CN207142838U - 一种二氧化碳纯化装置 - Google Patents

Abstract

本实用属于气体提纯技术领域。本实用公开了一种二氧化碳纯化装置，其包括储液罐、汽化器、吸附柱组、液化板换、精馏塔、冷凝器、再沸器和冷冻机组；储液罐、汽化器、吸附柱组和精馏塔依次通过气体管道连接，冷凝器位于精馏塔上方，再沸器与精馏塔相连接并位于精馏塔的下方；液化板换位于吸附柱组和精馏塔之间；冷冻机组通过制冷剂进管和制冷剂回管与冷凝器相连。本实用中采用的吸附剂/催化剂具有较高的吸附/催化效率，能够满足生产效率的要求；本实用中冷却剂能够得到充分地利用，排空气在需要时也能用于原料气的预冷，实现了资源的充分利用，能够降低能耗；经本纯化装置处理能够获得99.999%甚至99.9995%纯度的高纯二氧化碳。

Description

一种二氧化碳纯化装置

技术领域

本实用新型涉及气体提纯技术领域，尤其是涉及一种二氧化碳纯化装置。

背景技术

二氧化碳是一种无色、无味、无毒、不易燃的气体，气体密度为1.976kg/m³，液体密度929.5kg/m³，分子量44.01，临界温度31.4℃，临界压力7.28MPa，气体二氧化碳被加压或降温时可以直接被液化，二氧化碳被降压节流时可以得到固体干冰，固体干冰直接升华可生成气体二氧化碳，在压力为0.518MPa，温度在-56.6°C时，气、液、固三相共存。

虽然，二氧化碳被作为影响气候的温室气体为世人所熟知，但是二氧化碳也是一种重要的碳资源，被广泛用于化工、机械、食品、医用和农业等多个领域，也日益成为人们总是的研究课题。

为了满足上述领域对二氧化碳使用的要求，二氧化碳必须经纯化至99.99%及以上。中国专利公告号CN106430194A，授权公告日为2017年2月22日，公告了一件名为高淳二氧化碳提纯设备的发明专利，其二氧化碳提纯通道依次经过液化器、催化床、吸附床、预冷器，最后连接精馏塔，该实用新型通过对二氧化碳催化氧化吸附精馏技术提纯二氧化碳，但是其也存在较大的问题，其催化氧化过程在吸附过程之前，其会造成催化床工作压力过大，造成催化剂用量增大，也造成整体的提纯效果变差，另外先催化再吸附处理工序还有可能发生原料其中的某些杂质造成催化剂中毒等情况，使得提纯效果变差。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种提纯工序合理、提纯效率较高、成本较低，具有良好提纯效果的二氧化碳提纯装置，通过本实用新型可以制得99.999%甚至99.9995%及以上纯度的二氧化碳。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种二氧化碳纯化装置，其包括储液罐、汽化器、吸附柱组、液化板换、精馏塔、冷凝器、再沸器和冷冻机组；储液罐、汽化器、吸附柱组和精馏塔依次通过气体管道连接，冷凝器位于精馏塔上方，精馏塔的排空管穿过冷凝器，再沸器与精馏塔相连接并位于精馏塔的下方，再沸器内还设有加热器；液化板换位于吸附柱组和精馏塔之间，气体管道穿过液化板换；冷冻机组通过制冷剂进管和制冷剂回管与冷凝器相连，冷冻机组制冷剂进管和制冷剂回管之间还设有制冷剂通管，制冷剂通管穿过液化板换。

本实用新型主要采取吸附和精馏两种工艺除去二氧化碳原料气中的杂质，这些杂质包括但不限于水、含硫化合物杂质、含氮化合物杂质、烃类杂质、醇醛杂质和一些轻组分杂质等。原料气以液体的形式储存于储液罐中，纯化时，先经过气化器进行化，然后沿着气体管道进入吸附柱组中，依次经过4个吸附柱除去相应的杂质，前两个吸附柱主要是利用物理吸附方式除去杂质，在这两个吸附柱中气体被加热至100～140℃以利于吸附材料的吸附除杂，后两个吸附柱主要是利用催化的方式将相应的杂质变成易于吸附的杂质或二氧化碳，再利用催化剂的多孔分子筛载体将杂质吸附，在后两个吸附柱中气体被加热到200～260℃以适应催化剂的催化温度，同时在后两个吸附柱中需要适时适量通过氧气以满足催化的要求；经吸附处理后的气体经液化板换（温度为-22℃左右）进行热交换，完成降温后进入精馏塔中，确切的说是进入精馏塔的中部位置，精馏塔顶部的冷凝器温度设定为-24℃左右，精馏塔底部的再沸器中有加热器，加热器（加热器设定温度为-19℃左右）将气体进行加热，蒸腾向上的较热气相与精馏塔顶部的较冷液相交质，轻组分杂质被分离并通过排空管排出；经过精馏后再沸器中的液相便达到纯度要求。

作为优选，二氧化碳纯化装置还设有补偿板换，补偿板换位于液化板换与吸附柱组之间，气体导管从其中穿过，精馏塔的排空管也从其中穿过。

在补偿板换中，利用精馏塔顶部的低温排空气先对吸附净化后的气体进行热交换预冷处理，以降低夏日高温环境下冷冻机组的工作压力，也能解决夏日冷冻机制冷量不足的问题；在冷冻机制冷量能够满足的情况下无须启动，此时低温排空气直接排放。

作为优选，冷凝器中还设有冷冻机温控电偶，冷冻机组上设有冷冻机控制箱，冷冻机温控电偶和冷冻机控制箱电连接。

冷冻机温控电偶位于冷凝器中，侦测冷凝器中的温度，将侦测到温度信息反馈给冷冻机文字箱，并控制冷冻机的制冷效果。

作为优选，吸附柱组有四个吸附柱组成，分别为脱硫脱氮柱、干燥柱、脱烃柱和脱醇脱醛柱。

作为优选，脱硫脱氮柱装有由氧化铝、活性炭和氢氧化钠组成的吸附剂，干燥柱装有由活性炭和硅胶组成的干燥剂，脱烃柱装有铜银分子筛吸附剂，脱醇脱醛柱装有由沸石分子筛和五氧化二钒组成的吸附剂。

作为优选，四个吸附柱外分别设有独立的加热装置。

吸附柱组中的四个吸附柱中分别添加有相应的吸附剂以除去原料气中的杂质，其中脱硫脱氮柱与干燥柱主要是通过纯物理吸附作用原料气中的含硫杂质、含氮杂质和水，脱烃柱和脱醇脱醛柱主要是通过化学催化并物理吸附的方式除去原料气中的烷烃、烯烃、芳香烃和醇醛含羟基组分等杂质，其中脱硫脱氮柱与干燥柱在100～140℃温度范围内工作，脱烃柱和脱醇脱醛柱则在200～260℃温度范围内工作。本实用新型总体采用先吸附再催化吸附的方式除去原料气中的杂质组分，避免了现有技术中，先催化再吸附处理过程中易造成催化剂中毒，加重催化剂压力等减缓纯化效率的问题，能够较快并高效的完成吸附催化等工序，能够提到纯化速度，降低成本。

作为优选，二氧化碳纯化装置还设有电控箱，其与吸附柱外的加热装置、再沸器和冷冻机组分别电连接。

因此，本实用新型具有以下有益效果：

（1）本实用新型中采用的吸附剂/催化剂具有较高的吸附/催化效率，能够满足生产效率的要求；

（2）本实用新型中冷却剂能够得到充分地利用，排空气在需要时也能用于原料气的预冷，实现了资源的充分利用，能够大大降低能耗；

（3）本实用新型中装置顺序及处理工序设置合理，能极大的降低催化剂中毒等问题；

（4）经过本实用新型二氧化碳纯化装置处理能够获得99.999%甚至99.9995%纯度的高纯二氧化碳。

附图说明

图1为本实用新型二氧化碳纯化装置的示意图；

图中：储液罐1，汽化器2，吸附柱组3，脱硫脱氮柱31、干燥柱32、脱烃柱33和脱醇脱醛柱34，加热装置35，液化板换4，精馏塔5，冷凝器6，再沸器7，加热器71，冷冻机组8，制冷剂进管81，制冷剂回管82，制冷剂通管83，冷冻机温控电偶84，冷冻机控制箱85，气体管道9，排空管10，补偿板换11，电控箱12。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步的说明。

显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1所示，一种二氧化碳纯化装置，其包括储液罐1、汽化器2、吸附柱组3、液化板换4、精馏塔5、冷凝器6、再沸器7和冷冻机组8；储液罐、汽化器、吸附柱组和精馏塔依次通过气体管道9连接；吸附柱组有四个吸附柱组成，依次分别为脱硫脱氮柱31、干燥柱32、脱烃柱33和脱醇脱醛柱34，脱硫脱氮柱装有由氧化铝、活性炭和氢氧化钠组成的吸附剂，干燥柱装有由活性炭和硅胶组成的干燥剂，脱烃柱装有铜银分子筛吸附剂，脱醇脱醛柱装有由沸石分子筛和五氧化二钒组成的吸附剂，四个吸附柱外分别设有独立的加热装置35；冷凝器位于精馏塔上方，精馏塔的排空管10穿过冷凝器；再沸器与精馏塔相连接并位于精馏塔的下方，再沸器内还设有加热器71；液化板换位于吸附柱组和精馏塔之间，气体管道穿过液化板换；冷冻机组8通过制冷剂进管81和制冷剂回管82与冷凝器相连，冷冻机组制冷剂进管和制冷剂回管之间还设有制冷剂通管83，制冷剂通管穿过液化板换；还设有补偿板换11，补偿板换位于液化板换与吸附柱组之间，气体导管从其中穿过，精馏塔的排空管也从其中穿过；冷凝器中还设有冷冻机温控电偶84，冷冻机组上设有冷冻机控制箱85，冷冻机温控电偶和冷冻机控制箱电连接，冷冻机温控电偶探测冷凝器中的温度并回馈给冷冻机控制箱对冷冻机组进行控制；还设有电控箱12，其与吸附柱外的加热装置、再沸器和冷冻机组分别电连接，并对吸附柱外的加热装置、再沸器和冷冻机组进行控制。

上述实施例中，除特殊说明外均采用本领域常用的原料；同时上述实施例吸附柱组中各吸附柱中吸附剂的用量根据所需处理的二氧化碳的量和处理速度进行相应的选择。

经上述实施例纯化后的二氧化碳的纯度能够达到99.999%甚至99.9995%以上纯度，能够符合国标GB/T 23938-2009，并且产量也能达到50kg/h。

应当理解的是，对于本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种二氧化碳纯化装置，其特征在于：其包括储液罐、汽化器、吸附柱组、液化板换、精馏塔、冷凝器、再沸器和冷冻机组；储液罐、汽化器、吸附柱组和精馏塔依次通过气体管道连接，冷凝器位于精馏塔上方，精馏塔的排空管穿过冷凝器，再沸器与精馏塔相连接并位于精馏塔的下方，再沸器内还设有加热器；液化板换位于吸附柱组和精馏塔之间，气体管道穿过液化板换；冷冻机组通过制冷剂进管和制冷剂回管与冷凝器相连，冷冻机组制冷剂进管和制冷剂回管之间还设有制冷剂通管，制冷剂通管穿过液化板换。

2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳纯化装置，其特征在于：其还设有补偿板换，补偿板换位于液化板换与吸附柱组之间，气体导管从其中穿过，精馏塔的排空管也从其中穿过。

3.根据权利要求1所述的一种二氧化碳纯化装置，其特征在于：所述的冷凝器中还设有冷冻机温控电偶，冷冻机组上设有冷冻机控制箱，冷冻机温控电偶和冷冻机控制箱电连接。

4.根据权利要求1所述的一种二氧化碳纯化装置，其特征在于：所述的吸附柱组有四个吸附柱组成，分别为脱硫脱氮柱、干燥柱、脱烃柱和脱醇脱醛柱。

5.根据权利要求4所述的一种二氧化碳纯化装置，其特征在于：所述的四个吸附柱外分别设有独立的加热装置。

6.根据权利要求1或5所述的一种二氧化碳纯化装置，其特征在于：其还设有电控箱，其与吸附柱外的加热装置、再沸器和冷冻机组分别电连接。