CN110015664B - 一种食品级二氧化碳高效提纯系统及其工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及食品级二氧化碳提纯领域，公开了一种食品级二氧化碳高效提纯系统及其工艺，依次包括压缩动力单元、水解脱硫单元、精脱硫单元和提纯单元，压缩动力单元包括增压用的压缩机，水解脱硫单元依次连接的包括脱硫加热器和水解脱硫塔；精脱硫单元依次包括脱硫水冷器、精脱硫塔；精脱硫塔内设有自下而上分布设有填装有ZnO脱硫剂的H₂S脱硫层和的填装有铁屑COS催化氧化层，H₂S脱硫层和COS催化氧化层之间还接通有臭氧供管；提纯单元沿依次包括除湿器、预冷器、冷凝器和提纯塔，由此本系统和工艺应对水解脱硫塔进行下调工作温度、加快流速的调整，对COS、H₂S残余进行氧化脱除，所得成品二氧化碳品质提高，脱硫效率高，成本经济，效果显著。

Description

一种食品级二氧化碳高效提纯系统及其工艺

技术领域

本发明涉及食品级二氧化碳提纯领域，特别涉及一种食品级二氧化碳高效提纯系统及其工艺。

背景技术

二氧化碳为一种无色、无臭、不可燃、可压缩至高压的气体，目前根据二氧化碳的含量和纯度不同而使用，当下使用方向包括有饮料啤酒行业高纯度二氧化碳充气使用、烟草行业中高纯度二氧化碳作为烟丝膨胀剂使用、食品保鲜、工业原料、医疗卫生呼吸刺激剂等。近年来，我国推行可持续发展力度加大，国家的碳排放政策日益锁紧，各省都有相应的碳排放配额，企业减排压力大，并且由于经济发展，CO₂的需求也日益增大，所以国内回收CO₂的企业日益增多，CO₂产能和需求量也逐年递增。面对不同用途的二氧化碳需求，对二氧化碳进行提纯也成为了必然趋势。

例如授权公告号为CN103359732B的中国专利“一种食品级、工业级二氧化碳回收装置及回收工艺”，其公开了一种二氧化碳的回收工艺，其中含二氧化碳的原料气经增压后，通入脱硫塔粗脱硫、经干燥器干燥；干燥后的物料进入液化器，与液氨换热，一氧化碳冷凝并进入精馏塔进行精馏；精馏塔中原料气中的不凝性气体通过塔顶的压力控制阀放出；塔底的二氧化碳液体进入再沸器经过气氨的加热后，液体中不凝性气体再次蒸发至精馏塔并放出，再沸器中的二氧化碳液体经过过冷器过冷后得到工业级二氧化碳产品；若需要生产食品级二氧化碳，则粗脱硫后的物料在进入干燥器干燥之前先进入精脱硫系统精脱硫；精脱硫系统，包括物料输送方向依次连接的提温器、水解塔和纯化器。

又如授权公告号为CN205061571U的中国专利公开一种工业级高纯度液体二氧化碳制造生产线，包括CO₂压缩机、T703预脱硫、脱硫加热器、T504水解塔、脱硫水冷器、脱硫再冷器、T103精脱硫塔、冷却除湿器、分子筛干燥塔、一级氨冷器、提纯塔、二级氨冷器和贮槽，所述CO₂压缩机、T703预脱硫、脱硫加热器、T504水解塔、脱硫水冷器、脱硫再冷器、T103精脱硫塔、冷却除湿器、分子筛干燥塔、一级氨冷器、提纯塔、二级氨冷器和贮槽依次联接，所述冷却除湿器与一级氨冷器之间设置有回流管。其中与“一种食品级、工业级二氧化碳回收装置及回收工艺”存在有共同处理工序——脱硫工序，CO₂中含硫组分应大部分具有人体毒害性和催化剂毒性，故脱硫是CO₂提纯的重要部分。现有工艺中水解塔中在高温环境下利用有机硫水解催化剂对原料气中的COS水解转化为H₂S，在有纯化器或精脱硫塔脱除H₂S。

但现有水解塔中还存在有H₂S与氧气反应生成S的副反应，S的形成会加剧有机硫水解催化剂的硫酸盐化，导致有机硫水解催化剂的活性中心失效，有机硫水解催化剂的COS水解转化效率下降且使用寿命降低，由此为延长催化剂使用寿命，当下对水解塔中温度下调，且原料气在水解塔中的停留时间减小。然而做出对应调整后，实际生产过程中在水解塔至下一工序的原料气中存在有COS残留，该COS残留量波动性大且随生产周期延长波动值上限提升，对产品二氧化碳的含量指标控制造成困难，产品检验时出现有食品级指标不达标甚至工业级指标不达标的情况。另外，生产过程中还尝试有在现有水解塔后续接入一小型的水解塔进行再次水解，但效果不理想，且设备产品和运行过程中催化剂损耗等运行成本较高。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种食品级二氧化碳高效提纯系统，在精脱硫塔的H₂S脱硫层后设置COS催化氧化层并通入臭氧，继而对COS、H₂S残余进行氧化脱除，使得所得成品二氧化碳品质提高，脱硫效率高，较增设小型水解脱硫塔以牺牲小型水解脱硫塔内催化剂活性达到产品二氧化碳品质而言，成本经济，效果显著。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种食品级二氧化碳高效提纯系统，沿原料气的反应工序依次包括压缩动力单元、水解脱硫单元、精脱硫单元和提纯单元，所述压缩动力单元包括压缩原料气增压的压缩机，所述水解脱硫单元包括位于压缩机下游的脱硫加热器、位于脱硫加热器下游且填装有有机硫水解催化剂的水解脱硫塔；所述精脱硫单元沿二氧化碳方输送方向包括脱硫水冷器、精脱硫塔；所述精脱硫塔内设有H₂S脱硫层和COS催化氧化层，所述H₂S脱硫层填装有ZnO脱硫剂，所述COS催化氧化层填装有铁屑且位于H₂S脱硫层上方，所述精脱硫塔塔侧在H₂S脱硫层和COS催化氧化层之间还接通有臭氧供管；所述提纯单元沿二氧化碳方输送方向依次包括除湿器、预冷器、冷凝器和提纯塔，所述除湿器位于精脱硫塔下游。

通过采用上述技术方案，含带有H₂O、COS的二氧化碳为原料气，原料气加压后经水解脱硫塔中，利用原料气中夹带的H₂O成分以及适当补充的外来水蒸汽进行水解反应，将COS转化为H₂S和杂硫，此处本领域对水解脱硫塔内参数进行调整，较现有技术而言降低水解脱塔内有机水解催化剂床层温度，降低水解脱硫塔中H₂S反应生产S的副反应数量，并且增大水解脱硫塔内气体流量，减少停留时间，减少水解脱硫塔的有机水解催化剂床层内S析出，减缓有机硫水解催化剂的失活，延长有机硫催化剂使用寿命/循环周期。同时由上述调整后水解脱硫塔采出的水解原料气中还夹带有COS残留。

水解原料气进入精脱硫塔先经过H₂S脱硫层，水解原料气中的H₂S与精脱硫剂接触并反应，将H₂S转化H₂O和为固定于精脱硫剂内的硫化物、凝固态的硫；水解原料气经过H₂S脱硫层后与通入精脱硫塔内臭氧混合进入COS催化氧化层，残留的COS与O₃在臭氧催化下反应生成凝聚态的硫或硫化物，进而对残留的COS除去，以达到标准要求。再者O₃用量可根据实际而定，对COS配比过量，以达到COS除去尽可能完全；残留的O₃在管道中输送过程中保持氧化性，对痕量的COS、H₂S持续氧化，直至O₃消耗或分解待尽，其中分解产物O2并在提纯塔作为轻组分而分离，痕量COS、H₂S氧化后的凝聚的硫或凝聚的含硫物质，在除湿器冷却时混入冷凝液中与气相分离排除。

综上所述，应对现有为提高有机硫水解催化剂在使用效率和使用寿命而对水解脱硫塔进行下调工作温度、加快流速的调整，在精脱硫塔的H₂S脱硫层后设置COS催化氧化层并通入臭氧，继而对COS、H₂S残余进行氧化脱除，使得所得成品二氧化碳品质提高，脱硫效率高，较增设小型水解脱硫塔以牺牲小型水解脱硫塔内催化剂活性达到产品二氧化碳品质而言，成本经济，效果显著。

本发明进一步设置为：所述精脱硫塔内还设有水平隔断精脱硫塔内部的防液流板，所述防液流板位于臭氧供管下方且位于H₂S脱硫层，所述防液流板上表面设置贯通防液流板的提升管，所述提升管上端低于COS催化氧化层且高于防液流板上表面。

通过采用上述技术方案，ZnO脱硫剂脱硫原料是由Zn与H₂S反应生产ZnS，将硫元素固化于脱硫剂内，ZnO脱硫剂作为现有的脱硫剂，ZnO固态晶结构，使ZnO气固反应速率快，ZnO脱硫剂的脱硫效率和对低浓度H₂S脱除效果较其他精脱硫剂效果好；

ZnO脱硫剂吸收H₂S同时还产生产物H₂O，H₂O随精脱硫塔内气相上升向上流动，直至与COS催化氧化层接触，受到阻碍，随反应进行COS催化氧化层底部中H₂O气相含量逐渐增加，导致有液态的水凝结滴落或沿塔内壁向下流动；

此处防液流板对液态的水进行截留，防止液体水流入H₂S脱硫层内浸没ZnO脱硫剂表面影响H₂S吸收反应平衡，提高ZnO脱硫剂脱硫效率和实际硫容；

同时被防液流板截留液态的水不再与ZnO脱硫剂表面接触，减少其汽化量，在防液流板上表面逐渐积蓄，继而减少H₂S脱硫层和COS催化氧化层中自由水含量，降低H₂S脱硫层和COS催化氧化层压降，减少输送系统输送能耗。

本发明进一步设置为：所述提升管上端支撑有上帽盖，所述上帽盖下底面凌空于提升管上端，且所述上帽盖竖直方向上遮挡提升管的上端。

通过采用上述技术方案，防止COS催化氧化层底部凝结滴落的液态的水滴落时穿过提升管进入防液流板下方，提高防液流板的截留效果。

本发明进一步设置为：所述上帽盖底面中心向上隆起，所述上帽盖底面外沿的竖直投影位于提升管上端管口的外侧。

通过采用上述技术方案，上帽盖对提升管上端所出气流进行阻挡，气流中夹带的液滴撞击上帽盖底面时粘附浸润上帽盖底面，再在重力作用下从上帽盖底面外沿滴落于防液流板的上表面，防液流板的截留效果以及防止上帽盖底面滴回防液流板下方。

本发明进一步设置为：所述精脱硫塔内还设有降液管，所述降液管的上端连通防液流板的上表面，所述降液管的下端连通精脱硫塔的底部且位于H₂S脱硫层下方。

通过采用上述技术方案，防液流板上表面的液态的水沿降液管流至精脱硫塔底部，继而及时移除于H₂S脱硫层和COS催化氧化层之间，继而减少H₂S脱硫层和H₂S脱硫层和COS催化氧化层上方气流中水分含量，气相中H₂O的组成，进一步提高ZnO脱硫剂脱硫效率和实际硫容，降低H₂S脱硫层和COS催化氧化层压降，减少输送系统输送能耗，并且减少精脱硫塔塔顶气相拆除中H₂O组成，提高产品二氧化碳品质，以及减少提纯单元脱除水的工作量和能耗。

本发明进一步设置为：所述压缩动力单元还包括气液相分离器，所述原料气经精脱硫塔脱硫处理后得到精脱硫气，所述精脱硫气流经压缩动力单元作为压缩机热源使用，所述精脱硫气经压缩机换热后进入气液相分离器，所述气液相分离器脱出冷凝液后的精脱硫气通往提纯单元。

通过采用上述技术方案，精脱硫塔内发生的H₂S氧化反应和COS氧化反应均为放热，且反应物中包含有H₂O，由此精脱硫塔所出的精脱硫气较进入精脱硫塔的水解原料而言，精脱硫塔所出的精脱硫气温度升高且其中H₂O含量提高，此处精脱硫塔所出的精脱硫气作为压缩动力单元的热源使用，优化工艺内能量利用率，同时温度降低后的精脱硫气在经过除湿器冷凝除水时，降低除湿器的冷负荷，减少工艺能耗。

并且继而及时对冷凝液进行分离脱除，减少输送管道支撑承重要求、减少输送能耗以及降低除湿器的冷负荷，减少工艺能耗。

本发明进一步设置为：所述精脱硫塔塔顶设有液沫分离器，所述精脱硫塔塔顶气相经液沫分离器分离液沫后采出精脱硫塔。

通过采用上述技术方案，减少COS催化氧化层中液体水、COS氧化产物、H₂S氧化产物被精脱硫塔塔顶气相采出时夹带而出，进而提高产品二氧化碳的指标，以及减少COS氧化产物和H₂S氧化产物进入提纯单元的管道和设备内，减少设备受到因COS氧化产物、H₂S氧化产物以及后续的进一步氧化物质的腐蚀和电化学侵蚀。

本发明进一步设置为：所述除湿器冷却脱除冷凝液后为除湿气，所述除湿气分为两股，一股所述除湿气通往预冷器，另一所述除湿气作为热源通入提纯塔塔底。

通过采用上述技术方案，通往预冷器的除湿气经预冷器进行初步降温，再进入冷凝器内冷凝为液化二氧化碳，再进入提纯塔作为精馏的液相进料；

而另一股除湿气为气相直接通入提纯塔内，继而作为气相进料，且其温度远高于液相进料温度，作为提纯塔精馏的热源使用，由此优化工艺内物料流动，提高工艺内能量利用率，降低能耗。

本发明进一步设置为：所述压缩动力单元在压缩机下游还连接有过滤罐，过滤压缩机压缩过程中向原料气内逸散油气、粉尘。

通过采用上技术方案，减少原料气中的杂质种类，防止油气、粉尘引起工艺中使用的催化剂中毒。

针对现有技术存在的不足，本发明的第二个目的在于提供一种食品级二氧化碳高效提纯工艺，应对现有为提高有机硫水解催化剂在使用效率和使用寿命而对水解脱硫塔进行下调工作温度、加快流速的调整，脱硫效率高、脱硫效果好、改进成本经济。

一种食品级二氧化碳高效提纯工艺，原料气自压缩动力单元进入系统，在压缩动力单元加压输送至水解脱硫单元，在水解脱硫单元水解分解COS得到水解脱硫气，再在精脱硫单元中氧化脱除含硫成分，得到含硫量小于10ppm的精脱硫气，再在提纯单元脱除水分精馏提纯得到产品食品级二氧化碳。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.本食品级二氧化碳高效提纯系统，应对现有为提高有机硫水解催化剂在使用效率和使用寿命而对水解脱硫塔进行下调工作温度、加快流速的调整，在精脱硫塔的H₂S脱硫层后设置COS催化氧化层并通入臭氧，继而对COS、H₂S残余进行氧化脱除，使得所得成品二氧化碳品质提高，脱硫效率高，较增设小型水解脱硫塔以牺牲小型水解脱硫塔内催化剂活性达到产品二氧化碳品质而言，成本经济，效果显著；

2.防液流板对H₂S脱硫层和COS催化氧化层的液态水进行截留，防止液体水流入H₂S脱硫层内浸没ZnO脱硫剂表面影响H₂S吸收反应平衡，提高ZnO脱硫剂脱硫效率和实际硫容；同时减少H₂S脱硫层和COS催化氧化层中自由水含量，降低H₂S脱硫层和COS催化氧化层压降，减少输送系统输送能耗；

3.防液流板上表面的液态的水沿降液管及时转移H₂S脱硫层和COS催化氧化层，继而减少H₂S脱硫层和H₂S脱硫层和COS催化氧化层上方气流中水分含量，气相中H₂O的组成，进一步提高ZnO脱硫剂脱硫效率和实际硫容，减少输送系统输送能耗，并且减少精脱硫塔塔顶气相拆除中H₂O组成，提高产品二氧化碳品质，以及减少提纯单元脱除水的工作量和能耗；

4.精脱硫塔所出的精脱硫气作为压缩动力单元的热源使用，优化工艺内能量利用率，同时温度降低后的精脱硫气在经过除湿器冷凝除水时，降低除湿器的冷负荷，减少工艺能耗；并且精脱硫气经压缩机换热后，及时对冷凝液进行分离脱除，减少输送管道支撑承重要求、减少输送能耗以及降低除湿器的冷负荷，减少工艺能耗；

5.减缓COS催化氧化层中液体水、COS氧化产物、H₂S氧化产物被精脱硫气流动夹带而出，进而提高产品二氧化碳的指标，以及减少COS氧化产物和H₂S氧化产物进入提纯单元的管道和设备内，减少设备受到因COS氧化产物、H₂S氧化产物以及后续的进一步氧化物质的腐蚀和电化学侵蚀；

6.部分除湿气为气相直接通入提纯塔内，作为提纯塔精馏的热源使用，提纯塔塔顶采出轻组分作为预冷器冷源使用，由此优化工艺内物料流动，提高工艺内能量利用率，降低能耗。

附图说明

图1为食品级二氧化碳高效提纯系统的示意图一；

图2为压缩动力单元的示意图；

图3为水解脱硫单元的示意图；

图4为精脱硫单元的示意图；

图5为精脱硫塔的结构示意图一；

图6为在A处体现提升管结构的局部放大图；

图7为精脱硫塔的结构示意图二；

图8为食品级二氧化碳高效提纯系统的示意图二；

图9为提纯单元的示意图。

附图标记：1、压缩动力单元；11、缓冲罐；12、压缩机；13、过滤罐；14、气液相分离器；2、水解脱硫单元；21、脱硫加热器；22、水解脱硫塔；221、有机硫水解层；3、精脱硫单元；31、精脱硫塔；311、脱硫层；312、催化氧化层；313、臭氧供管；314、液沫分离器；315、防液流板；316、提升管；3161、上帽盖；3162、支撑柱；317、降液管；32、脱硫水冷器；4、提纯单元；41、除湿器；42、预冷器；43、冷凝器；44、提纯塔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一，

如附图1所示，一种食品级二氧化碳高效提纯系统，其沿反应工序依次包括压缩动力单元1、水解脱硫单元2、精脱硫单元3和提纯单元4。

如附图2所示，压缩动力单元1包括缓冲罐11、压缩机12和过滤罐13。其中缓冲罐11与二氧化碳的原料气连通，缓和原料气压力波动。

压缩机12为现有技的CO₂压缩机12，其为现有技术再不做进一步阐述。压缩机12的数量可根据实际情况而定，此处压缩机12数量为二，两压缩机12之间并联，且两压缩机12均串联于缓冲罐11的下游。

过滤罐13串联与压缩机12的下游，用于过滤压缩机12压缩过程中向原料气内逸散油气、粉尘。过滤罐13内部结构和选择为现有技术，采用物理过滤方式，如活性炭纤维填料层过滤。

如附图3所示，水解脱硫单元2包括脱硫加热器21和水解脱硫塔22。脱硫加热器21连接与过滤的下游，脱硫加热器21的冷流出口的下游连接水解脱硫塔22的塔底。

水解脱硫塔22内设置有有机硫水解层221，有机硫水解层221内填装有机硫水解催化剂，有机硫水解催化剂可根据实际情形需求如原料气中氧含量和硫含量进行选择，此处选用铝基催化剂，如γ-Al₂O₃。水解脱硫塔22塔底侧面可接入水蒸汽管，根据原料气中含水量和COS含量选择性补充水蒸汽。

如附图4所示，精脱硫单元3包括脱硫水冷器32和精脱硫塔31。水解脱硫塔22塔顶采出原料气经水解后得到的水解原料气，水解原料气与脱硫水冷器32的热流进口的上游连通，脱硫水冷器32的热流出口的下游与连接精脱硫塔31的塔底。

精脱硫塔31内部设置有两填料层和防液流板315。其中两填料层分别为H₂S脱硫层311和COS催化氧化层312，其中H₂S脱硫层311位于COS催化氧化层312下方。H₂S脱硫层311填装有精脱硫剂，精脱硫剂为ZnO脱硫剂。ZnO脱硫剂脱硫原料是由Zn与H₂S反应生产ZnS，将硫元素固化于脱硫剂内，ZnO脱硫剂作为现有的脱硫剂，ZnO固态晶结构，使ZnO气固反应速率快，ZnO脱硫剂的脱硫效率和对低浓度H₂S脱除效果较其他精脱硫剂效果好。COS催化氧化层312内装填有臭氧催化氧化催化剂，其为车削铁屑。

精脱硫塔31位于H₂S脱硫层311和COS催化氧化层312之间的侧面还连通有臭氧供管313，臭氧供管313内向精脱硫塔31通入臭氧，或臭氧和二氧化碳的混合气体，此处为臭氧和二氧化碳的混合气体，便于臭氧浓度调节，同时减小臭氧分压，便于臭氧分散于精脱硫塔31，避免臭氧局部浓度波动过大。

如附图4和附图5所示，防液流板315设置于H₂S脱硫层311和COS催化氧化层312之间，其水平设置隔断精脱硫塔31内部，且防液流板315的上表面高度低于臭氧供管313连接精脱硫塔31侧面的进料高度。

如附图5和附图6所示，防液流板315上表面均匀分布竖直贯通防液流板315的提升管316，提升管316的上端低于COS催化氧化层312且高于防液流板315上表面。

提升管316上端还位置有支撑柱3162和上帽盖3161。支撑柱3162竖直固定于提升管316上端端口，其数量可根据实际情况而定，此处支撑柱3162数量为四，且围绕提升管316上端轴心均匀分布。固定方式可根据实际情况而定，如一体设置或焊接。

上帽盖3161形状根据实际情况而定，此处为锥形且尖端向上，同时上帽盖3161的下底面自中心向上凹陷形成一个与外侧面同轴的锥形侧面。上帽盖3161底面的外沿呈圆形，其与提升管316同轴且直径提升管316上端的外径。支撑柱3162的上端连接上帽盖3161底面的内侧，且与之固定，固定方式为焊接。

ZnO脱硫剂吸收H₂S同时还产生产物H₂O，H₂O随精脱硫塔31内气相上升向上流动，直至与COS催化氧化层312接触，受到阻碍，随反应进行COS催化氧化层312底部中H₂O气相含量逐渐增加，导致有液态的水凝结滴落或沿塔内壁向下流动。

对此防液流板315对液态的水进行截留，防止液体水流入H₂S脱硫层311内浸没ZnO脱硫剂表面影响H₂S吸收反应平衡，提高ZnO脱硫剂脱硫效率和实际硫容；同时被防液流板315截留液态的水不再与ZnO脱硫剂表面接触，减少其汽化量，在防液流板315上表面逐渐积蓄，继而减少H₂S脱硫层311和COS催化氧化层312中自由水含量，降低H₂S脱硫层311和COS催化氧化层312压降，减少输送系统输送能耗。

如附图4所示，精脱硫塔31还设置有降液管317和液沫分离器314。降液管317可设置与精脱硫塔31塔体内或精脱硫塔31塔体外。此处实际结果中选择降液管317设置与精脱硫塔31塔体内，以避免外界环境温度对降液管317内物料的影响。

如附图7所示，此处降液管317为一直管，其上端连通防液流板315的上表面，其下端插入精脱硫塔31塔底且位于H₂S脱硫层311下方。

如附图4所示，液沫分离器314为现有设备，如旋风分离器。水解原料气经H₂S脱硫层311和COS催化氧化层312催化氧化，再经液沫分离器314分离液沫后再采出精脱硫塔31，得到精脱硫气。

如附图8所示，精脱硫气流向压缩动力单元1，经过压缩机12作为压缩机12蒸发液体的热源，由此对精脱硫气进行初步冷却。初步冷却后的精脱硫气沿管道输送进入气液相分离器14，分离冷凝下的冷凝液，该冷凝液主要成分为水，溶有少量CO₂和痕量的含硫物质。

如附图9所示，提纯单元4包括除湿器41、预冷器42、冷凝器43、提纯塔44和结晶过滤器。除湿器41为换热器，其中精脱硫塔31塔顶采出原料气经水解后得到的精脱硫气，精脱硫气与除湿器41热流进口的上游连通。

同时除湿器41内热流出口分为气相和液相，其中液相为精脱硫气经除湿器41冷却后冷凝出冷凝液，该冷凝液主要成分为水，溶有少量CO₂。除湿器41内热流出口的气相为除湿气，除湿气分为两股，一股通往提纯塔44塔釜。

另一股除湿气通往冷凝器43热流进口，冷凝器43对除湿气进行降温冷凝，得到液化二氧化碳，并自冷凝器43热流出口液相采出通往提纯塔44塔釜。除湿器41通入提纯塔44塔釜的一股除湿气的进料高度高于液化二氧化碳通入提纯塔44塔釜的进料高度。

提纯塔44为精馏塔，通入的气相除湿气为供热原，对液化二氧化碳进行多级精馏，塔底采出液态的产品二氧化碳，塔顶采出H₂O、O2等轻组分。采出的轻组分通往预冷器42的冷流进口，作为预冷器42的冷源使用，预冷器42冷流出口物料通往回收处理工序或废气处理工序。

实施例二，

一种食品级二氧化碳高效提纯工艺，原料气自压缩动力单元1进入系统，在压缩动力单元1加压输送至水解脱硫单元2，在水解脱硫单元2水解分解COS得到水解脱硫气，再在精脱硫单元3中氧化脱除含硫成分，得到含硫量小于10ppm的精脱硫气，再在提纯单元4脱除水分精馏提纯得到产品食品级二氧化碳。

具体有以下依次的工艺工序，

T1：含二氧化碳的原料气进入压缩动力单元1，经缓冲罐11缓冲、压缩机12压缩增压、过滤管过滤后输送至水解脱硫单元2；

T2：水解脱硫单元2中由上一工序单元来的原料气经脱硫加热器21加热，再进入水解脱硫塔22，原料气在水解脱硫塔22内有机硫水解催化剂作用下水解COS，得到水解原料气并输送至精脱硫单元3；

T3：精脱硫单元3中由上一工序单元来的水解原料气进入精脱硫塔31，流经H₂S脱硫层311，进行H₂S的催化氧化，在COS催化氧化层312混入臭氧再经过COS催化氧化层312，进行残量的COS催化氧化，最后经液沫分离器314分离液沫后得到精脱硫气；精脱硫气在通往压缩动力单元1做压缩机12热源初步冷却，并排除冷凝液后通往提纯单元4；

T4：提纯单元4中精脱硫气经除湿器41冷却脱除冷凝液，再经预冷器42、冷凝器43冷凝液化得到液化二氧化碳后进入提纯塔44，提纯塔44内液化二氧化碳精馏脱除轻组分，从提纯塔44塔底抽提液态二氧化碳冷却得到产品高纯度二氧化碳。

本发明系统和工艺的改进之处：

应对现有为提高有机硫水解催化剂在本工艺中使用效率和使用寿命而对水解脱硫塔22进行下调工作温度、加快流速的工艺调整，在精脱硫塔31的H₂S脱硫层311后设置COS催化氧化层312并通入臭氧，继而对COS、H₂S残余进行氧化脱除，使得所得成品二氧化碳品质提高，脱硫效率高，较增设小型水解脱硫塔22以牺牲小型水解脱硫塔22内催化剂活性达到产品二氧化碳品质而言，成本经济，效果显著。

精脱硫塔31所出的精脱硫气作为压缩动力单元1的热源使用，优化工艺内能量利用率，同时温度降低后的精脱硫气在经过除湿器41冷凝除水时，降低除湿器41的冷负荷，减少工艺能耗；并且精脱硫气经压缩机12换热后，及时对冷凝液进行分离脱除，减少输送管道支撑承重要求、减少输送能耗以及降低除湿器41的冷负荷，减少工艺能耗。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种食品级二氧化碳高效提纯系统，其特征在于，沿原料气的反应工序依次包括压缩动力单元（1）、水解脱硫单元（2）、精脱硫单元（3）和提纯单元（4），所述压缩动力单元（1）包括压缩原料气增压的压缩机（12），所述水解脱硫单元（2）包括位于压缩机（12）下游的脱硫加热器（21）、位于脱硫加热器（21）下游且填装有有机硫水解催化剂的水解脱硫塔（22）；所述精脱硫单元（3）沿二氧化碳方输送方向包括脱硫水冷器（32）、精脱硫塔（31）；所述精脱硫塔（31）内设有H₂S脱硫层（311）和COS催化氧化层（312），所述H₂S脱硫层（311）填装有ZnO脱硫剂，所述COS催化氧化层（312）填装有铁屑且位于H₂S脱硫层（311）上方，所述精脱硫塔（31）塔侧在H₂S脱硫层（311）和COS催化氧化层（312）之间还接通有臭氧供管（313）；所述提纯单元（4）沿二氧化碳方输送方向依次包括除湿器（41）、预冷器（42）、冷凝器（43）和提纯塔（44），所述除湿器（41）位于精脱硫塔（31）下游；

所述精脱硫塔（31）内还设有水平隔断精脱硫塔（31）内部的防液流板（315），所述防液流板（315）位于臭氧供管（313）下方且位于H₂S脱硫层（311），所述防液流板（315）上表面设置贯通防液流板（315）的提升管（316），所述提升管（316）上端低于COS催化氧化层（312）且高于防液流板（315）上表面；

所述提升管（316）上端支撑有上帽盖（3161），所述上帽盖（3161）下底面凌空于提升管（316）上端，且所述上帽盖（3161）竖直方向上遮挡提升管（316）的上端；

所述精脱硫塔（31）内还设有降液管（317），所述降液管（317）的上端连通防液流板（315）的上表面，所述降液管（317）的下端连通精脱硫塔（31）的底部且位于H₂S脱硫层（311）下方；

所述上帽盖（3161）底面中心向上隆起，所述上帽盖（3161）底面外沿的竖直投影位于提升管（316）上端管口的外侧。

2.根据权利要求1所述的一种食品级二氧化碳高效提纯系统，其特征在于，所述压缩动力单元（1）还包括气液相分离器（14），所述原料气经精脱硫塔（31）脱硫处理后得到精脱硫气，所述精脱硫气流经压缩动力单元（1）作为压缩机（12）热源使用，所述精脱硫气经压缩机（12）换热后进入气液相分离器（14），所述气液相分离器（14）脱出冷凝液后的精脱硫气通往提纯单元（4）。

3.根据权利要求1所述的一种食品级二氧化碳高效提纯系统，其特征在于，所述精脱硫塔（31）塔顶设有液沫分离器（314），所述精脱硫塔（31）塔顶气相经液沫分离器（314）分离液沫后采出精脱硫塔（31）。

4.根据权利要求1所述的一种食品级二氧化碳高效提纯系统，其特征在于，所述除湿器（41）冷却脱除冷凝液后为除湿气，所述除湿气分为两股，一股所述除湿气通往预冷器（42），另一所述除湿气作为热源通入提纯塔（44）塔底。

5.根据权利要求1所述的一种食品级二氧化碳高效提纯系统，其特征在于，所述压缩动力单元（1）在压缩机（12）下游还连接有过滤罐（13），过滤压缩机（12）压缩过程中向原料气内逸散油气、粉尘。

6.一种食品级二氧化碳高效提纯工艺，其特征在于，原料气自权利要求1-5任意一项所述的一种食品级二氧化碳高效提纯系统的压缩动力单元（1）进入系统，在压缩动力单元（1）加压输送至水解脱硫单元（2），在水解脱硫单元（2）水解分解COS得到水解脱硫气，再在精脱硫单元（3）中氧化脱除含硫成分，得到含硫量小于10ppm的精脱硫气，再在提纯单元（4）脱除水分精馏提纯得到产品食品级二氧化碳。

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