CN202246075U - 利用低温乙烯升温汽化冷量生产食品级二氧化碳的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用低温乙烯升温汽化冷量生产食品级二氧化碳的系统，包括低温乙烯进口、二氧化碳进口、二氧化碳缓冲罐、压缩机、冷却器、汽水分离器、用于脱水、脱乙烯及脱有机物的吸附器、换热器、精馏塔、过冷器、二氧化碳贮槽，特点是二氧化碳进口、二氧化碳缓冲罐、压缩机、冷却器、汽水分离器、吸附器和换热器通过管道依次连通，低温乙烯进口通过提压泵与所述的换热器的进口连通，换热器的出口通过管道与精馏塔的进口连通，精馏塔的下端出口与过冷器连通，过冷器与二氧化碳贮槽连通，优点是利用低温乙烯升温汽化的冷量作为二氧化碳提纯的冷量，生产食品级液体二氧化碳，实现了冷量和热量的充分合理利用。

Description

利用低温乙烯升温汽化冷量生产食品级二氧化碳的系统

技术领域

本实用新型涉及一种生产食品级二氧化碳的系统，尤其是涉及一种利用低温乙烯升温汽化冷量生产食品级二氧化碳的系统。

背景技术

随着现代工业的迅猛发展，人类对煤、油、天然气等含碳化石燃料的大规模使用，以及大面积森林火灾对植被的破坏等，导致大气中二氧化碳（CO₂）的含量逐年增加，而二氧化碳是最主要的温室气体，其含量增加对增强温室效应的贡献大约为70%。另一方面，二氧化碳是一种非常宝贵的碳资源，被广泛用于多种领域。如化学合成工业、机械保护焊接、金属铸造加工、农业施肥、果品蔬菜保鲜、啤酒饮料灌装、石油开采、消防灭火、医药卫生等都需要大量的二氧化碳，尤其是食品级二氧化碳作为碳酸饮料的添加剂、烟丝的膨化剂、食品的保鲜剂以及医药、反应工程及超细粉领域的萃取溶剂，目前都有广泛应用，其前景更是广泛。

目前，二氧化碳的分离提纯方法主要有溶剂吸收法、变压吸附法、膜分离法、催化燃烧法及吸附—低温精馏法。其中，低温精馏法是目前技术最先进、应用最广的方法。其基本原理是利用二氧化碳的沸点与其他气体不同进行分割，少量比二氧化碳沸点高的重组分用几种不同的高效吸附剂脱除，比二氧化碳沸点低的轻组分通过精馏去除，最后获得纯度99.95%以上的液体二氧化碳。目前，采用工艺生产二氧化碳已经有比较成熟的大规模工业装置，但是这些装置所需要的低温冷量都是通过氨压缩机制冷提供。二氧化碳低温精馏需要的冷量大，品位高（大多数冷量品位要求-20℃以下），因此能量消耗较高。

乙烯是重要的有机化工基本原料，一般以常压低温液态形式储存，常用于制备环氧乙烷、聚乙烯等下游产品。乙烯用于生产下游产品时，通常需要先将低温乙烯升温汽化到常温或更高温度使用。以此，在低温乙烯升温汽化过程中将放出大量的冷量，此冷量在生产过程中，通常不能得到有效的回收利用，造成能源浪费。因此，乙烯升温汽化装置和生产食品级二氧化碳装置如能进行有机集成，可以达到能量合理利用的良好效果，但是，目前国内、外还没有关于利用低温乙烯升温汽化冷量生产食品级二氧化碳的系统的相关研究报道。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种利用低温乙烯升温汽化的冷量作为生产食品级二氧化碳冷量的系统。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种利用低温乙烯升温汽化冷量生产食品级二氧化碳的系统，包括低温乙烯进口、二氧化碳进口、二氧化碳缓冲罐、压缩机、冷却器、汽水分离器、用于脱水、脱乙烯及脱有机物的吸附器、换热器、精馏塔、过冷器、二氧化碳贮槽，所述的二氧化碳进口、二氧化碳缓冲罐、压缩机、冷却器、汽水分离器、吸附器和换热器通过管道依次连通，所述的低温乙烯进口通过提压泵与所述的换热器的进口连通，所述的二氧化碳与所述的低温乙烯在所述的换热器中进行换热，所述的换热器的出口通过管道与所述的精馏塔的进口连通，所述的精馏塔的下端出口与用于进一步冷却液体二氧化碳的过冷器连通，所述的过冷器与二氧化碳贮槽连通。

所述的吸附器内填有π-络合吸附剂、4A分子筛。采用多种吸附剂组合方案，可以有效脱除原料气中的多种难分离杂质，所选的吸附剂价格低、寿命长、再生简单。

所述的吸附器与所述的换热器之间的管道上设置有用于吸附异味的活性炭吸附器，保证液态二氧化碳产品无异味。

所述的换热器与所述的精馏塔之间的管道上设置有气液分离器，所述的换热器的出口与所述的气液分离器的进口连通，所述的气液分离器的上端出气口与所述的精馏塔的上部进口连通，所述的气液分离器的下端出液口与所述的精馏塔的下部进口连通，通过气液分离器对吸附处理后的二氧化碳气液混合体进行汽液预分离，减少精馏塔的塔板数或填料填充量。

所述的精馏塔的塔底再沸器中使用质量百分比为30~60%的乙二醇水溶液作为加热介质，所述的精馏塔的下端出口还连通有用于冷却所述的乙二醇水溶液的乙烯冷量回收换热器，低温乙烯的冷量除用于二氧化碳提纯外，还副产一部分-10℃的乙二醇水溶液， -10℃的乙二醇溶液直接用于环氧乙烷制备装置。

所述的精馏塔采用板波纹填料。此填料对于系统物系具有较好的性能，对二氧化碳提纯具有很好的效果。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

（1）采用能量集成技术，利用低温乙烯升温汽化（通常乙烯升温汽化要消耗蒸汽）的冷量作为二氧化碳提纯的冷量，节省大量的冷量，同时升温汽化后的乙烯可直接用于环氧乙烷制备，同时利用了二氧化碳液化产生的热量，节省乙烯汽化所需热量；

（2）低温精馏塔采用-5℃乙二醇溶液作为加热介质，产生-10℃的乙二醇水溶液，低温乙烯的冷量除用于二氧化碳提纯外，还用于将一部分-5℃的乙二醇溶液冷却到-10℃，产生-10℃的乙二醇水溶液直接用于环氧乙烷生产中。

（3）通过能量合理匹配，减小换热温差，降低设备材质要求，简化流程；

（4）由于低温乙烯提供的冷量品位（-40℃）比氨制冷提供的冷量品位（-33℃）更高，高品位冷量的利用可以提高二氧化碳的回收率；

（5）采用低温乙烯升温液化提供冷量的低温精馏操作温度比用氨制冷供冷低，所以系统操作压力相对更低，从而使装置投资减少；

（6）采用吸附—低温精馏相结合的方法，可以生产出纯度达到食品添加剂液体二氧化碳国家标准（GB10621-2006）的产品。

综上所述，本实用新型利用低温乙烯升温汽化冷量生产食品级二氧化碳的系统，利用低温乙烯升温汽化的冷量作为二氧化碳提纯的冷量，副产食品级液体二氧化碳，同时升温汽化后的乙烯可直接用于环氧乙烷制备，同时还可副产-10℃的乙二醇溶液；利用了二氧化碳液化产生的热量，节省乙烯汽化所需热量。此系统实现了能量的充分、合理、集成利用，既有显著的经济效益，同时还减少了二氧化碳温室气体的排放，社会效益更加显著。

附图说明

图1为利用低温乙烯升温汽化冷量生产食品级二氧化碳的系统示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

本实用新型利用低温乙烯升温汽化冷量生产食品级二氧化碳的系统，如图1所示，包括低温乙烯进口1、二氧化碳进口2、二氧化碳缓冲罐3、压缩机4、冷却器5、汽水分离器6、用于脱水、脱乙烯及脱有机物的吸附器7、换热器8、精馏塔9、过冷器10、二氧化碳贮槽11，二氧化碳进口2、二氧化碳缓冲罐3、压缩机4、冷却器5、汽水分离器6、吸附器7和换热器8通过管道依次连通，低温乙烯进口1通过提压泵15与换热器8的进口连通，气体二氧化碳与低温乙烯在换热器8中进行换热液化为液体二氧化碳，换热器8的出口通过管道与精馏塔9的进口连通，精馏塔9的下端出口与过冷器10连通，过冷器10与二氧化碳贮槽11连通。

在此具体实施例中，吸附器7内填有π-络合吸附剂和4A分子筛，采用多种吸附剂组合方案，可以有效脱除原料气中的多种难分离杂质，而且所选吸附剂价格低、寿命长、再生简单；吸附器7与换热器8之间的管道上设置有用于吸附异味的活性炭吸附器12，保证液态二氧化碳产品无异味；换热器8与精馏塔9之间的管道上设置有气液分离器13，换热器8的出口与气液分离器13的进口连通，气液分离器13的上端出气口与精馏塔8的上部进口连通，气液分离器13的下端出液口与精馏塔9的下部进口连通；

在此具体实施例中，精馏塔9的塔底再沸器中使用乙二醇溶液（乙二醇在乙二醇水溶液中的质量百分比为30～60%）作为加热介质，精馏塔9的下端出口还连通有用于冷却乙二醇溶液的乙烯冷量回收换热器14（回收乙烯的冷量用于将-5℃的乙二醇水溶液冷却为-10℃的乙二醇水溶液），低温乙烯的冷量除用于二氧化碳提纯外，还副产一部分-10℃的乙二醇溶液， -10℃的乙二醇溶液直接用于环氧乙烷制备装置，精馏塔9采用板波纹填料。

工艺过程如下：

（1）二氧化碳压缩吸附

二氧化碳原料气先进入二氧化碳缓冲罐3，经缓冲后气体进入压缩机4，压缩机4为二级或三级压缩，把气体压力增加到2.0～2.5MPa，然后进入冷却器5冷却到40℃，经汽水分离器6分水后，气体进到进入吸附器7中脱水、乙烯及有机物，后经活性炭吸附器12脱出可能存在的异味后，送到低温精馏系统。

（2）低温精馏系统

经过吸附净化的二氧化碳气体中所含杂质为氮气、氧气、甲烷等轻组分，二氧化碳气体经换热器8部分液化（约90wt%液化，温度为-20～-40℃），然后进入气液分离器13气液分离后进入精馏塔9。二氧化碳冷凝液化冷量为低温乙烯升温部分冷量，精馏塔9塔顶分出甲烷、氧气、氮气等轻组分不凝气体，精馏塔9塔底二氧化碳纯度达到99.95%以上，经过冷器10过冷（过冷5℃）后送入液体二氧化碳贮槽11储存，得到的产品质量达到食品添加剂液体二氧化碳国家标准（GB10621-2006）的要求。

其中精馏塔9塔顶的气相馏份引到精馏塔9的塔顶冷凝器91中，用原料低温乙烯升温冷量降温至-25～-40℃，冷凝液相作为精馏塔9回流，不凝气体经节流降压后回收冷量或放空，精馏塔9的塔底再沸器92所用的热源为-5℃的乙二醇水溶液，乙二醇水溶液加热后控制排出温度为-10℃，-10℃的乙二醇水溶液作为环氧乙烷制备装置的部分冷量。

用能分析如下（以年产6万吨环氧乙烷装置为例）：

低温乙烯储存及用量条件：汽化量：5724.7kg/h，压力：0MPag，温度：-104℃

进入环氧乙烷制备的工艺参数如下：流量：5724.7kg/h，压力：2.209MPa，温度：50℃。

当压力为2.259MPa时，乙烯的汽化温度为-24.5℃。二氧化碳低温液化所需温度为-20—-35℃，精馏塔9塔顶的冷凝温度为-25—-35℃。低温乙烯首先跟二氧化碳在换热器8中进行换热使气体二氧化碳液化，然后与精馏塔9的塔顶冷凝器91换热，再与过冷器10换热，以上三个换热器的用冷负荷为245kw。经以上三次换热后，乙烯的温度上升到-40℃左右。然后此物流跟-5℃的乙二醇水溶液换热，出口物流为-10℃的乙二醇水溶液，乙烯的温度为-10℃，通过回收精馏塔9的塔底冷量和乙烯冷量，可节省二氧化碳提纯所需冷量245 kw，同时可副产-10℃的乙二醇溶液约95吨/小时（440kw），并同时节约蒸汽约2吨/小时，实现了冷量和热量的充分合理利用。

Claims (5)

1.一种利用低温乙烯升温汽化冷量生产食品级二氧化碳的系统，包括低温乙烯进口、二氧化碳进口、二氧化碳缓冲罐、压缩机、冷却器、汽水分离器、用于脱水、脱乙烯及脱有机物的吸附器、换热器、精馏塔、过冷器、二氧化碳贮槽，其特征在于：所述的二氧化碳进口、二氧化碳缓冲罐、压缩机、冷却器、汽水分离器、吸附器和换热器通过管道依次连通，所述的低温乙烯进口通过提压泵与所述的换热器的进口连通，所述的换热器的出口通过管道与所述的精馏塔的进口连通，所述的精馏塔的下端出口与用于进一步冷却液体二氧化碳的过冷器连通，所述的过冷器与二氧化碳贮槽连通。

2.根据权利要求1所述的利用低温乙烯升温汽化冷量生产食品级二氧化碳的系统，其特征在于：所述的吸附器与所述的换热器之间的管道上设置有用于吸附异味的活性炭吸附器。

3.根据权利要求1所述的利用低温乙烯升温汽化冷量生产食品级二氧化碳的系统，其特征在于：所述的换热器与所述的精馏塔之间的管道上设置有气液分离器，所述的换热器的出口与所述的气液分离器的进口连通，所述的气液分离器的上端出气口与所述的精馏塔的上部进口连通，所述的气液分离器的下端出液口与所述的精馏塔的下部进口连通。

4.根据权利要求1所述的利用低温乙烯升温汽化冷量生产食品级二氧化碳的系统，其特征在于：所述的精馏塔的塔底再沸器中使用质量百分比为30～60％的乙二醇水溶液作为加热介质，所述的精馏塔的下端出口还连通有用于冷却所述的乙二醇水溶液的乙烯冷量回收换热器。

5.根据权利要求1所述的利用低温乙烯升温汽化冷量生产食品级二氧化碳的系统，其特征在于：所述的精馏塔采用板波纹填料。 

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