CN114272724A - 一种新型节能co2回收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及CO2回收设备技术领域，且公开了一种新型节能CO2回收装置，包括基座，所述基座的顶部安装有低温洗涤塔；本发明通过根据酒精发酵类的二氧化碳气体中各类有毒、有害物质的化学、物理特性，从化学反应脱挥发性有机物、根据物质摩尔重量脱重、脱轻、依据不同物质相互之间微溶和互溶的原理冷凝降解，以及不同物质的沸点原理来实现不需要吸附干燥系统生产食品级二氧化碳的新方法，并且可以完全不使用吸附干燥的方式实现各种有毒有害物质的去除，可以节约大量的洗涤用水，相比现有的回收设备占地面积小、工艺流程简单、能耗指标低比常规的需要吸附干燥回收系统降低10％～15％电耗，没有污水、固废处理的顾虑和烦恼。
Description
技术领域
本发明涉及CO2回收设备技术领域，具体为一种新型节能CO2回收装置。
背景技术
常规的CO2回收系统；对于酒精类气源脱除水份、挥发性有机物、碳氢化合物、苯、醛等有毒有害物质，都必须依靠吸附、干燥系统来实现；该方法是常规方法安全可靠；但是由于该方法利用的是各类吸附剂的吸附极性顺序和被吸附物质与吸附剂的分子孔隙原理来实现；一是吸附剂的使用寿命通常只有2～3年，每隔2～3年就要更换一次，依据CO2回收装置的大小区别，单独原辅料成本一项就要几十万至几百万的投入；二是上述吸附干燥塔利用的原理是PTSA变压、变温吸附再生原理，吸附饱和后都需要彻底再生才能继续使用，这就不可避免的还需要消耗大量的热量来加热再生气，和利用吹扫气对吸附床进行吹扫净化会有大量CO2的温室气体排放，同时2～3年吸附剂报废后会带来是大量的固废处理成本和麻烦，由于酒精发酵输送过来的CO2气体，会夹带大量的甲醇、乙醇甲醛、乙醛要想去除上述有毒有害物质，常规方法是利用高锰酸钾混合液去中和，然后通过大量的自来水、脱盐水、或脱氧水去洗涤降解，但是随之带来的是高锰酸钾洗涤废水对环节造成严重的污染，和大量洗涤水的消耗加重了工厂的污水处理成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型节能CO2回收装置，具备成本低的优点，解决了现有的二氧化碳回收装置成本高的问题，实现根据酒精发酵类的CO2气体中各类有毒、有害物质的化学、物理特性；从化学反应脱挥发性有机物、根据物质摩尔重量脱重、脱轻、依据不同物质相互之间微溶和互溶的原理冷凝降解，以及不同物质的沸点原理来实现不需要吸附干燥系统生产食品级CO2的新方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新型节能CO回收装置，包括基座，所述基座的顶部安装有低温洗涤塔，所述基座的顶部安装有除沫洗涤塔，所述基座的顶部设置有压缩机，所述基座的顶部设置有临时储存装置，所述低温洗涤塔的内部和除沫洗涤塔的内部分别设置有第一液化提纯装置和第二液化提纯装置，所述低温洗涤塔的顶部安装有壳体，所述壳体的内部安装有旋转洗球，所述壳体的底部与第一液化提纯装置的输入端通过管道连通，所述低温洗涤塔的两侧分别安装有循环泵和屏蔽泵，所述除沫洗涤塔的内部安装有套筒，所述套筒的内部安装有固体吸附剂过滤板，且固体吸附剂过滤板是以碳基为载体制成。
优选的，所述循环泵的输入端通过管道与低温洗涤塔连通，所述循环泵的输出端和旋转洗球之间连通有第一循环水管。
优选的，所述屏蔽泵的输入端通过管道与低温洗涤塔连通，所述屏蔽泵的输出端连通有与外部精馏塔配合使用的第二循环水管，所述壳体的一侧连通有与外部精馏塔配合使用的进气管。
优选的，所述第一液化提纯装置和第二液化提纯装置的表面分别套接有第一限位框和第二限位框，所述第一限位框和第二限位框分别与低温洗涤塔和除沫洗涤塔栓接。
优选的，所述低温洗涤塔和第二液化提纯装置之间通过管道连通，所述除沫洗涤塔和压缩机的输入端之间连通有第一配管，所述压缩机的输出端和临时储存装置之间连通有第二配管。
优选的，所述压缩机的底部和临时储存装置的底部分别安装有与基座栓接的第一支撑座和第二支撑座。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明通过根据酒精发酵类的二氧化碳气体中各类有毒、有害物质的化学、物理特性，从化学反应脱挥发性有机物、根据物质摩尔重量脱重、脱轻、依据不同物质相互之间微溶和互溶的原理冷凝降解，以及不同物质的沸点原理来实现不需要吸附干燥系统生产食品级二氧化碳的新方法，并且可以完全不使用吸附干燥的方式实现各种有毒有害物质的去除，可以节约大量的洗涤用水，并且作为化学反应以炭基为载体的固体吸附剂过滤板不需要再生，由于是炭基为载体使用失效后可以作为锅炉燃料直接高温焚烧做无害化处理，相比现有的回收设备占地面积小、工艺流程简单、能耗指标低比常规的需要吸附干燥回收系统降低10％～15％电耗，没有污水、固废处理的顾虑和烦恼。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明局部结构剖视图；
图3为本发明图2中A处放大图。
图中：1、基座；2、低温洗涤塔；3、除沫洗涤塔；4、压缩机；5、临时储存装置；6、第一液化提纯装置；7、第二液化提纯装置；8、壳体；9、旋转洗球；10、循环泵；11、屏蔽泵；12、套筒；13、固体吸附剂过滤板；14、第一循环水管；15、第二循环水管；16、进气管；17、第一限位框；18、第二限位框；19、第一配管；20、第二配管；21、第一支撑座；22、第二支撑座。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。
请参阅图1、图2和图3所示，一种新型节能CO2回收装置，包括基座1，基座1的顶部安装有低温洗涤塔2，基座1的顶部安装有除沫洗涤塔3，基座 1的顶部设置有压缩机4，基座1的顶部设置有临时储存装置5，低温洗涤塔2的内部和除沫洗涤塔3的内部分别设置有第一液化提纯装置6和第二液化提纯装置7，低温洗涤塔2的顶部安装有壳体8，壳体8的内部安装有旋转洗球 9，壳体8的底部与第一液化提纯装置6的输入端通过管道连通，低温洗涤塔 2的两侧分别安装有循环泵10和屏蔽泵11，除沫洗涤塔3的内部安装有套筒 12，套筒12的内部安装有固体吸附剂过滤板13，且固体吸附剂过滤板13是以炭基为载体制成，通过根据酒精发酵类的二氧化碳气体中各类有毒、有害物质的化学、物理特性，从化学反应脱挥发性有机物、根据物质摩尔重量脱重、脱轻、依据不同物质相互之间微溶和互溶的原理冷凝降解，以及不同物质的沸点原理来实现不需要吸附干燥系统生产食品级二氧化碳的新方法，并且可以完全不使用吸附干燥的方式实现各种有毒有害物质的去除，可以节约大量的洗涤用水，并且作为化学反应以炭基为载体的固体吸附剂过滤板13不需要再生，由于是炭基为载体使用失效后可以作为锅炉燃料直接高温焚烧做无害化处理，相比现有的回收设备占地面积小、工艺流程简单、能耗指标低比常规的需要吸附干燥回收系统降低10％～15％电耗，没有污水、固废处理的顾虑和烦恼。
本发明通过利用酒精发酵类的CO2排放尾气其二氧化碳的纯度在 95％～97％，其它杂质主要是水蒸气和甲醇、乙醇、苯、乙醛、甲醛等挥发性有机物和无机物，首先通过液化提纯系统的富余部分冷量对发酵来气进行降温，把发酵来气的温度从+25℃～45℃，降至+0℃～+5℃,由于挥发性有机物的熔点通常是室温，沸点通常在+50℃～+250℃，同时由于甲醇、乙醇、都是很好的溶解剂，它可把苯、甲醛、乙醛等有害物质溶解在其中，同时水和甲醇、乙醇又可以任何形式和比例互溶。当发酵来气从室温降低至+0℃～+5℃后必定有大量水蒸气、甲醇、乙醇的混合液体存在，然后再通过循环水泵不断的抽取低温洗涤塔底部的混合液通过低温洗涤塔顶部的旋转洗球对发酵来气不断的洗涤冲洗，冲洗的过程中甲醇、乙醇、水的低温冷凝混合液再对其它挥发性有机物甲硫醇、乙硫醇、苯、甲醛、乙醛进行溶解洗脱。当液位达到一定高度，乙醇浓度达到一定浓度后再通过屏蔽泵打至上游酒精发酵的蒸馏塔提取高浓度酒精(乙二醇)或破碎混合用水环节。从而实现无害的废水循环利用和通常行业的淡酒回收(乙醇)的高价值回收。
进一步的，循环泵10的输入端通过管道与低温洗涤塔2连通，循环泵10 的输出端和旋转洗球9之间连通有第一循环水管14，通过第一循环水管14设置，为旋转洗球9提供循环水为发酵气体进行洗涤。
进一步的，屏蔽泵11的输入端通过管道与低温洗涤塔2连通，屏蔽泵11 的输出端连通有与外部精馏塔配合使用的第二循环水管15，壳体8的一侧连通有与外部精馏塔配合使用的进气管16，通过第二循环水管15和进气管16 设置，方便将混合液输送进蒸馏塔中提取高浓度酒精，进气管16方便外部发酵气体进入到低温洗涤塔2中。
进一步的，第一液化提纯装置6和第二液化提纯装置7的表面分别套接有第一限位框17和第二限位框18，第一限位框17和第二限位框18分别与低温洗涤塔2和除沫洗涤塔3栓接，通过第一限位框17和第二限位框18设置，分别对第一液化提纯装置6和第二液化提纯装置7进行限位。
进一步的，低温洗涤塔2和第二液化提纯装置7之间通过管道连通，除沫洗涤塔3和压缩机4的输入端之间连通有第一配管19，压缩机4的输出端和临时储存装置5之间连通有第二配管20，通过第一配管19和第二配管20 设置，方便二氧化碳气体输送进压缩机4中和方便压缩成液态的二氧化碳输送进临时储存装置5中。
进一步的，压缩机4的底部和临时储存装置5的底部分别安装有与基座1 栓接的第一支撑座21和第二支撑座22，通过第一支撑座21和第二支撑座22 设置，分别对压缩机4和临时储存装置5进行限位支撑。
本发明中，脱挥发性有机物的工艺流程说明：通过低温洗涤的气体再通过精洗塔的循环水对发酵来气中甲醇、乙醇、糖分、蛋白酶等物质再进行二次降解脱除，从而避免后面压缩机压缩环节高温积碳的发生，通过压缩后的二氧化碳气升温至+135℃～150℃，由于H2S、SO2、等挥发性有机化合物并不能溶解至甲醇、乙醇及水的混合液中；+0℃～+5℃也不足以把上述硫化物冷凝成液态形式。必须采用以炭基为载体的吸附剂，与H2S、SO2、等挥发性有机物物进行化学反应给予脱除，同时生成水和单质硫晶体。由于特种吸附剂是以炭基为载体的吸附剂，当吸附剂失效后可直接做为锅炉的燃料通过高温焚烧做无害化处理。
在本发明中，深度脱水工艺流程和说明：由于CO2的液化温度-20℃～-30℃通常要把回收气体中的水份控制在露点-45℃～-65℃左右(水份含量在 30～20PPM)是通常的CO2回收系统，在此环节必须使用分子筛干燥系统对发酵来气的游离水分子进行深度吸附，才能保证CO2气体在下游的液化环节不会出现结霜和冰堵分子筛干燥系统的利用原理是3A～4A分子筛孔隙直径和水份分子的分子直径一致的物理现象来吸附游离态的水份。而本发明则是另辟蹊径，利用酒精厂发酵来气夹带大量甲醇、乙醇，同时甲醇、乙醇可以和水以任何比例和浓度混合的存在，当乙醇和水一定浓度、比例存在时，就生成了乙二醇溶液，根据乙二醇的凝固点理化性质，在低于零度(-0℃～-48.5℃) 的温度下不会结冰生成固体，而是以乙二醇液态形式存在，该法发明工艺正式利用这一特性，把CO2气体中含有甲醇、乙醇、水分子的混合物，通过低温(-0℃～-12℃)控制调节的方法再次对上述混合物进行冷冻物理分离，通过该工艺方法对水份去除深度可达(20ppm)可以满足食品级(国标 GB1888.268-2016)食品级CO2对各类挥发性有机物、无机物、甲醇、乙醇、水、的要求。
脱重脱轻的工艺说明：通过脱除甲醇、乙醇、苯、、甲醛、乙醛等挥发性有机物、无机物和深度脱水后，需要液化再提纯气体的主要成份变成了以CO2(99.98％)、O2、N2、CO、Ar、H2组成的混合气体，依据各个气体的摩尔重量和沸点、液化温度的要求不同，本发明工艺首创采用连续2级低温精馏、反复再沸液化提纯的办法实现了O2、N2、CO、Ar、H2等摩尔重量比CO2轻，但液化要求又比CO2低很多得物质从液化CO2中彻底分离出来。自此生产出 CO2纯度满足99.995％符合国标(GB1888.268-2016)、(GBT6025-2011)、 (GB/T23938-2009)要求得食品级、工业级、高纯得合格产品。
本发明工艺得技术亮点就是完全不需要吸附脱硫、除臭、干燥吸附脱水、只利用物理方法脱除5A分子筛孔隙可以吸附以下(硫化物除外)的所有物质，并实现了CO2工业化的生产，产能规模可实现1～20万吨/年的模块化生产。总工艺控制路线就是利用需要回收的酒精发酵类气体中的30～40种物质的摩尔重量，不同的物质沸点温度变化(固态、气态、液态)，化学反应性质及生成物变化、特定物质与水混合后的凝固点温度物理化特性、通过低温洗涤、脱有机物、无机物的化学反应、低温脱水、高压低温液化、再沸精馏提纯的一系列的综合物理分离、化学吸收、物理降温、物理升压、多级精馏再沸的控制工艺来实现。
本发明通过进气管16输送进发酵气体，经过第一液化提纯装置6发酵来气进行降温，使发酵来气形成大量水蒸气、甲醇、乙醇的混合液体存在，然后再通过循环泵10不断的抽取低温洗涤塔2底部的混合液输送给旋转洗球9 对发酵来气不断的洗涤冲洗，冲洗的过程中甲醇、乙醇、水的低温冷凝混合液再对其它挥发性有机物甲硫醇、乙硫醇、苯、甲醛、乙醛进行溶解洗脱，低温洗涤塔2内部液位达到一定高度后，乙醇浓度达到一定浓度后再通过屏蔽泵11输送给上游酒精发酵的蒸馏塔提取高浓度酒精或破碎混合用水环节，从而实现无害的废水循环利用和通常行业的淡酒回收的高价值回收，再通过除沫洗涤塔3内部的第二液化提纯装置7作用，利用发酵来气夹带大量甲醇、乙醇，同时甲醇、乙醇可以和水以任何比例和浓度混合的存在，当乙醇和水一定浓度、比例存在时，就生成了乙二醇溶液，根据乙二醇的凝固点理化性质，在低于零度到四十八度五的温度下不会结冰生成固体，而是以乙二醇液态形式存在，该装置利用这一特性，把CO2气体中含有甲醇、乙醇、水分子的混合物，通过低温零度到十二度的控制调节方法再次对上述混合物进行冷冻物理分离，通过该装置对水份去除深度可达到满足食品级CO2对各类挥发性有机物、无机物、甲醇、乙醇、水、的要求，需要液化再提纯气体的主要成份变成了以百分之九十九点八CO2、O2、N2、CO、Ar、H2组成的混合气体，依据各个气体的摩尔重量和沸点、液化温度的要求不同，本装置首创采用连续2级低温精馏、反复再沸液化提纯的办法实现了O2、N2、CO、Ar、H2等摩尔重量比CO2轻，但液化要求又比CO2低很多得物质从液化CO2中彻底分离出来，在输送进到临时储存装置5中，避免2～3年吸附剂报废后会带来是大量的固废处理成本和麻烦和大量洗涤水的消耗加重了工厂的污水处理成本。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种新型节能CO2回收装置，包括基座(1)，其特征在于：所述基座(1)的顶部安装有低温洗涤塔(2)，所述基座(1)的顶部安装有除沫洗涤塔(3)，所述基座(1)的顶部设置有压缩机(4)，所述基座(1)的顶部设置有临时储存装置(5)，所述低温洗涤塔(2)的内部和除沫洗涤塔(3)的内部分别设置有第一液化提纯装置(6)和第二液化提纯装置(7)，所述低温洗涤塔(2)的顶部安装有壳体(8)，所述壳体(8)的内部安装有旋转洗球(9)，所述壳体(8)的底部与第一液化提纯装置(6)的输入端通过管道连通，所述低温洗涤塔(2)的两侧分别安装有循环泵(10)和屏蔽泵(11)，所述除沫洗涤塔(3)的内部安装有套筒(12)，所述套筒(12)的内部安装有固体吸附剂过滤板(13)，且固体吸附剂过滤板(13)是以炭基为载体制成。
2.根据权利要求1所述的一种新型节能CO2回收装置，其特征在于：所述循环泵(10)的输入端通过管道与低温洗涤塔(2)连通，所述循环泵(10)的输出端和旋转洗球(9)之间连通有第一循环水管(14)。
3.根据权利要求1所述的一种新型节能CO2回收装置，其特征在于：所述屏蔽泵(11)的输入端通过管道与低温洗涤塔(2)连通，所述屏蔽泵(11)的输出端连通有与外部精馏塔配合使用的第二循环水管(15)，所述壳体(8)的一侧连通有与外部精馏塔配合使用的进气管(16)。
4.根据权利要求1所述的一种新型节能CO2回收装置，其特征在于：所述第一液化提纯装置(6)和第二液化提纯装置(7)的表面分别套接有第一限位框(17)和第二限位框(18)，所述第一限位框(17)和第二限位框(18)分别与低温洗涤塔(2)和除沫洗涤塔(3)栓接。
5.根据权利要求1所述的一种新型节能CO2回收装置，其特征在于：所述低温洗涤塔(2)和第二液化提纯装置(7)之间通过管道连通，所述除沫洗涤塔(3)和压缩机(4)的输入端之间连通有第一配管(19)，所述压缩机(4)的输出端和临时储存装置(5)之间连通有第二配管(20)。
6.根据权利要求1所述的一种新型节能CO2回收装置，其特征在于：所述压缩机(4)的底部和临时储存装置(5)的底部分别安装有与基座(1)栓接的第一支撑座(21)和第二支撑座(22)。
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