CN219836339U - 气态二氧化碳加工系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及二氧化碳生产领域，公开了一种气态二氧化碳加工系统：所述系统包括第一换热器(E101)、脱烃反应器(R101)、第二换热器(E102)、第三换热器(E103)、第一分离器(F101)、脱水器I(T101)、脱水器II(T102)、再生器(T103)、第四换热器(E104)、第五换热器(E105)、第六换热器(E106)、低温精馏塔(C101)和制冷机组(PA101)。本实用新型中提供的气态二氧化碳加工系统，可以耦合来自脱烃反应器(R101)的脱烃气流的热量和来自低温精馏塔(C101)塔底采出的液态二氧化碳的冷量，能实现系统自身冷量和热量的高效利用。
Description
技术领域
本实用新型涉及二氧化碳加工系统，具体地涉及一种低能耗的气态二氧化碳加工系统。
背景技术
环氧乙烷(EO)合成反应中的副产物是二氧化碳，一般通过低温精馏制备高纯液态二氧化碳。由于低温精馏存在能耗大的问题，因而亟需提供一种低能耗的高纯气态二氧化碳的生产系统。
发明内容
本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的制备高纯二氧化碳能耗高的问题，提供一种气态二氧化碳加工系统。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种气态二氧化碳加工系统，所述系统包括第一换热器E101、脱烃反应器R101、第二换热器E102、第三换热器E103、第一分离器F101、脱水器I T101、脱水器II T102、再生器T103、第四换热器E104、第五换热器E105、第六换热器E106、低温精馏塔C101和制冷机组PA101；
其中，所述第一换热器E101依次与脱烃反应器R101和第二换热器E102相连，所述第二换热器E102依次与第一换热器E101、第三换热器E103、第一分离器F101、脱水器I T101和脱水器II T102相连；
所述脱水器II T102经第二换热器E102与再生器T103相连，所述脱水器II T102还依次与第四换热器E104、第五换热器E105、第六换热器E106和低温精馏塔C101相连；
所述低温精馏塔C101的塔顶与所述第四换热器E104相连，塔底与所述第五换热器E105相连；所述第五换热器E105依次与所述第四换热器E104和所述第三换热器E103相连；所述第六换热器E106与所述制冷机组PA101相连。
通过上述技术方案，本实用新型所能取得的有益技术效果如下：
1)本实用新型中提供的气态二氧化碳加工系统，以来自脱烃反应器R101的脱烃气流依次为第二换热器E102、第一换热器E101和第三换热器E103中的热介质，可充分利用脱烃气流中的热量，降低系统能耗；
2)本实用新型中提供的气态二氧化碳加工系统，用来自低温精馏塔C101塔顶采出的低温不凝气和塔底采出的液态二氧化碳冷却来自脱水器II T102且需进入低温精馏塔C101的脱水气流，可以充分利用低温精馏塔C101中采出的物料的冷量，尽可能减少制冷机组PA101的电耗；
3)本实用新型中提供的气态二氧化碳加工系统，通过设置第三换热器E103，可以耦合来自脱烃反应器R101的脱烃气流经过多级换热后残余的热量和来自低温精馏塔C101塔底采出的液态二氧化碳的冷量，进一步降低能耗，实现系统自身冷量和热量的高效利用；以环氧乙烷(EO)合成反应系统的副产物二氧化碳的年处理量为6万吨计，工艺稳定运行的电耗为900kw/h。
附图说明
图1是本实用新型中提供的一种气态二氧化碳加工系统的结构示意图。
附图标记说明
E101，第一换热器 E102，第二换热器 E103，第三换热器
E104，第四换热器 E105，第五换热器 E106，第六换热器
E107，第七换热器 HE101，电加热器 R101，脱烃反应器
F101，第一分离器 T101，脱水器I T102，脱水器II
T103，再生器 C101，低温精馏塔 PA101，制冷机组
V101，原料缓冲罐 Y101，压缩机 F102，第二分离器
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
本实用新型提供了一种气态二氧化碳加工系统，所述系统包括第一换热器E101、脱烃反应器R101、第二换热器E102、第三换热器E103、第一分离器F101、脱水器I T101、脱水器II T102、再生器T103、第四换热器E104、第五换热器E105、第六换热器E106、低温精馏塔C101和制冷机组PA101；
其中，所述第一换热器E101依次与脱烃反应器R101和第二换热器E102相连，所述第二换热器E102依次与第一换热器E101、第三换热器E103、第一分离器F101、脱水器I T101和脱水器II T102相连；
所述脱水器II T102经第二换热器E102与再生器T103相连，所述脱水器II T102还依次与第四换热器E104、第五换热器E105、第六换热器E106和低温精馏塔C101相连；
所述低温精馏塔C101的塔顶与所述第四换热器E104相连，塔底与所述第五换热器E105相连；所述第五换热器E105依次与所述第四换热器E104和所述第三换热器E103相连；所述第六换热器E106与所述制冷机组PA101相连，如图1所示。
其中，本实用新型中提供的气态二氧化碳加工系统，能以来自环氧乙烷(EO)合成反应系统的副产物二氧化碳为原料生产高纯度的气态二氧化碳，并优化利用整个系统中的热量和冷量，可显著降低系统运行能耗。
本实用新型中提供的气态二氧化碳加工系统，以来自脱烃反应器R101的脱烃气流依次作第二换热器E102、第一换热器E101和第三换热器E103中的热介质，脱烃气流在第二换热器E102中用于加热来自脱水器II T102且需要进入再生气T103的脱水气流(经第二换热器E102加热后的脱水气流用于再生分子筛)，在第一换热器E101中用于加热进入脱烃反应器R101的原料(包括来自环氧乙烷合成反应系统的二氧化碳和仪表空气)，在第三换热器E103中用于加热来自第五换热器E105的汽化二氧化碳。
本实用新型中提供的气态二氧化碳加工系统，用来自低温精馏塔C101塔顶采出的低温不凝气作第四换热器E104的冷介质，用来自低温精馏塔C101塔底采出的液态二氧化碳依次作第五换热器E105和第四换热器E104的冷介质，可以充分利用低温精馏塔C101中采出的物料的冷量，尽可能减少与第六换热器E106相连的制冷机组PA101的电耗。
而且，在本实用新型中，通过第三换热器E103，可以耦合来自脱烃反应器R101的脱烃气流经过多级换热后残余的热量和来自低温精馏塔C101塔底采出的液态二氧化碳的冷量，进一步降低能耗，实现系统自身冷量和热量的高效利用。
在一个优选的实施方式中，所述系统还包括电加热器HE101，所述电加热器HE101与所述脱烃反应器R101相连。
其中，在本实用新型中，电加热器HE101用于在开工时对进入脱烃反应器R101的原料进行加热。待系统稳定运行后，可关闭电加热器HE101，利用来自脱烃反应器R101的脱烃气流对原料进行加热。
在一个优选的实施方式中，所述第一换热器E101串联设置为多个，优选设置为2个。
其中，在本实用新型中，第一换热器E101可以设置一个，也可以串联设置多个。为了充分利用来自第二换热器E102的热介质对原料进行加热，可以根据实际运行情况，选择第一换热器E101的个数。
在一个优选的实施方式中，所述系统还包括原料缓冲罐V101和压缩机Y101；其中，所述原料缓冲罐V101与压缩机Y101相连，所述压缩机Y101与第一换热器E101和/或电加热器HE101相连。
其中，在本实用新型中，原料缓冲罐V101用于混合来自环氧乙烷合成反应系统的二氧化碳和仪表空气，压缩机Y101则将混合后的原料输送到第一换热器E101进行加热。
在一个优选的实施方式中，所述脱烃反应器R101为固定床反应器，用于脱除原料中的甲烷、环氧乙烷、乙烯、乙醛、乙二醇，得到脱烃气流。
其中，本实用新型中的原料来自环氧乙烷(EO)合成反应系统，以二氧化碳为主，还含有少量的氧气、甲烷、环氧乙烷、乙烯、乙醛、乙二醇等杂质。对原料进行脱烃反应，可将原料气中的环氧乙烷、甲烷、乙烯、乙醛、乙二醇等杂质氧化为CO2和H2O，从而实现除杂。
在一个优选的实施方式中，所述第一分离器F101为气液分离器，用于初步分离脱烃气流中的水，从第一分离器F101中分离出的水可直接送至污水处理系统。其中，脱烃气流中的水一部分为来自环氧乙烷合成反应系统的二氧化碳中所含有的水，另一部分为在脱烃反应器R101中生成的水。
在一个优选的实施方式中，所述脱水器I T101和脱水器II T102中设置有吸附剂，用于吸附水蒸气，得到脱水气流。
其中，在本实用新型中，吸附剂用于深度吸附来自第一分离器F101的脱烃气流中的水蒸气。在脱水器II T102中完成脱水后得到的脱水气流分为A部分和B部分，A部分脱水气流经第二换热器E102加热后进入再生器，用于再生失活吸附剂；B部分脱水气流则进入第四换热器E104，经多次降温液化后送去低温精馏塔生产液体二氧化碳。
其中，本实用新型对吸附剂不做特殊限定，吸附剂可以选自本领域常用的分子筛、硅胶、活性氧化铝中的一种或多种。
在一个优选的实施方式中，所述脱水器I T101、脱水器II T102和再生器T103结构相同，在所述脱水器I T101、脱水器II T102和再生器T103之间设置有调控装置，所述调控装置用于切换脱水器I T101、脱水器II T102和再生器T103的运行模式。
其中，在本实用新型中，脱水器I T101、脱水器II T102和再生器T103是三个完全相同的脱水器，T101、T102和T103仅做标记用，不代表三者有区别。在运行时，脱水器包括两种运行模式，脱水模式和再生模式。其中，任意两个脱水器串联运行脱水模式，剩下的脱水器则运行再生模式。当串联在前的脱水器中的吸附剂失活后，可通过调控装置，将串联在前的脱水器的运行模式切换为再生模式，将运行再生模式的脱水器切换为脱水模式，并串联连接在已经在脱水模式下运行的脱水器的后面。本实用新型中的调控装置为公知的常规设置，本实用新型不再进行赘述。
在一个优选的实施方式中，来自第一分离器F101的初步脱水后的脱烃气流自上而下进入脱水器I T101和脱水器II T102，A部分脱水气流自下而上进入再生器。
在一个优选的实施方式中，所述第四换热器E104为三介质换热器，包括一个热介质进口、一个热介质出口、一个第一冷介质入口、一个第一冷介质出口、一个第二冷介质入口、一个第二冷介质出口；其中，第一冷介质入口与低温精馏塔C101塔顶相连，第二冷介质入口与第五换热器E105相连。
其中，在本实用新型中，第四换热器E104的冷介质包括低温精馏塔塔C101顶采出的低温不凝气和来自第五换热器E105的冷介质，第五换热器E105的冷介质为低温精馏塔塔底采出的液态二氧化碳。
在一个优选的实施方式中，所述系统还包括第七换热器E107和第二分离器F102，其中，所述再生器T103依次与第七换热器E107和第二分离器F102相连，所述第七换热器E107与第四换热器E104的第一冷介质出口相连。
其中，在本实用新型中，进入再生器T103的高温脱烃气流与再生器中的失活吸附剂接触后，可使失活吸附剂中吸附的水分蒸发，实现失活吸附剂的再生。蒸发出的水蒸气则与脱烃气流一起离开再生器，得到含水气流。利用来自第四换热器E104第一冷介质出口的冷量在第七换热器E107中对含水气流进行降温，并将降温后的含水气流引入第二分离器F102中进行脱水，脱除的水可送至污水处理系统，脱水后的再生气流则可返回原料缓冲罐V101循环利用。离开第七换热器E107的不凝气主要为氮气和少量氧气和二氧化碳，可直接放空。
在一个优选的实施方式中，所述系统还包括第一水冷器和/或第二水冷器。其中，所述第一水冷器设置在第三换热器E103和第一换热器E101之间，所述第二水冷器设置在再生器T103和第七换热器E107之间。
其中，在本实用新型中，根据实际工况，如果第三换热器E103不能为第一分离器F101提供足够的冷量，可在第三换热器E103和第一换热器E101之间增设一台第一水冷器；如果第七换热器E107不能为第二分离器F102提供足够的冷量，可在再生器T103和第七换热器E107之间增设一台第二水冷器。
在一个优选的实施方式中，所述制冷机组PA101用于为所述第六换热器E106提供冷介质。
其中，在本实用新型中，在开工阶段，系统运行所述冷量来自制冷机组PA101。待工艺运行稳定后，来自脱水器T102的部分脱水气流依次进入第四换热器E104、第五换热器E105和第六换热器E106，在第四换热器E104、第五换热器E105和第六换热器E106中进行降温，以实现完全液化，之后进入低温精馏塔塔C101进行低温精馏。
其中，与直接利用制冷机组PA101提供的冷量低温液化进入低温精馏塔的脱水气流相比，本实用新型中先利用来自脱水器的大部分脱水气流在第四换热器E104和第五换热器E105中与来自低温精馏塔C101的液态二氧化碳和低温不凝气进行换热后再进入第六换热器E106，可以大幅度减少制冷机组PA101的能量消耗，降低系统运行成本。
在一个优选的实施方式中，所述加工系统还包括EC反应器，其中，所述EC反应器与所述第三换热器相连。
其中，在实用新型中，EC反应器为碳酸乙烯酯反应器。来自低温精馏塔C101的高纯液态二氧化碳，经第五换热器E105、第四换热器E104和第三换热器E103换热后，转化为气态高纯二氧化碳，可先存储在气态二氧化碳缓冲罐中，之后再利用二氧化碳压缩机直接输送到EC反应器R102中进行反应。
以下将通过实施例对本实用新型进行详细描述。其中，催化剂为钯-氧化铝催化剂，购买自华烁科技股份有限公司，产品型号为THC-2；
分子筛为3A型，孔径为3-3.3A，硅铝比为2：1，球形，堆积密度≥0.7克/毫升，磨损率≤0.2％，抗压强度≥100N，静态水吸附≥21％，购买自广东鑫陶科技有限公司。
脱水器IT101、脱水器IIT102和再生器T103结构相同，运行模式可以通过调控装置进行切换。
实施例1
将来自环氧乙烷(EO)合成反应系统的副产物二氧化碳仪表空气按照20:1的体积比混合后储存在原料缓冲罐V101中，原料缓冲罐V101中的原料经压缩机Y101压缩至150℃，2.5MPa后进入第一换热器E101，之后以300℃的温度进入脱烃反应器R101，在脱烃反应器R101中与催化剂接触，在350-450℃，2.5MPa，催化剂体积空速为1000h-1的条件下发生脱烃反应，得到温度为400℃的脱烃气流；
脱烃气流依次进入第二换热器E102、第一换热器E101和第三换热器E103，分别换热至300℃、150℃和40℃，然后进入第一分离器F101进行气液分离，分离出的水送至污水处理系统，分离后的气体部分自上而下依次进入串联且运行脱水模式的脱水器IT101和脱水器IIT102，与分子筛接触，在10-40℃，2.4MPa，分子筛体积空速为300h-1的条件下进行吸附脱水，得到脱水气流和失活分子筛；
将脱水气流分为A部分和B部分，A部分占脱水气流总体积的10％，A部分脱水气流进入第二换热器E102加热至320-350℃，然后自下而上进入再生器T103，在300-320℃，0.3MPa下进行再生，得到再生吸附剂和含水气流；
B部分脱水气流依次进入第四换热器E104、第五换热器E105和第六换热器E106，分别换热至0℃、-20℃和-35℃，完成降温液化，得到液态二氧化碳；得到的液态二氧化碳进入低温精馏塔中进行低温精馏，从塔底采出-22℃的液态二氧化碳，从塔顶采出-30℃的塔顶不凝气；
其中，塔顶不凝气从第一冷介质入口进入第四换热器E104，离开第四换热器E104后进入第七换热器E107与含水气流进行换热，换热后的含水气流以20℃的温度进入第二分离器F102进行气液分离，分离出的水送去污水处理系统，剩余部分返回原料缓冲罐V101；
液态二氧化碳先进入第五换热器E105部分汽化，之后从第二冷介质入口进入第四换热器E104，转化为汽化二氧化碳；汽化二氧化碳进入第三换热器E103，在第三换热器E103中换热后转化为气态二氧化碳，得到气态二氧化碳；其中，气态二氧化碳的纯度≥99.995％，烃和水的总含量≤10ppm；将得到的气态二氧化碳送至EC反应器进行反应。
以环氧乙烷(EO)合成反应系统的副产物二氧化碳的年处理量为6万吨计，工艺稳定运行的电耗为900kw/h。
以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种气态二氧化碳加工系统，其特征在于，所述系统包括第一换热器(E101)、脱烃反应器(R101)、第二换热器(E102)、第三换热器(E103)、第一分离器(F101)、脱水器I(T101)、脱水器II(T102)、再生器(T103)、第四换热器(E104)、第五换热器(E105)、第六换热器(E106)、低温精馏塔(C101)和制冷机组(PA101)；
其中，所述第一换热器(E101)依次与脱烃反应器(R101)和第二换热器(E102)相连，所述第二换热器(E102)依次与第一换热器(E101)、第三换热器(E103)、第一分离器(F101)、脱水器I(T101)和脱水器II(T102)相连；
所述脱水器II(T102)经第二换热器(E102)与再生器(T103)相连，所述脱水器II(T102)还依次与第四换热器(E104)、第五换热器(E105)、第六换热器(E106)和低温精馏塔(C101)相连；
所述低温精馏塔(C101)的塔顶与第四换热器(E104)相连，塔底与第五换热器(E105)相连；所述第五换热器(E105)依次与第四换热器(E104)和第三换热器(E103)相连；所述第六换热器(E106)与所述制冷机组(PA101)相连。
2.根据权利要求1所述的加工系统，其特征在于，所述系统还包括电加热器(HE101)；其中，所述电加热器(HE101)与所述脱烃反应器(R101)相连。
3.根据权利要求1所述的加工系统，其特征在于，所述第一换热器(E101)串联设置为多个。
4.根据权利要求1所述的加工系统，其特征在于，所述系统还包括原料缓冲罐(V101)和压缩机(Y101)；其中，所述原料缓冲罐(V101)与压缩机(Y101)相连，所述压缩机(Y101)与第一换热器(E101)和/或电加热器(HE101)相连。
5.根据权利要求1所述的加工系统，其特征在于，所述脱烃反应器(R101)为固定床反应器，用于脱除原料中的甲烷、环氧乙烷、乙烯、乙醛、乙二醇，得到脱烃气流。
6.根据权利要求5所述的加工系统，其特征在于，所述第一分离器(F101)为气液分离器，用于初步分离所述脱烃气流中的水。
7.根据权利要求1所述的加工系统，其特征在于，所述脱水器I(T101)和脱水器II(T102)中设置有吸附剂，用于吸附水蒸气，得到脱水气流。
8.根据权利要求1所述的加工系统，其特征在于，所述脱水器I(T101)、脱水器II(T102)和再生器(T103)结构相同，在所述脱水器I(T101)、脱水器II(T102)和再生器(T103)之间设置有调控装置，所述调控装置用于切换脱水器I(T101)、脱水器II(T102)和再生器(T103)的运行模式。
9.根据权利要求1所述的加工系统，其特征在于，所述第四换热器(E104)为三介质换热器，包括一个热介质进口、一个热介质出口、一个第一冷介质入口、一个第一冷介质出口、一个第二冷介质入口、一个第二冷介质出口；其中，所述第一冷介质入口与低温精馏塔(C101)的塔顶相连，所述第二冷介质入口与第五换热器(E105)相连。
10.根据权利要求9所述的加工系统，其特征在于，所述系统还包括第二分离器(F102)和第七换热器(E107)，其中，所述再生器(T103)依次与第七换热器(E107)和第二分离器(F102)相连，所述第七换热器(E107)与第四换热器(E104)的第一冷介质出口相连。
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