CN108821290A - 一种二氧化碳的生产装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种二氧化碳的生产装置，包括：依次相连的气体混合回收装置、冷却除湿装置、压缩装置、干燥装置、不凝气处理装置、液化装置、气液分离装置、提纯装置和液体二氧化碳储罐；所述气体混合回收装置设有脱碳气进口和回收高纯不凝气进口；所述不凝气处理装置设有高纯不凝气出口、高纯不凝气进口、低纯不凝气进口、低纯不凝气出口；所述高纯不凝气出口与所述高纯不凝气进口相连；所述高纯不凝气进口分别与提纯装置和液体二氧化碳储罐相连；所述低纯不凝气进口与所述气液分离装置相连。该生产装置能够充分回收利用不凝气，既实现冷量的充分回收利用，又提高二氧化碳的回收利用率；并且生产的工业级二氧化碳的各项理化性能均符合国家标准。

Description

一种二氧化碳的生产装置及方法

技术领域

本发明涉及化工装备技术领域，更具体地说，是涉及一种二氧化碳的生产装置及方法。

背景技术

随着现代工业的快速发展，人类每年向大气中排放的CO₂气体达到200亿t，大气中的CO₂浓度逐年增加，导致全球气候变暖，厄尔尼诺效应加重，自然灾害频发。捕集、处理、转化、利用等已成为当前世界各国研究的一个新热点。

制氢装置脱碳解析气中二氧化碳含量在90％以上，现有技术通常将此部分气体放空。一方面，生产工业级液体二氧化碳中的低纯不凝气采用放空的处理方式，并未实现冷量的充分回收利用；另一方面，高纯不凝气中的二氧化碳采用放空的处理方法，不能满足资源回收利用及环保要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种二氧化碳的生产装置及方法，能够充分回收利用不凝气，并且生产的工业级二氧化碳的各项理化性能均符合国家标准。

本发明提供了一种二氧化碳的生产装置，包括：

依次相连的气体混合回收装置、冷却除湿装置、压缩装置、干燥装置、不凝气处理装置、液化装置、气液分离装置、提纯装置和液体二氧化碳储罐；

所述气体混合回收装置设有脱碳气进口和回收高纯不凝气进口；

所述不凝气处理装置设有高纯不凝气出口、高纯不凝气进口、低纯不凝气进口、低纯不凝气出口；所述高纯不凝气出口与所述回收高纯不凝气进口相连；所述高纯不凝气进口分别与提纯装置和液体二氧化碳储罐相连；所述低纯不凝气进口与所述气液分离装置相连。

优选的，所述气液分离装置设有液体出口和气体出口；所述气体出口与所述低纯不凝气进口相通。

优选的，所述不凝气处理装置设有稳压自控系统和换热系统。

优选的，所述低纯不凝气出口与火炬系统相连。

本发明还提供了一种二氧化碳的生产方法，采用上述技术方案所述的生产装置，包括以下步骤：

a)将脱碳气依次进行冷却除湿、压缩、干燥、不凝气处理、液化和气液分离，分别得到待提纯的液体二氧化碳和低纯不凝气；所述低纯不凝气回收进行上述不凝气处理过程；

b)将步骤a)得到的待提纯的液体二氧化碳进行提纯，得到液体二氧化碳和高纯不凝气；所述高纯不凝气回收进行步骤a)中的不凝气处理过程，并将换热后的高纯不凝气与脱碳气混合。

优选的，步骤a)中所述压缩的压力为2.5MPa～3MPa。

优选的，步骤a)中所述不凝气处理的过程具体为：

将减压降温后的低纯不凝气和高纯不凝气分别与干燥后的脱碳气进行换热，换热后的高纯不凝气与脱碳气混合；

所述减压的压力为50KPa～100KPa；所述降温的温度为-35℃～-40℃。

优选的，所述换热后的高纯不凝气的温度为0℃～5℃，二氧化碳的体积含量为95％～98％。

优选的，步骤a)中所述液化的温度为-15℃～-20℃。

优选的，所述换热后的高纯不凝气与脱碳气混合的进气量比为(7～10)：100。

本发明提供了一种二氧化碳的生产装置，包括：依次相连的气体混合回收装置、冷却除湿装置、压缩装置、干燥装置、不凝气处理装置、液化装置、气液分离装置、提纯装置和液体二氧化碳储罐；所述气体混合回收装置设有脱碳气进口和回收高纯不凝气进口；所述不凝气处理装置设有高纯不凝气出口、高纯不凝气进口、低纯不凝气进口、低纯不凝气出口；所述高纯不凝气出口与所述回收高纯不凝气进口相连；所述高纯不凝气进口分别与提纯装置和液体二氧化碳储罐相连；所述低纯不凝气进口与所述气液分离装置相连。与现有技术相比，本发明提供的生产装置能够充分回收利用不凝气，既实现了冷量的充分回收利用，又降低二氧化碳气体的排放量，提高脱碳气中二氧化碳的回收利用率；并且生产的工业级二氧化碳的各项理化性能均符合国家标准。

另外，本发明提供的生产方法工艺简单、节能环保，实际应用效果好、经济效益高，同时满足资源回收利用及环保要求，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例提供的二氧化碳的生产装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种二氧化碳的生产装置，包括：

依次相连的气体混合回收装置、冷却除湿装置、压缩装置、干燥装置、不凝气处理装置、液化装置、气液分离装置、提纯装置和液体二氧化碳储罐；

所述气体混合回收装置设有脱碳气进口和回收高纯不凝气进口；

所述不凝气处理装置设有高纯不凝气出口、高纯不凝气进口、低纯不凝气进口、低纯不凝气出口；所述高纯不凝气出口与所述回收高纯不凝气进口相连；所述高纯不凝气进口分别与提纯装置和液体二氧化碳储罐相连；所述低纯不凝气进口与所述气液分离装置相连。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的二氧化碳的生产装置的结构示意图；其中，1为气体混合回收装置，2为冷却除湿装置，3为压缩装置，4为干燥装置，5为不凝气处理装置，6为液化装置，7为气液分离装置，8为提纯装置，9为液体二氧化碳储罐，10为高纯不凝气出口，11为高纯不凝气进口，12为低纯不凝气进口，13为低纯不凝气出口，14为回收高纯不凝气进口，15为提纯装置的气体出口，16为液体二氧化碳储罐的气体出口，17为气液分离装置的气体出口。

在本发明中，所述气体混合回收装置设有脱碳气进口、回收高纯不凝气进口和工艺气体出口；所述气体混合回收装置用于将脱碳气与回收的高纯不凝气混合。

在本发明中，所述冷却除湿装置设有工艺气体进口和工艺气体出口；其中，所述冷却除湿装置的工艺气体进口与所述气体混合回收装置的工艺气体出口相通，用于将所述气体混合回收装置中的工艺气体输送至所述冷却除湿装置进行冷却除湿。

在本发明中，所述压缩装置设有工艺气体进口和工艺气体出口；其中，所述压缩装置的工艺气体进口与所述冷却除湿装置的工艺气体出口相通，用于将冷却除湿后的工艺气体输送至所述压缩装置进行压缩。在本发明中，所述压缩装置优选为压缩机。

在本发明中，所述干燥装置设有工艺气体进口和工艺气体出口；其中，所述干燥装置的工艺气体进口与所述压缩装置的工艺气体出口相通，用于将压缩后的工艺气体输送至所述干燥装置进行干燥。在本发明中，所述干燥装置优选为净化干燥机。

在本发明中，所述不凝气处理装置设有工艺气体进口、高纯不凝气出口、高纯不凝气进口、低纯不凝气进口、低纯不凝气出口和工艺气体出口；其中，所述工艺气体进口与所述干燥装置的工艺气体出口相通，用于将干燥后的工艺气体输送至所述不凝气处理装置。在本发明中，所述不凝气处理装置优选设有稳压自控系统和换热系统；其中，所述稳压自控系统用于对不凝气进行减压降温；所述换热系统用于将高纯不凝气与低纯不凝气分别与工艺气体进行换热。

在本发明中，所述高纯不凝气出口与所述回收高纯不凝气进口相连；经不凝气处理装置换热后的高纯不凝气，由所述高纯不凝气出口排出，经所述回收高纯不凝气进口输送至所述气体混合回收装置与脱碳气进行混合。

在本发明中，所述低纯不凝气出口优选与火炬系统相连；经不凝气处理装置换热后的低纯不凝气，由所述低纯不凝气出口排出，通过所述火炬系统燃烧。

在本发明中，所述液化装置设有工艺气体进口和气液混合物出口；其中，所述液化装置的工艺气体进口与所述不凝气处理装置的工艺气体出口相通，用于将换热后的工艺气体输送至所述液化装置进行液化。在本发明中，所述液化装置优选为冰机组液化装置。

在本发明中，所述气液分离装置设有气液混合物进口、液体出口和气体出口；其中，所述气液分离装置的气液混合物进口与所述液化装置的气液混合物出口相通，用于将液化后的气液混合物输送至所述气液分离装置进行气液分离。在本发明中，所述气液分离装置优选为气液分离器。

在本发明中，所述气液分离装置的气体出口与所述低纯不凝气进口相通，用于将气液分离后得到的低纯不凝气输送至所述不凝气处理装置。

在本发明中，所述提纯装置设有液体进口、气体出口和液体出口；其中，所述提纯装置的液体进口与所述气液分离装置的液体出口相通，用于将气液分离后得到的待提纯的液体二氧化碳输送至所述提纯装置进行提纯。在本发明中，所述提纯装置优选为低温精馏塔。

在本发明中，所述提纯装置的气体出口与所述高纯不凝气进口相通，用于将所述提纯装置中的高纯不凝气输送至所述不凝气处理装置。

在本发明中，所述液体二氧化碳储罐设有液体进口和气体出口；其中，所述液体二氧化碳储罐的液体进口与所述提纯装置的液体出口相通，用于将提纯后的液体二氧化碳输送至所述液体二氧化碳储罐。

在本发明中，所述液体二氧化碳储罐的气体出口与所述高纯不凝气进口相通，用于将所述液体二氧化碳储罐中的高纯不凝气输送至所述不凝气处理装置。

本发明提供的生产装置能够充分回收利用不凝气，既实现了冷量的充分回收利用，又降低二氧化碳气体的排放量，提高脱碳气中二氧化碳的回收利用率；并且生产的工业级二氧化碳的各项理化性能均符合国家标准。

本发明还提供了一种二氧化碳的生产方法，采用上述技术方案所述的生产装置，包括以下步骤：

a)将脱碳气依次进行冷却除湿、压缩、干燥、不凝气处理、液化和气液分离，分别得到待提纯的液体二氧化碳和低纯不凝气；所述低纯不凝气回收进行上述不凝气处理过程；

b)将步骤a)得到的待提纯的液体二氧化碳进行提纯，得到液体二氧化碳和高纯不凝气；所述高纯不凝气回收进行步骤a)中的不凝气处理过程，并将换热后的高纯不凝气与脱碳气混合。

本发明采用上述技术方案所述的生产装置，首先将脱碳气依次进行冷却除湿、压缩、干燥、不凝气处理、液化和气液分离，分别得到待提纯的液体二氧化碳和低纯不凝气；所述低纯不凝气回收进行上述不凝气处理过程。

在本发明中，所述脱碳气优选为制氢装置脱碳解析气，其二氧化碳含量在90％(V/V)以上。在本发明优选的实施例中，所述脱碳气为制氢PSA装置的脱碳气，其二氧化碳含量为90％～92％(V/V)，并含有水分、氧气、一氧化碳、甲烷、氮气和氢气。

在本发明中，所述冷却除湿的温度优选为15℃～25℃，更优选为20℃。

在本发明中，所述压缩的压力优选为2.5MPa～3MPa，更优选为2.8MPa。

在本发明中，所述干燥的水分含量优选为20ppm以下。

在本发明中，所述不凝气处理的过程优选具体为：

将减压降温后的低纯不凝气和高纯不凝气分别与干燥后的脱碳气进行换热，换热后的高纯不凝气与脱碳气混合。

在本发明中，所述减压的压力优选为50KPa～100KPa；所述降温的温度优选为-35℃～-40℃。

在本发明中，所述低纯不凝气由后续气液分离过程获得；所述低纯不凝气的温度为-20℃±5℃，可用于对干燥后的脱碳气进行换热。在本发明中，所述低纯不凝气的二氧化碳的含量优选为70％～75％(V/V)；其氢气含量较高，换热后可进入火炬系统处理。在本发明中，所述换热后的低纯不凝气的温度优选为0℃～5℃，二氧化碳的含量与换热前相同。

在本发明中，所述高纯不凝气由后续提纯过程获得；所述高纯不凝气的温度为-20℃±5℃，可用于对干燥后的脱碳气进行换热。在本发明中，所述高纯不凝气的二氧化碳的含量优选为95％～98％(V/V)；其二氧化碳含量较高，可用于生产液体二氧化碳。在本发明中，所述换热后的高纯不凝气的温度优选为0℃～5℃，二氧化碳的含量与换热前相同。

在本发明中，所述换热后的高纯不凝气与脱碳气混合的进气量比优选为(7～10)：100，更优选为8.8：100。

本发明采用上述不凝气处理的过程能够充分回收利用不凝气的冷量，从而降低后续液化过程的能耗。

在本发明中，所述液化的温度优选为-15℃～-20℃。

得到所述待提纯的液体二氧化碳后，本发明将得到的待提纯的液体二氧化碳进行提纯，得到液体二氧化碳和高纯不凝气；所述高纯不凝气回收进行上述不凝气处理过程，并将换热后的高纯不凝气与脱碳气混合。

在本发明中，提纯过程中及提纯后产生的高纯不凝气除进行上述不凝气处理过程以实现回收利用不凝气冷量外，还进一步回收与脱碳气混合，从而用于生产液体二氧化碳；由于所述高纯不凝气的二氧化碳含量较高，能够提高脱碳气中二氧化碳的回收率；同时，换热后的高纯不凝气温度较低，在一定程度上能够降低原料气(脱碳气)的温度，减少带水量。

本发明提供的生产方法生产的工业级二氧化碳的各项理化性能均符合国家标准；并且本发明提供的生产方法工艺简单、节能环保，实际应用效果好、经济效益高，同时满足资源回收利用及环保要求，具有广阔的应用前景。

本发明提供了一种二氧化碳的生产装置，包括：依次相连的气体混合回收装置、冷却除湿装置、压缩装置、干燥装置、不凝气处理装置、液化装置、气液分离装置、提纯装置和液体二氧化碳储罐；所述气体混合回收装置设有脱碳气进口和回收高纯不凝气进口；所述不凝气处理装置设有高纯不凝气出口、高纯不凝气进口、低纯不凝气进口、低纯不凝气出口；所述高纯不凝气出口与所述回收高纯不凝气进口相连；所述高纯不凝气进口分别与提纯装置和液体二氧化碳储罐相连；所述低纯不凝气进口与所述气液分离装置相连。与现有技术相比，本发明提供的生产装置能够充分回收利用不凝气，既实现了冷量的充分回收利用，又降低二氧化碳气体的排放量，提高脱碳气中二氧化碳的回收利用率；并且生产的工业级二氧化碳的各项理化性能均符合国家标准。

另外，本发明提供的生产方法工艺简单、节能环保，实际应用效果好、经济效益高，同时满足资源回收利用及环保要求，具有广阔的应用前景。

为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例所用的脱碳气的检测指标参见表1所示。

表1本发明实施例1所用的脱碳气的检测指标数据

实施例1

本发明实施例1提供的二氧化碳的生产装置的结构示意图参见图1所示；其中，1为气体混合回收装置，2为冷却除湿装置，3为压缩机，4为净化干燥机，5为不凝气处理装置，6为冰机组液化装置，7为气液分离器，8为低温精馏塔，9为液体二氧化碳储罐，10为高纯不凝气出口，11为高纯不凝气进口，12为低纯不凝气进口，13为低纯不凝气出口，14为回收高纯不凝气进口，15为提纯装置的气体出口，16为液体二氧化碳储罐的气体出口，17为气液分离装置的气体出口。

所述二氧化碳的生产装置的工作过程如下：

(1)制氢PSA装置的脱碳气经冷却除湿装置(2)冷却至20℃，气液分离排水后进入压缩机(3)；脱碳气经压缩压缩机(3)压缩至2.8MPa，再经液氨冷凝器降温至25℃进一步去除脱碳气中水分进入净化干燥机(4)；净化干燥机(4)内的高吸附性活性炭吸附脱碳气内微量的苯、醇类杂质，高精度硅胶将脱碳气内的水分脱除至20ppm以下，再经精密过滤器去除固体残渣后，通过不凝气处理装置(5)与不凝气进行换热；然后进入冰机组液化装置(6)；冰机组液化装置(6)通过液氨循环方式对脱碳气提供冷量，将脱碳气降温至-15～-20℃进行液化，液化后的气液混合物进入气液分离器(7)，将大部分未液化的甲烷、氢气等轻组分脱除，分别得到低纯不凝气和待提纯的液体二氧化碳；其中，气液分离器(7)中分离的低纯不凝气回收至不凝气处理装置(5)。

(2)将步骤(1)得到的待提纯的液体二氧化碳在低温精馏塔(8)中进行提纯，得到液体二氧化碳进入液体二氧化碳储罐(9)；提纯过程中，低温精馏塔(8)和二氧化碳储罐(9)中的高纯不凝气回收至不凝气处理装置(5)。

(3)步骤(1)中的低纯不凝气温度为-20℃，二氧化碳的含量为70％～75％(V/V)；步骤(2)中的高纯不凝气温度为-20℃，二氧化碳的含量为95％～98％(V/V)；在不凝气处理装置(5)中通过稳压自控系统减压降温，所述减压的压力为50KPa～100KPa，所述降温的温度为-35℃～-40℃；之后通过换热系统分别与干燥后的脱碳气进行换热；换热后的低纯不凝气的温度为0℃～5℃，二氧化碳的含量与换热前相同，其氢气含量较高，换热后可进入火炬系统处理；换热后的高纯不凝气的温度为0℃～5℃，二氧化碳的含量与换热前相同，其二氧化碳含量较高，输送至气体混合回收装置(1)与脱碳气混合，高纯不凝气与脱碳气混合的进气量比为8.8：100，混合气体降温至20℃，进一步生产液体二氧化碳。

经检测，本发明实施例1提供的生产方法一方面降低原料气的温度，减少带水量，另一方面将脱碳气回收率由78.2％提升至87％；并且生产的液体二氧化碳含量达到99.8％，成为符合国家标准的工业级液体二氧化碳。

按照《国家标准工业液体二氧化碳-GB/T 6052-2011》对上述工业级液体二氧化碳的感官要求及理化性能进行检测；其中，该工业级二氧化碳的色泽、气味和味道均符合要求，理化性能的检测结果参见表2所示。

表2本发明实施例1生产的工业级液体二氧化碳的理化性能数据

由表2可知，本发明实施例1生产的工业级液体二氧化碳的各项理化性能均符合国家标准。

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种二氧化碳的生产装置，包括：

依次相连的气体混合回收装置、冷却除湿装置、压缩装置、干燥装置、不凝气处理装置、液化装置、气液分离装置、提纯装置和液体二氧化碳储罐；

所述气体混合回收装置设有脱碳气进口和回收高纯不凝气进口；

所述不凝气处理装置设有高纯不凝气出口、高纯不凝气进口、低纯不凝气进口、低纯不凝气出口；所述高纯不凝气出口与所述回收高纯不凝气进口相连；所述高纯不凝气进口分别与提纯装置和液体二氧化碳储罐相连；所述低纯不凝气进口与所述气液分离装置相连。

2.根据权利要求1所述的生产装置，其特征在于，所述气液分离装置设有液体出口和气体出口；所述气体出口与所述低纯不凝气进口相通。

3.根据权利要求1所述的生产装置，其特征在于，所述不凝气处理装置设有稳压自控系统和换热系统。

4.根据权利要求1所述的生产装置，其特征在于，所述低纯不凝气出口与火炬系统相连。

5.一种二氧化碳的生产方法，采用权利要求1～4任一项所述的生产装置，包括以下步骤：

a)将脱碳气依次进行冷却除湿、压缩、干燥、不凝气处理、液化和气液分离，分别得到待提纯的液体二氧化碳和低纯不凝气；所述低纯不凝气回收进行上述不凝气处理过程；

b)将步骤a)得到的待提纯的液体二氧化碳进行提纯，得到液体二氧化碳和高纯不凝气；所述高纯不凝气回收进行步骤a)中的不凝气处理过程，并将换热后的高纯不凝气与脱碳气混合。

6.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，步骤a)中所述压缩的压力为2.5MPa～3MPa。

7.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，步骤a)中所述不凝气处理的过程具体为：

将减压降温后的低纯不凝气和高纯不凝气分别与干燥后的脱碳气进行换热，换热后的高纯不凝气与脱碳气混合；

所述减压的压力为50KPa～100KPa；所述降温的温度为-35℃～-40℃。

8.根据权利要求7所述的生产方法，其特征在于，所述换热后的高纯不凝气的温度为0℃～5℃，二氧化碳的体积含量为95％～98％。

9.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，步骤a)中所述液化的温度为-15℃～-20℃。

10.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，所述换热后的高纯不凝气与脱碳气混合的进气量比为(7～10)：100。