CN102765719A - 采用热泵精馏联产工业级和食品级二氧化碳的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于工业级和食品级液体二氧化碳的联产方法，具体涉及一种可以实现食品级二氧化碳可调节生产和降低能耗的采用热泵精馏联产工业级和食品级二氧化碳的工艺方法；包括的步骤如下：原料气经过第一预冷脱水工段、四级压缩工段、粗脱硫工段、水解工段、精脱硫工段、第二预冷脱水工段、干燥工段、工业级液化工段、工业级精馏工段、工业级液化工段、食品级二级压缩工段、预热工段的壳程、电加热装置、脱烃工段、预热工段的管程、列管式水冷工段、食品级预冷工段、食品级干燥工段、食品级液化工段、食品级精馏工段、食品级过冷工段、食品级二氧化碳储槽，即获得食品级液体二氧化碳；具有可以实现食品级二氧化碳可调节生产和降低能耗的优点。

Description

采用热泵精馏联产工业级和食品级二氧化碳的工艺方法
技术领域
本发明属于工业级和食品级液体二氧化碳的联产方法，具体涉及一种可以实现食品级二氧化碳可调节生产和降低能耗的采用热泵精馏联产工业级和食品级二氧化碳的工艺方法。
背景技术
在以合成氨企业中，脱碳放空气中的二氧化碳含量一般在70％--90％之间，其他气体组分大部分为氮气，在目前的二氧化碳捕集技术中一般采用低温法将原料气中的二氧化碳液化精馏来获取纯度为99.9％以上的工业级液体二氧化碳。食品级二氧化碳除对纯度要求为99.99％以上还对其中烃类等20余种组分有严格要求。食品级二氧化碳价格较高，应用范围不及工业级二氧化碳，在目前食品级二氧化碳生产过程中一般是将工业级二氧化碳的生产和食品级二氧化碳的生产集合起来。在目前的食品级二氧化碳生产工艺中一般包含压缩工段、净化工段、液化精馏工段和过冷存储工段。压缩工段就是将原料气压缩到2.5MPa-3.5MPa，一般采用3级到4级压缩，级间采用水冷冷却压缩气体；净化工段视原料气组分的不同而略有不同，一般都包含粗脱硫、水解、精脱硫、预冷脱水等几个过程；液化精馏工段一般将原料气冷却到-20℃左右，然后将液化下来的液体二氧化碳进行精馏提纯；过冷存储工段就是将液体二氧化碳过冷到-20℃，送入储罐。工业级二氧化碳联产食品级二氧化碳工艺流程增加一个脱烃工段和压缩工段，食品级二氧化碳原料气体来源于工业级液体二氧化碳汽化气体，其他工艺大致相同。制取食品级二氧化碳需要将原料气两次液化，能耗较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷而提供一种可以实现食品级二氧化碳可调节生产和降低能耗的采用热泵精馏联产工业级和食品级二氧化碳的工艺方法。
本发明的目的是这样实现的：本发明包括的步骤如下：
一、原料气经过第一预冷脱水工段预冷脱水后进入四级压缩工段，所述的经过四级压缩工段后的原料气压力为2.5MPa到3.5MPa；
二、将步骤一中压缩后的原料气依次经过粗脱硫工段，水解工段和精脱硫工段，使原料气中的硫含量降低到0.1ppm以下；
三、将步骤二中脱硫后的原料气经过第二预冷脱水工段并将冷却水排出，使原料气降温度到4℃到7℃；
四、将经过第二预冷脱水工段后的原料气经过干燥工段，使原料气内的水含量降低到10ppm以下；
五、将经过干燥工段的原料气依次经过工业级液化工段，工业级精馏工段和工业级过冷工段后进入工业级二氧化碳储罐，获得工业级液体二氧化碳；
六、将工业级精馏工段中精馏塔塔釜的液体二氧化碳节流进入工业级液化工段和食品级二级压缩工段，所述的节流后的原料气压力为0.5MPa到3.0MPa，所述的经过食品级二级压缩工段后的原料气压力为3.2MPa到3.5MPa；
七、将步骤六中压缩后的原料气依次通过预热工段的壳程，电加热装置和脱烃工段，所述的原料气进入脱烃工段时向脱烃工段内加入6％的氧气；
八、将步骤七中经过脱烃工段后的原料气依次经过预热工段的管程、列管式水冷工段、食品级预冷工段、食品级干燥工段、食品级液化工段，食品级精馏工段和食品级过冷工段；所述的原料气经过食品级液化工段后的温度为-15℃到-20℃；所述的原料气经过食品级过冷工段后的温度为-25℃到-30℃；所述的食品级精馏工段的顶部设置有冷凝器；
九、将步骤八中进入食品级过冷工段后的原料气进入食品级二氧化碳储槽，即获得食品级液体二氧化碳。
所述的步骤四中的干燥工段为分子筛填料除水。所说的分子筛为3A分子筛。所述的步骤七中预热工段的装置为板翅式换热器。所述的步骤八中的冷凝器为板翅式换热器。所述的步骤六中的工业级精馏工段中精馏塔塔釜与工业级液化工段之间设置有节流管道，所述的节流管道上设置有压力调节阀。
本发明与常用的生产食品级二氧化碳工艺流程相比：本发明的冷凝温度最低可以到-50℃，增加有食品级二级压缩工段，并且对工业级二氧化碳进行节流，节流后的压力为0.5MPa到3.0MPa，在所述的节流管道上设置有压力调节阀可以对食品级二氧化碳的产量进行调节；通过预热工段和食品级精馏工段的顶部设置的冷凝器对热能进行再利用；使本发明中生产的工业级二氧化碳和食品级二氧化碳纯度均达标，工业级二氧化碳的能耗为170kwh/吨；常用的联产食品级二氧化碳工艺流程最低冷凝温度为-15℃，产量无法进行调节，且不能对热能进行有效的利用，食品级级二氧化碳的能耗为200kwh/吨。
本发明具有可以实现食品级二氧化碳可调节生产和降低能耗的优点。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括的步骤如下：
一、原料气经过第一预冷脱水工段1预冷脱水后进入四级压缩工段2，所述的经过四级压缩工段后的原料气压力为2.5MPa到3.5MPa；
二、将步骤一中压缩后的原料气依次经过粗脱硫工段3，水解工段4和精脱硫工段5，使原料气中的硫含量降低到0.1ppm以下；
三、将步骤二中脱硫后的原料气经过第二预冷脱水工段6并将冷却水排出，使原料气降温度到4℃到7℃；
四、将经过第二预冷脱水工段后的原料气经过干燥工段7，使原料气内的水含量降低到10ppm以下；
五、将经过干燥工段的原料气依次经过工业级液化工段8，工业级精馏工段9和工业级过冷工段10后进入工业级二氧化碳储罐11，获得工业级液体二氧化碳；
六、将工业级精馏工段9中精馏塔塔釜的液体二氧化碳节流进入工业级液化工段8和食品级二级压缩工段12，所述的节流后的原料气压力为0.5MPa到3.0MPa，所述的经过食品级二级压缩工段后的原料气压力为3.2MPa到3.5MPa；
七、将步骤六中压缩后的原料气依次通过预热工段13的壳程，电加热装置14和脱烃工段15，所述的原料气进入脱烃工段15时向脱烃工段内加入6％的氧气；
八、将步骤七中经过脱烃工段15后的原料气依次经过预热工段13的管程、列管式水冷工段16、食品级预冷工段17、食品级干燥工段18、食品级液化工段19，食品级精馏工段20和食品级过冷工段21；所述的原料气经过食品级液化工段19后的温度为-15℃到-20℃；所述的原料气经过食品级过冷工段21后的温度为-25℃到-30℃；所述的食品级精馏工段20的顶部设置有冷凝器；
九、将步骤八中进入食品级过冷工段后的原料气进入食品级二氧化碳储槽22，即获得食品级液体二氧化碳。
所述的步骤四中的干燥工段7为分子筛填料除水。所说的分子筛为3A分子筛。所述的步骤七中预热工段13的装置为板翅式换热器。所述的步骤八中的冷凝器为板翅式换热器。所述的步骤六中的工业级精馏工段9中精馏塔塔釜与工业级液化工段8之间设置有节流管道，所述的节流管道上设置有压力调节阀。
实施例1
此实施例为正常生产状况，制作10吨的工业级二氧化碳和2.5吨的食品级二氧化碳，一共需要10000立方米的原料气。
一、将10000立方米的原料气经过第一预冷脱水工段预冷脱水后进入四级压缩工段，所述的经过四级压缩工段后的原料气压力为2.5MPa；
二、将步骤一中压缩后的原料气依次经过粗脱硫工段，水解工段和精脱硫工段，使原料气中的硫含量降低到0.09ppm；
三、将步骤二中脱硫后的原料气经过第二预冷脱水工段并将冷却水排出，使原料气降温度到4℃；
四、将经过第二预冷脱水工段后的原料气经过干燥工段，使原料气内的水含量降低到9ppm；
五、将经过干燥工段的原料气依次经过工业级液化工段，工业级精馏工段和工业级过冷工段后进入工业级二氧化碳储罐，获得10吨工业级液体二氧化碳；
六、将工业级精馏工段中精馏塔塔釜的液体二氧化碳节流进入工业级液化工段和食品级二级压缩工段，通过调节压力调节阀将节流后的压力调节到0.5MPa，所述的经过食品级二级压缩工段后的原料气压力为3.2MPa；
七、将步骤六中压缩后的原料气依次通过预热工段的壳程，电加热装置和脱烃工段，所述的原料气进入脱烃工段时向脱烃工段内加入6％的氧气；
八、将步骤七中经过脱烃工段后的原料气依次经过预热工段的管程、列管式水冷工段、食品级预冷工段、食品级干燥工段、食品级液化工段，食品级精馏工段和食品级过冷工段；所述的原料气经过食品级液化工段后的温度为-15℃；所述的原料气经过食品级过冷工段后的温度为-25℃；所述的食品级精馏工段的顶部设置有冷凝器；
九、将步骤八中进入食品级过冷工段后的原料气进入食品级二氧化碳储槽，即获得2.5吨食品级液体二氧化碳。
实施例2
制作5吨的工业级二氧化碳和1.2小时的食品级二氧化碳，一共需要5000立方米的原料气。
一、将5000立方米的原料气经过第一预冷脱水工段预冷脱水后进入四级压缩工段，所述的经过四级压缩工段后的原料气压力为3.0MPa；
二、将步骤一中压缩后的原料气依次经过粗脱硫工段，水解工段和精脱硫工段，使原料气中的硫含量降低到0.05ppm；
三、将步骤二中脱硫后的原料气经过第二预冷脱水工段并将冷却水排出，使原料气降温度到5.5℃；
四、将经过第二预冷脱水工段后的原料气经过干燥工段，使原料气内的水含量降低到5ppm；
五、将经过干燥工段的原料气依次经过工业级液化工段，工业级精馏工段和工业级过冷工段后进入工业级二氧化碳储罐，获得5吨工业级液体二氧化碳；
六、将工业级精馏工段中精馏塔塔釜的液体二氧化碳节流进入工业级液化工段和食品级二级压缩工段，通过调节压力调节阀将节流后的压力调节到2.25MPa，所述的经过食品级二级压缩工段后的原料气压力为3.3MPa；
七、将步骤六中压缩后的原料气依次通过预热工段的壳程，电加热装置和脱烃工段，所述的原料气进入脱烃工段时向脱烃工段内加入6％的氧气；
八、将步骤七中经过脱烃工段后的原料气依次经过预热工段的管程、列管式水冷工段、食品级预冷工段、食品级干燥工段、食品级液化工段，食品级精馏工段和食品级过冷工段；所述的原料气经过食品级液化工段后的温度为-17.5℃；所述的原料气经过食品级过冷工段后的温度为-27.5℃；所述的食品级精馏工段的顶部设置有冷凝器；
九、将步骤八中进入食品级过冷工段后的原料气进入食品级二氧化碳储槽，即获得1.2吨食品级液体二氧化碳。
实施例3
制作3吨的工业级二氧化碳，一共需要2500立方米的原料气。
一、将2500立方米的原料气经过第一预冷脱水工段预冷脱水后进入四级压缩工段，所述的经过四级压缩工段后的原料气压力为3.5MPa；
二、将步骤一中压缩后的原料气依次经过粗脱硫工段，水解工段和精脱硫工段，使原料气中的硫含量降低到0.01ppm；
三、将步骤二中脱硫后的原料气经过第二预冷脱水工段并将冷却水排出，使原料气降温度到7℃；
四、将经过第二预冷脱水工段后的原料气经过干燥工段，使原料气内的水含量降低到0.5ppm；
五、将经过干燥工段的原料气依次经过工业级液化工段，工业级精馏工段和工业级过冷工段后进入工业级二氧化碳储罐，获得3吨工业级液体二氧化碳。
实施例4
此实施例为正常生产状况，制作20吨的工业级二氧化碳和5吨的食品级二氧化碳，一共需要20000立方米的原料气。
一、将20000立方米的原料气经过第一预冷脱水工段预冷脱水后进入四级压缩工段，所述的经过四级压缩工段后的原料气压力为2.5MPa；
二、将步骤一中压缩后的原料气依次经过粗脱硫工段，水解工段和精脱硫工段，使原料气中的硫含量降低到0.09ppm；
三、将步骤二中脱硫后的原料气经过第二预冷脱水工段并将冷却水排出，使原料气降温度到4℃；
四、将经过第二预冷脱水工段后的原料气经过干燥工段，使原料气内的水含量降低到9ppm；
五、将经过干燥工段的原料气依次经过工业级液化工段，工业级精馏工段和工业级过冷工段后进入工业级二氧化碳储罐，获得20吨工业级液体二氧化碳；
六、将工业级精馏工段中精馏塔塔釜的液体二氧化碳节流进入工业级液化工段和食品级二级压缩工段，通过调节压力调节阀将节流后的压力调节到3.0MPa，所述的经过食品级二级压缩工段后的原料气压力为3.5MPa；
七、将步骤六中压缩后的原料气依次通过预热工段的壳程，电加热装置和脱烃工段，所述的原料气进入脱烃工段时向脱烃工段内加入6％的氧气；
八、将步骤七中经过脱烃工段后的原料气依次经过预热工段的管程、列管式水冷工段、食品级预冷工段、食品级干燥工段、食品级液化工段，食品级精馏工段和食品级过冷工段；所述的原料气经过食品级液化工段后的温度为-20℃；所述的原料气经过食品级过冷工段后的温度为-30℃；所述的食品级精馏工段的顶部设置有冷凝器；
九、将步骤八中进入食品级过冷工段后的原料气进入食品级二氧化碳储槽，即获得5吨食品级液体二氧化碳。

Claims (6)

1.一种采用热泵精馏联产工业级和食品级二氧化碳的工艺方法，其特征在于：其步骤如下：
一、原料气经过第一预冷脱水工段预冷脱水后进入四级压缩工段，所述的经过四级压缩工段后的原料气压力为2.5MPa到3.5MPa；
二、将步骤一中压缩后的原料气依次经过粗脱硫工段，水解工段和精脱硫工段，使原料气中的硫含量降低到0.1ppm以下；
三、将步骤二中脱硫后的原料气经过第二预冷脱水工段并将冷却水排出，使原料气降温度到4℃到7℃；
四、将经过第二预冷脱水工段后的原料气经过干燥工段，使原料气内的水含量降低到10ppm以下；
五、将经过干燥工段的原料气依次经过工业级液化工段，工业级精馏工段和工业级过冷工段后进入工业级二氧化碳储罐，获得工业级液体二氧化碳；
六、将工业级精馏工段中精馏塔塔釜的二氧化碳节流进入工业级液化工段和食品级二级压缩工段，所述的节流后的原料气压力为0.5MPa到3.0MPa，所述的经过食品级二级压缩工段后的原料气压力为3.2MPa到3.5MPa；
七、将步骤六中压缩后的原料气依次通过预热工段的壳程，电加热装置和脱烃工段，所述的原料气进入脱烃工段时向脱烃工段内加入6％的氧气；
八、将步骤七中经过脱烃工段后的原料气依次经过预热工段的管程、列管式水冷工段、食品级预冷工段、食品级干燥工段、食品级液化工段，食品级精馏工段和食品级过冷工段；所述的原料气经过食品级液化工段后的温度为-15℃到-20℃；所述的原料气经过食品级过冷工段后的温度为-25℃到-30℃；所述的食品级精馏工段的顶部设置有冷凝器；
九、将步骤八中进入食品级过冷工段后的原料气进入食品级二氧化碳储槽，即获得食品级液体二氧化碳。
2.根据权利要求1所述的采用热泵精馏联产工业级和食品级二氧化碳的工艺方法，其特征在于：所述的步骤四中的干燥工段为分子筛填料除水。
3.根据权利要求2所述的采用热泵精馏联产工业级和食品级二氧化碳的工艺方法，其特征在于：所说的分子筛为3A分子筛。
4.根据权利要求1所述的采用热泵精馏联产工业级和食品级二氧化碳的工艺方法，其特征在于：所述的步骤七中预热工段的装置为板翅式换热器。
5.根据权利要求1所述的采用热泵精馏联产工业级和食品级二氧化碳的工艺方法，其特征在于：所述的步骤八中的冷凝器为板翅式换热器。
6.根据权利要求1所述的采用热泵精馏联产工业级和食品级二氧化碳的工艺方法，其特征在于：所述的步骤六中的工业级精馏工段中精馏塔塔釜与工业级液化工段之间设置有节流管道，所述的节流管道上设置有压力调节阀。
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