水，进入净化工序80。通过脱烃工序50，来自压缩工序30的含有甲烷、乙烯、苯等杂质的二氧化碳气体中的绝大部分甲烷、乙烯转化成了二氧化碳和水，因此，进入净化工序80的二氧化碳气体中含有没有进行化学反应的微量甲烷和乙烯，以及微量氧气和新生成的但第二水分离器70不能分离的水蒸气。脱烃加热器52可为电加热器。脱烃反应器53可具有一般催化反应器的结构。

(3)净化工序80

采用变温吸附工艺，多台净化器切换工作，当某一台或数台净化器81处于吸附状态时，另一台或数台净化器82处于再生状态，其余的一台或数台净化器83则处于备用状态，常温吸附杂质、高温脱附杂质，由装填在净化器内的氧化铝和硅胶吸附剂对来自第二水分离器70的含有微量甲烷、乙烯、氧气、苯和水蒸气等杂质的二氧化碳气体中的微量水蒸气(PPM级)和微量苯(PPB级)杂质选择性吸附，对来自第二水分离器70的含有微量甲烷、乙烯、氧气、苯和水蒸气等杂质的二氧化碳气体进行净化。

①吸附

来自第二水分离器70的含有微量甲烷、乙烯、氧气、苯和水蒸气等杂质的二氧化碳气体从通常称为吸附塔的净化器81底部进入吸附塔，从吸附塔的顶部排出。在吸附塔中，吸附剂对微量水蒸气和微量苯等进行有效吸附，使吸附塔出口端的气体中的水和苯等指标达到相应设计指标或规定标准，然后送到液化工序90和蒸馏提纯工序200，吸附剂吸附至一定时间后，预计吸附剂接近饱和时停止吸附。

②逆向放压

吸附步骤结束后，将吸附塔内的含有微量甲烷、乙烯、氧气等杂质的二氧化碳气体逆着吸附方向限流卸压排出净化器81外，结束后吸附塔内的压力接近常压。

③加热脱附杂质

见下述的对(5)蒸馏提纯工序200的描述，从下部换热器1019壳程出来的气体混合物经调节阀1014节流膨胀后再次降压至0.05MPa，与从球罐112排出的闪蒸气汇合在一起后形成的汇合气流的一部分进入热交换器130，与来自脱烃工序50的脱烃预热器51的含有微量甲烷、乙烯、氧气、苯和水蒸气等杂质的二氧化碳气体换热后进入电加热器140被加热升温至180～235℃，进入正处于加热脱附杂质步骤的净化器81即吸附塔内，逆着吸附的方向冲洗吸附剂，使吸附剂吸附的杂质被加热解吸，吸附剂得到充分再生，然后作为废气排放。

④冷却吸附剂

加热脱附杂质步骤结束后，净化器81中的吸附剂吸附的水和苯等杂质几乎得到完全解吸，此时将汇合气流的另一部分直接送至净化器81，将净化器81内的吸附剂冷却降温至≤25℃。

⑤净化器充压

利用来自已从再生状态切换为吸附状态的通常称为吸附塔的净化器82的一部分经过净化处理后的含有微量甲烷、乙烯和氧气等杂质的二氧化碳气体对净化器81充压至吸附压力2.3～2.8MPa，准备进入下一次吸附。

(4)液化工序90

来自净化工序80和蒸馏提纯工序200的经过净化处理后的含有微量甲烷、乙烯和氧气等杂质的二氧化碳气体的一部分经孔板流量计1015进入蒸馏提纯工序200的蒸馏提纯塔201的通常称为塔釜盘管的再沸器1011的入口，充分提供产品液体二氧化碳蒸馏提纯所需的热源，从通常称为塔釜盘管的再沸器1011的出口排出，与来自净化工序80的经过净化处理后的含有微量甲烷、乙烯和氧气等杂质的二氧化碳气体的另一部分，在该另一部分从受孔板流量计1015控制的调节阀1016流出后，该两部分汇合在一起，进入液化工序90的第一蒸发冷凝器91进行液化。液化工序90的第一蒸发冷凝器91的冷源为液氨，在第一蒸发冷凝器91中，含有微量甲烷、乙烯和氧气等杂质的二氧化碳气体充分与液氨进行热量交换，第一蒸发冷凝器91中的液氨液位通过调节阀进行精确控制，使大部分的二氧化碳气体被充分液化，成为-23～-24℃液体二氧化碳，然后送入蒸馏提纯工序200。

(5)蒸馏提纯工序200

来自液化工序90的第一蒸发冷凝器91的含有未冷凝二氧化碳气体和微量甲烷、乙烯和氧气等杂质的液化后的二氧化碳通过喷头1021雾状喷淋经下部波纹板规整填料1017落入蒸馏提纯工序200的蒸馏提纯塔201的塔釜进行蒸馏提纯，甲烷、乙烯和氧气等杂质和未冷凝二氧化碳气体从液化后的二氧化碳中蒸馏出来，称为闪蒸气，在塔釜下部得到温度为-21～-23℃的产品液体二氧化碳。闪蒸气从塔釜上升，首先经过下部波纹板规整填料1017，在此与通过喷头1021喷淋的低温雾状液体二氧化碳充分接触，闪蒸气中部分未冷凝二氧化碳气体被冷凝落入蒸馏提纯塔201塔釜内；闪蒸气继续上升，经过上部波纹板规整填料1018，在此与从下部换热器1019和上部换热器1020的管程下落的低温液体二氧化碳充分接触，闪蒸气中又有部分未冷凝二氧化碳气体被冷凝经下部波纹板规整填料1017落入蒸馏提纯塔201塔釜内；闪蒸气继续上升，进入下部换热器1019的管程，从蒸馏提纯工序200的蒸馏提纯塔201顶部排出的含有少量未冷凝二氧化碳气体和大量甲烷、乙烯、氧气的气体混合物，经调节阀1013节流膨胀后温度降低，进入蒸馏提纯塔201上部的下部换热器1019壳程，在下部换热器1019内，进入管程的闪蒸气与经调节阀1013节流膨胀后温度降低进入壳程的低温气体混合物进行热交换，闪蒸气中又有部分未冷凝二氧化碳气体被冷凝经上部波纹板规整填料1018和下部波纹板规整填料1017落入蒸馏提纯塔201塔釜内；闪蒸气继续上升，进入上部换热器1020的管程，外部低温液氨进入蒸馏提纯塔201上部的上部换热器1020壳程，在上部换热器1020内，进入管程的闪蒸气与进入壳程的低温液氨进行热交换，闪蒸气中又有部分未冷凝二氧化碳气体被冷凝经下部换热器1019的管程、上部波纹板规整填料1018和下部波纹板规整填料1017落入蒸馏提纯塔201塔釜内；最后，闪蒸气成为上述的从蒸馏提纯工序200的蒸馏提纯塔201顶部排出的含有少量未冷凝二氧化碳气体和大量甲烷、乙烯、氧气的气体混合物。来自净化工序80的经过净化处理后的温度为28～32℃含有微量甲烷、乙烯和氧气等杂质的二氧化碳气体的一部分经孔板流量计1015进入蒸馏提纯工序200的蒸馏提纯塔201的通常称为塔釜盘管的再沸器1011的入口，充分提供产品液体二氧化碳蒸馏提纯所需的热源，从通常称为塔釜盘管的再沸器1011的出口排出，排出温度为-9～-11℃，与来自净化工序80的经过净化处理后的温度为28～32℃含有微量甲烷、乙烯和氧气等杂质的二氧化碳气体的另一部分，在该另一部分从受孔板流量计1015控制的调节阀1016流出后，该两部分汇合在一起，进入液化工序90的第一蒸发冷凝器91进行液化。

(6)过冷工序110

来自蒸馏提纯工序200的蒸馏提纯塔201塔釜内的经蒸馏提纯的产品液体二氧化碳送至过冷工序110的第二蒸发冷凝器111，过冷工序110的第二蒸发冷凝器111的冷源为液氨，在第二蒸发冷凝器111中，产品液体二氧化碳的温度进一步降低，被进一步降低温度的产品液体二氧化碳经程控阀送到产品液体二氧化碳贮罐112存储。

参见图2，本发明的另一种改进的食品级液体二氧化碳产品的生产方法，包括下述步骤：

(1)第一压缩工序300

将来自界区外的含有机械水、甲烷、乙烯、苯等杂质的二氧化碳含量约为99.2％的二氧化碳原料气体经水洗后，与经受孔板流量计1控制的调节阀2调解进入的化学反应稍微过量的氧气混合，一起进入预冷器10预冷，经过第一水分离器20除去机械水后进入第一压缩工序300，经一级压缩机31升压至0.1～0.35Mpa和二级压缩机32升压至0.8～1.2MPa，从二级压缩机32出来的含有甲烷、乙烯、苯等杂质的二氧化碳气体和氧气的温度为125～135℃，然后送到脱烃工序50。

(2)脱烃工序50

来自第一压缩工序300的含有甲烷、乙烯、苯等杂质的二氧化碳气体和氧气首先进入脱烃预热器51预热到215～225℃，然后经过脱烃加热器52加热到480～520℃，最后进入脱烃反应器53。在脱烃反应器53内含有甲烷、乙烯、苯等杂质的二氧化碳气体中的甲烷、乙烯与氧气在高温高压和活性组分为铂和钯、载体为氧化铝的催化剂的作用下发生化学反应，生成二氧化碳和水。当脱烃预热器51为列管式换热器时，从脱烃反应器53出来的高温气体返回脱烃预热器51的壳程，与管程的来自第一压缩工序300的含有甲烷、乙烯、苯等杂质的二氧化碳气体换热后，先经热交换器130与下述的汇合气流进行换热，再经过水冷却器60降温和第二水分离器70分离机械水，进入净化工序80。通过脱烃工序50，来自第一压缩工序300的含有甲烷、乙烯、苯等杂质的二氧化碳气体中的绝大部分甲烷、乙烯转化成了二氧化碳和水，因此，进入净化工序80的二氧化碳气体中含有没有进行化学反应的微量甲烷和乙烯，以及微量氧气和新生成的但第二水分离器70不能分离的水蒸气。脱烃加热器52可为电加热器。脱烃反应器53可具有一般催化反应器的结构。

(3)净化工序80

采用变温吸附工艺，多台净化器切换工作，当某一台或数台净化器81处于吸附状态时，另一台或数台净化器82处于再生状态，其余的一台或数台净化器83则处于备用状态，常温吸附杂质、高温脱附杂质，由装填在净化器内的氧化铝和硅胶吸附剂对来自第二水分离器70的含有微量甲烷、乙烯、氧气、苯和水蒸气等杂质的二氧化碳气体中的微量水蒸气(PPM级)和微量苯(PPB级)杂质选择性吸附，对来自第二水分离器70的含有微量甲烷、乙烯、氧气、苯和水蒸气等杂质的二氧化碳气体进行净化。

①吸附

来自第二水分离器70的含有微量甲烷、乙烯、氧气、苯和水蒸气等杂质的二氧化碳气体从通常称为吸附塔的净化器81底部进入吸附塔，从吸附塔的顶部排出。在吸附塔中，吸附剂对微量水蒸气和微量苯等进行有效吸附，使吸附塔出口端的气体中的水和苯等指标达到相应设计指标或规定标准，然后送到第二压缩工序150，吸附剂吸附至一定时间后，预计吸附剂接近饱和时停止吸附。

②逆向放压

吸附步骤结束后，将吸附塔内的含有微量甲烷、乙烯、氧气等杂质的二氧化碳气体逆着吸附方向限流卸压排出净化器81外，结束后吸附塔内的压力接近常压。

③加热脱附杂质

见下述的对(6)蒸馏提纯工序200的描述，从下部换热器1019壳程出来的气体混合物经调节阀1014节流膨胀后再次降压至0.05MPa，与从球罐112排出的闪蒸气汇合在一起后形成的汇合气流的一部分进入热交换器130，与来自脱烃工序50的脱烃预热器51的含有微量甲烷、乙烯、氧气、苯和水蒸气等杂质的二氧化碳气体换热后进入电加热器140被加热升温至180～235℃，进入正处于加热脱附杂质步骤的净化器81即吸附塔内，逆着吸附的方向冲洗吸附剂，使吸附剂吸附的杂质被加热解吸，吸附剂得到充分再生，然后作为废气排放。

④冷却吸附剂

加热脱附杂质步骤结束后，净化器81中的吸附剂吸附的水和苯等杂质几乎得到完全解吸，此时将汇合气流的另一部分直接送至净化器81，将净化器81内的吸附剂冷却降温至≤25℃。

⑤净化器充压

利用来自已从再生状态切换为吸附状态的通常称为吸附塔的净化器82的一部分经过净化处理后的含有微量甲烷、乙烯和氧气等杂质的二氧化碳气体对净化器81充压至吸附压力0.8～1.2MPa，准备进入下一次吸附。

(4)第二压缩工序150

来自净化工序80的经过净化处理后的含有微量甲烷、乙烯和氧气等杂质的二氧化碳气体进入第110～120℃二压缩工序150，经压缩机151升压至2.3-2.8MPa，经冷却后温度为28～32℃，送到液化工序90和蒸馏提纯工序200。

(5)液化工序90

来自第二压缩工序150和蒸馏提纯工序200的温度为28～32℃含有微量甲烷、乙烯和氧气等杂质的二氧化碳气体的一部分经孔板流量计1015进入蒸馏提纯工序200的蒸馏提纯塔201的通常称为塔釜盘管的再沸器1011的入口，充分提供产品液体二氧化碳蒸馏提纯所需的热源，从通常称为塔釜盘管的再沸器1011的出口排出，与来自第二压缩工序150的温度为28～32℃含有微量甲烷、乙烯和氧气等杂质的二氧化碳气体的另一部分，在该另一部分从受孔板流量计1015控制的调节阀1016流出后，该两部分汇合在一起，进入液化工序90的第一蒸发冷凝器91进行液化。液化工序90的第一蒸发冷凝器91的冷源为液氨，在第一蒸发冷凝器91中，含有微量甲烷、乙烯和氧气等杂质的二氧化碳气体充分与液氨进行热量交换，第一蒸发冷凝器91中的液氨液位通过调节阀进行精确控制，使大部分的二氧化碳气体被充分液化，成为-23～-24℃液体二氧化碳，然后送入蒸馏提纯工序200。

(6)蒸馏提纯工序200

来自液化工序90的第一蒸发冷凝器91的含有未冷凝二氧化碳气体和微量甲烷、乙烯和氧气等杂质的液化后的二氧化碳通过喷头1021雾状喷淋经下部波纹板规整填料1017落入蒸馏提纯工序200的蒸馏提纯塔201的塔釜进行蒸馏提纯，甲烷、乙烯和氧气等杂质和未冷凝二氧化碳气体从液化后的二氧化碳中蒸馏出来，称为闪蒸气，在塔釜下部得到温度为-21～-23℃的产品液体二氧化碳。闪蒸气从塔釜上升，首先经过下部波纹板规整填料1017，在此与通过喷头1021喷淋的低温雾状液体二氧化碳充分接触，闪蒸气中部分未冷凝二氧化碳气体被冷凝落入蒸馏提纯塔201塔釜内；闪蒸气继续上升，经过上部波纹板规整填料1018，在此与从下部换热器1019和上部换热器1020的管程下落的低温雾状液体二氧化碳充分接触，闪蒸气中又有部分未冷凝二氧化碳气体被冷凝经下部波纹板规整填料1017落入蒸馏提纯塔201塔釜内；闪蒸气继续上升，进入下部换热器1019的管程，从蒸馏提纯工序200的蒸馏提纯塔201顶部排出的含有少量未冷凝二氧化碳气体和大量甲烷、乙烯、氧气的气体混合物，经调节阀1013节流膨胀后温度降低，进入蒸馏提纯塔201上部的下部换热器1019壳程，在下部换热器1019内，进入管程的闪蒸气与经调节阀1013节流膨胀后温度降低进入壳程的低温气体混合物进行热交换，闪蒸气中又有部分未冷凝二氧化碳气体被冷凝经上部波纹板规整填料1018和下部波纹板规整填料1017落入蒸馏提纯塔201塔釜内；闪蒸气继续上升，进入上部换热器1020的管程，外部低温液氨进入蒸馏提纯塔201上部的上部换热器1020壳程，在上部换热器1020内，进入管程的闪蒸气与进入壳程的低温液氨进行热交换，闪蒸气中又有部分未冷凝二氧化碳气体被冷凝经下部换热器1019的管程、上部波纹板规整填料1018和下部波纹板规整填料1017落入蒸馏提纯塔201塔釜内；最后，闪蒸气成为上述的从蒸馏提纯工序200的蒸馏提纯塔201顶部排出的含有少量未冷凝二氧化碳气体和大量甲烷、乙烯、氧气的气体混合物。来自第二压缩工序150的温度为28～32℃含有微量甲烷、乙烯和氧气等杂质的二氧化碳气体的一部分经孔板流量计1015进入蒸馏提纯工序200的蒸馏提纯塔201的通常称为塔釜盘管的再沸器1011的入口，充分提供产品液体二氧化碳蒸馏提纯所需的热源，从通常称为塔釜盘管的再沸器1011的出口排出，排出温度为-9～-11℃，与来自第二压缩工序150的温度为28～32℃含有微量甲烷、乙烯和氧气等杂质的二氧化碳气体的另一部分，在该另一部分从受孔板流量计1015控制的调节阀1016流出后，该两部分汇合在一起，进入液化工序90的第一蒸发冷凝器91进行液化。

(7)过冷工序110

来自蒸馏提纯工序200的蒸馏提纯塔201塔釜内的经蒸馏提纯的产品液体二氧化碳送至过冷工序110的第二蒸发冷凝器111，过冷工序110的第二蒸发冷凝器111的冷源为液氨，在第二蒸发冷凝器111中，产品液体二氧化碳的温度进一步降低，被进一步降低温度的产品液体二氧化碳经程控阀送到产品液体二氧化碳贮罐112存储。

通过上述对本发明的改进的食品级液体二氧化碳产品的生产方法的实施方式的描述可知，如图1和图2中的标号201所示，本发明的改进的食品级液体二氧化碳产品的生产方法所用蒸馏提纯塔，从塔釜到塔顶内部安装有塔釜盘管1011、下部波纹板规整填料1017、喷头1021、上部波纹板规整填料1018、下部列管式换热器1019和上部列管式换热器1020。

根据本发明的实施方式已对本发明进行了说明性而非限制性的描述，但应理解，在不脱离由权利要求所限定的相关保护范围的情况下，本领域的技术人员可以做出变更和/或修改。

Claims (7)

1.一种改进的食品级液体二氧化碳产品的生产方法，包括下列步骤：

(1)压缩工序

将含有杂质的二氧化碳原料气体和化学反应稍微过量的氧气经过水分离器除去机械水后进入压缩工序，经一级压缩机升压至0.1～0.35Mpa、二级压缩机升压至0.8～1.2MPa和三级压缩机33升压至2.3～2.8MPa，然后送到脱烃工序；

(2)脱烃工序

来自压缩工序的含有杂质的二氧化碳气体和化学反应稍微过量的氧气进入脱烃工序，脱除含有杂质的二氧化碳气体中的甲烷和乙烯，然后送到净化工序；

(3)净化工序

采用变温吸附工艺，多台净化器切换工作，当某一台或数台净化器处于吸附状态时，其余的净化器则处于再生状态，常温吸附杂质、高温脱附杂质，由装填在净化工序的净化器内的吸附剂对来自脱烃工序的含有杂质的二氧化碳气体中的PPM级的微量水蒸气和PPB级的微量苯进行选择性吸附，对来自脱烃工序的含有杂质的二氧化碳气体进行净化，然后送到液化工序和蒸馏提纯工序；

(4)液化工序

来自净化工序和蒸馏提纯工序的含有杂质的二氧化碳气体进入液化工序的蒸发冷凝器进行液化，大部分含有杂质的二氧化碳气体被液化，然后与未冷凝二氧化碳气体和微量的甲烷、乙烯和氧气一起送到蒸馏提纯工序；

(5)蒸馏提纯工序

来自液化工序的含有未冷凝二氧化碳气体和微量甲烷、乙烯和氧气的液化后的二氧化碳进入蒸馏提纯工序的蒸馏提纯塔塔釜进行蒸馏提纯，甲烷、乙烯和氧气等杂质和未冷凝二氧化碳气体从液化后的二氧化碳中蒸馏出来，称为闪蒸气，在塔釜下部得到产品液体二氧化碳；

其中，闪蒸气上升，经过下部波纹板规整填料、上部波纹板规整填料、下部换热器的管程和上部换热器的管程，最后，闪蒸气成为含有少量未冷凝二氧化碳气体和大量甲烷、乙烯、氧气的气体混合物，从蒸馏提纯工序的蒸馏提纯塔顶部排出。

2.按照权利要求1所述的改进的食品级液体二氧化碳产品的生产方法，其特征在于：来自压缩工序的含有杂质的二氧化碳气体和化学反应稍微过量的氧气首先进入脱烃工序的脱烃预热器，然后经过脱烃加热器，最后进入脱烃反应器。

3.按照权利要求2所述的改进的食品级液体二氧化碳产品的生产方法，其特征在于：脱烃预热器为列管式换热器，来自第一压缩工序的含有杂质的二氧化碳气体和化学反应稍微过量的氧气首先进入脱烃工序的脱烃预热器的管程，从脱烃反应器出来的高温气体返回脱烃预热器的壳程。

4.一种改进的食品级液体二氧化碳产品的生产方法，包括下列步骤：

(1)第一压缩工序

将含有杂质的二氧化碳原料气体和化学反应稍微过量的氧气经过水分离器除去机械水后进入第一压缩工序，经一级压缩机升压至0.1～0.35Mpa和二级压缩机升压至0.8～1.2MPa，然后送到脱烃工序；

(2)脱烃工序

来自第一压缩工序的含有杂质的二氧化碳气体和化学反应稍微过量的氧气进入脱烃工序，脱除含有杂质的二氧化碳气体中的甲烷和乙烯，然后送到净化工序；

(3)净化工序

采用变温吸附工艺，多台净化器切换工作，当某一台或数台净化器处于吸附状态时，其余的净化器则处于再生状态，常温吸附杂质、高温脱附杂质，由装填在净化工序的净化器内的吸附剂对来自脱烃工序的含有杂质的二氧化碳气体中的PPM级的微量水蒸气和PPB级的微量苯进行选择性吸附，对来自脱烃工序的含有杂质的二氧化碳气体进行净化，然后送到第二压缩工序；

(4)第二压缩工序

来自净化工序的含有杂质的二氧化碳气体进入第二压缩工序，经第二压缩工序的压缩机升压至2.3～2.8MPa，然后送到液化工序和蒸馏提纯工序；

(5)液化工序

来自第二压缩工序和蒸馏提纯工序的含有杂质的二氧化碳气体进入液化工序的蒸发冷凝器进行液化，大部分含有杂质的二氧化碳气体被液化，然后与未冷凝二氧化碳气体和微量的甲烷、乙烯和氧气一起送到蒸馏提纯工序；

(6)蒸馏提纯工序

来自液化工序的含有未冷凝二氧化碳气体和微量甲烷、乙烯和氧气的液化后的二氧化碳进入蒸馏提纯工序的蒸馏提纯塔塔釜进行蒸馏提纯，甲烷、乙烯和氧气等杂质和未冷凝二氧化碳气体从液化后的二氧化碳中蒸馏出来，称为闪蒸气，在塔釜下部得到产品液体二氧化碳；

其中，闪蒸气上升，经过下部波纹板规整填料、上部波纹板规整填料、下部换热器的管程和上部换热器的管程，最后，闪蒸气成为含有少量未冷凝二氧化碳气体和大量甲烷、乙烯、氧气的气体混合物，从蒸馏提纯工序的蒸馏提纯塔顶部排出。

5.按照权利要求4所述的改进的食品级液体二氧化碳产品的生产方法，其特征在于：来自第一压缩工序的含有杂质的二氧化碳气体和化学反应稍微过量的氧气首先进入脱烃工序的脱烃预热器，然后经过脱烃加热器，最后进入脱烃反应器。

6.按照权利要求5所述的改进的食品级液体二氧化碳产品的生产方法，其特征在于：脱烃预热器为列管式换热器，来自第一压缩工序的含有杂质的二氧化碳气体和化学反应稍微过量的氧气首先进入脱烃工序的脱烃预热器的管程，从脱烃反应器出来的高温气体返回脱烃预热器的壳程。

7.权利要求1至6任一方法中用的蒸馏提纯塔，其特征在于，从蒸馏提纯塔塔釜到蒸馏提纯塔塔顶，蒸馏提纯塔内部安装有塔釜盘管、下部波纹板规整填料、喷头、上部波纹板规整填料、下部列管式换热器和上部列管式换热器。

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