CN2606739Y - 吸附精馏提纯二氧化碳装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用吸附精馏方法回收提纯二氧化碳气体的装置。它是由缓冲罐1，压缩机2，冷却器3，稳压罐4，干燥床5，吸附床6，预冷器7，冷冻系统8，液化器9，进料罐10，精馏塔11，再沸器12，冷凝器13，回流罐14，回流泵15，产品罐16和管道17组成。含有气体杂质的二氧化碳气，在加压条件下经过干燥床5脱除水和油脂，经过吸附床6脱除硫化物、有机氧化物、氮氧化物、轻烃和苯系物，在液化器9中被冷冻系统8的冷剂液化，进入精馏塔11中脱除氢气、甲烷、一氧化碳、氮气、氧气，精馏塔11底部引出液体二氧化碳，纯度为99.99％以上，达到国家食品添加剂级标准。
Description
技术领域
本实用新型涉及到一种用吸附精馏方法回收提纯二氧化碳气体的装置。
背景技术
目前二氧化碳废气对大气的污染越来越严重，各种工业过程过量无限制地排放二氧化碳，会使大气层形成可怕的温室效应，对人类的生存环境会带来灾难性影响。另一方面，二氧化碳又是非常宝贵的碳资源，可以被用于化工、机械、食品、农业等多种领域，用途非常广泛。所以如何回收提纯再利用各种工业废气中的二氧化碳，已经成为人们越来越重视的课题。
现在回收工业废气中二氧化碳的技术有热钾碱、苯菲尔法、乙醇胺等化学吸收方法，碳酸丙烯脂、聚乙二醇二甲醚、甲醇等物理吸收方法，这些方法主要用于回收气源中30％以下低浓度的二氧化碳，回收后的二氧化碳浓度可以达到98％以上；西南化工研究院公开了发明专利CN88105938，介绍一种变压吸附法回收二氧化碳技术，可以从合成氨尾气中脱除二氧化碳，但二氧化碳的浓度不能一次达到食品级；日本日曹、昭和公司开发了催化燃烧法脱除二氧化碳中少量轻烃技术，但不能使轻烃降到ppm级，还不能脱除不燃烧的无机物杂质，且能耗太高，难以推广。
在我国进入世界贸易组织后，国家主管部门把美国可口可乐公司的二氧化碳标准引入，作为我国食品添加剂级二氧化碳标准，其中要求除了二氧化碳纯度要达到99.95％以上外，还要求另外22种不同杂质都不要超过各自的标准。这样以来，国内原来生产食品级二氧化碳的企业都面临着严峻考验，由于此前国内没有这方面的成熟技术，所以这些企业都处于难以生存的境地。
实用新型内容
本实用新型的技术方案是这样来实现的(见附图1)：
吸附精馏提纯二氧化碳装置是由缓冲罐1，压缩机2，冷却器3，稳压罐4，干燥床5，吸附床6，预冷器7，冷冻系统8，液化器9，进料罐10，精馏塔11，再沸器12，冷凝器13，回流罐14，回流泵15，产品罐16和管道17组成；各部件的连接关系是：缓冲罐1的上端出口由管道与气体压缩机2的进口相连，压缩机的出口用管道与冷却器3连接，冷却器出口与稳压罐4相连，稳压罐再连接干燥床5到吸附床6，吸附床经预冷器7连接到带有冷冻系统8的液化器9上，而预冷器7的下部出口用管道17又与前面的冷却器3相连；液化器9的出口连接到进料罐10的进口，进料罐10的下端出口由管道连接到精馏塔11的中部进料口，精馏塔的上端气体出口与冷凝器13进口相连，冷凝器的上端出口连接到预冷器7的上部进口，而冷凝器13的下端出口与回流罐14相连，回流罐出口经回流泵15连接到精馏塔11的上部回流进口；精馏塔11的下端产品出口由管道分别与再沸器12的进口和产品罐16进口相连接，而再沸器的出口又与精馏塔11下部进口相连，从而构成吸附精馏提纯二氧化碳装置。
缓冲罐1和稳压罐4均制成圆桶状，上下为椭圆形封头，上部封头开有出气口，下部封头开有排水口，气体进口在圆桶外侧上部的三分之一处，从切线方向进入。
压缩机2是活塞式电机驱动，活塞环和缸套与气体接触的部位由不锈钢制成，无油润滑，压缩机出口压力在2.0-4.5Mpa。
干燥床5是由两个同样大小体积的耐压金属圆桶组成一套，每个圆桶上部有法兰19，封头20，并有进出气口，底部的封头也开有进出气口，圆桶内依次装有氧化铝25，活性碳24，硅胶23和分子筛22干燥剂；每种填料之间用筛板隔离，填料种类和数量根据要提纯的气体中杂质成份和含量增减，两个圆桶的进出气口都由管道与四个手动阀门26分两组并联，阀门控制两个圆桶干燥床之间的切换，两个阀门中间管道上开有进排气口21。
吸附床6由两个同样大小体积的圆桶组成一套，每个圆桶底部有封头并开有进出气口，上部有法兰19，封头20，并有进出气口，圆桶内依次装有固体颗粒状硫化物吸附剂31，氮氧化物吸附剂30，磷化物吸附剂29，氨类吸附剂28或烯烃吸附剂35，烷烃吸附剂34，芳烃吸附剂33以及重组分杂质吸附剂32，每种吸附剂之间用筛板隔离；吸阳剂种类和数量根据提纯气体杂质成份和含量增减；两个圆桶的进出气口都由管道与四个手动阀门26分两组并联，用阀门控制两个圆桶吸附床之间的切换，两个阀门的中间管道上开有进排气口21；根据二氧化碳气源中的杂质含量不同，可设置2-6套不同规格的吸附床6，内装不同型号的吸附剂填料。
冷冻系统是由制冷机8，冷凝器43，贮氨器44，压力调节阀45，氨分器48和管道组成，制冷机是活塞式或螺杆式，制冷剂是液氨或氟里昂。
精馏塔11是填料塔，内装波纹板或丝网状高效规整填料，精馏塔顶的冷凝器13的冷量由冷冻系统的液体冷剂经降压后提供，精馏塔底再沸器12所用热量由制冷机出口氨气提供。
干燥床和吸附床的上部均有法兰连接，便于装填干燥剂或吸附剂。
附图说明
图1为吸附精馏提纯二氧化碳装置示意图；
图2为干燥床5结构示意图，它是由一套两个同样体积内装填料并用筛板隔离的耐压金属圆桶18，法兰19，封头20，管道21，上下部气体进出口27和两个四联阀门组8个阀门26组成。耐压金属圆桶内分别装有强烈吸水性的氧化铝25，活性炭24，硅胶23和分子筛干燥剂22。
图3为吸附床6结构示意图，它与干燥床5结构相同，也是由耐压金属圆桶18，法兰19，封头20，管道21，气体进出口27和两个四联阀门组8个阀门26组成。耐压金属圆桶内分别装有固体颗粒状硫化物吸附剂31，氮氧化物吸附剂30，磷化物吸附剂29和氨类吸附剂28。
图4为另一套吸附床结构示意图，其结构与图3相同，区别仅在于耐压金属圆桶内分别装有银、铜分子筛固体颗粒状烯烃吸附剂35，烷烃吸附剂34，芳烃吸附剂33，重组分杂质吸附剂32。
图5为干燥床或吸附床再生示意图，其中电加热器36，再生气体进口37，再生气体出口38，电加热管39，外桶40，再生气体管道41。
本实用新型的技术原理：吸附精馏提纯二氧化碳装置是将含有气体杂质的二氧化碳气，首先进入缓冲罐1，稳压分水后进入气体压缩机2中加压到2.5Mpa以上，经过冷却器3降温，在稳压罐4中分出冷凝水，经过干燥床5脱除气态水和油脂，经过吸附床6脱除硫化物、有机氧化物、氮氧化物、轻烃和苯系物，在液化器9中被冷冻系统8的冷剂液化，经过进料罐10进入精馏塔11中脱除氢气、甲烷、一氧化碳、氮气、氧气，精馏塔11底部引出液体二氧化碳，纯度为99.99％以上，可以达到国家食品添加剂级标准。
二氧化碳的临界温度是31.4℃，临界压力是7.38Mpa，常压沸点是-78.4℃。在二氧化碳中所含沸点高的重组分杂质，都可以用不同的吸附剂逐一吸附除去。干燥床内装有强烈吸水性的干燥剂，可以把气体里的饱和水含量降到ppm级，干燥床内的活性类可以把油脂、醇、醛等大分子有机氧化物吸附除尽。
在干燥床再生或吸附床再生的附图5中，其再生过程以第一个干燥床为例：再生气体通过管道41和阀门26进入加热器36中，升温到200℃以上，通过干燥床上的阀门，反向进入干燥床对干燥剂进行再生，然后经阀门排出，经管道排空；当再生一定时间后，温度降到常温，再关闭阀门，使没经过加热的再生气进入干燥床进行降温，降到常温后关闭阀门，干燥床再生完毕以备再用。两个干燥床如此轮换操作，可以保证生产过程连续进行。吸附床系统的再生操作过程与此相同。
吸附精馏提纯二氧化碳装置系统中的一大特征是由进料罐10、精馏塔11、产品罐16顶部排出的轻组分气体，经过预冷器7、冷却器3，再经加热器加热，都可作为干燥床5和吸附床6的再生气带出杂质气体后排空，省去再额外引入再生气设备。
冷冻系统由附图6所示，它是由制冷机8，冷凝器43，贮氨器44，压力调节阀45，氨分器48组成。制冷剂由制冷机8压缩到1.5Mpa，在冷凝器43中用冷却水冷凝液化，贮存在贮氨器44中，液氨通过压力调节阀45降压到0.2Mpa，同时降温到-15℃以下，进入液化器9中，把加压到3.0Mpa以上的二氧化碳气体液化。冷剂本身被汽化，在氨分器48中分出液体后，气态冷剂重新返回到制冷机8中，经过压缩后重新循环使用。塔顶冷凝器13同样使用降压到0.2Mpa，降温到-15℃以下的液氨、把U型管内3.0Mpa的二氧化碳气体液化，冷剂本身被汽化，返回制冷机8中经压缩后重新使用。
制冷机是活塞式或螺杆式。
具体实施方式
实施例
2001年在鞍山建造一套吸附精馏法提纯二氧化碳装置，具体设备尺寸为：压缩机2排气量400Nm3/h，压力3.0Mpa；冷却器3为列管式，面积5m2；稳压罐4尺寸φ600×1200；干燥床5尺寸φ400×2500，每个床内装氧化铝100kg，3A分子筛60kg，活性炭32kg；吸附床6尺寸φ400×2500，每个床内装醇醛吸附剂56kg，含银分子筛乙烯吸附剂60kg，一氧化碳吸附剂35kg，硫化物和氮氧化物吸附剂47kg，预冷器7为列管式，面积5m2；冷冻系统8冷冻机制冷量162kw；液化器9为U形管浮头式，面积28.6m2；进料罐10尺寸为φ600×1200；精馏塔11尺寸为φ350×5750；再沸器12为U形管浮头式，面积28.2m2；冷凝器13为U形管浮头式，面积34.6m2；回流罐14尺寸为φ1000×2000；回流泵15流量1.5m3/h，扬程50m；产器罐16体积50m3。
整套装置在3.0Mpa压力下操作，干燥床5和吸附床6在常温下吸附，250℃以下精馏尾气解吸；精馏塔11进料温度-10℃，塔顶-14.7℃，塔底-6℃；
原料气中二氧化碳含量92.1％，水6.73％，氢气0.012％，甲烷536ppm，乙烯1680ppm，氧气80ppm，一氧化碳264ppm，甲醇57ppm，乙醛43ppm，氨26ppm，硫化物29ppm，氮氧化物113ppm。
经过净化后二氧化碳纯度99.99％，水3ppm，氢气、甲烷、一氧化碳、氧气轻组分含量小于1.0ppm，乙烯、甲醇、乙醛、硫化物、氮氧化物、氨气被吸附组分含量小于1.0ppm，完全符合国家最新食品添加剂级二氧化碳标准。
Claims (8)
1、一种由压缩机、干燥器、吸附器、冷冻系统、精馏塔、泵、阀门和管道组成的提纯二氧化碳的装置，其特征在于吸附精馏提纯二氧化碳装置是由缓冲罐1，压缩机2，冷却器3，稳压罐4，干燥床5，吸附床6，预冷器7，冷冻系统8，液化器9，进料罐10，精馏塔11，再沸器12，冷凝器13，回流罐14，回流泵15，产品罐16和管道17组成；各部件的连接关系是：缓冲罐1的上端出口由管道与气体压缩机2的进口相连，压缩机的出口用管道与冷却器3连接，冷却器出口与稳压罐4相连，再连接干燥床5到吸附床6，吸附床经预冷器7连接到带有冷冻系统8的液化器9上，而预冷器7的下部出口用管道17又与冷却器3相连；液化器9的出口连接到进料罐10的进口，进料罐10的下端出口由管道连接到精馏塔11的中部进料口，精馏塔的上端气体出口与冷凝器13进口相连，冷凝器的上端出口连接到预冷器7的上部进口，而冷凝器13的下端出口与回流罐14相连，回流罐出口经回流泵15连接到精馏塔11的上部回流进口，精馏塔11的下端产品出口由管道分别与再沸器12的进口和产品罐16进口相连接，而再沸器的出口又与精馏塔11下部进口相连，从而构成吸附精馏提纯二氧化碳装置。
2、按照权利要求1所述的吸附精馏提纯二氧化碳装置，其特征在于缓冲罐1和稳压罐4均制成圆桶状，上下有椭圆形封头，上部封头开有出气口，下部封头开有排水口，气体进口在圆桶外侧上部的三分之一处，从切线方向进入。
3、按照权利要求1所述的吸附精馏提纯二氧化碳装置，其特征在于压缩机2是活塞式电机驱动，活塞环和缸套与气体接触的部位由不锈钢制成。
4、按照权利要求1所述的吸附精馏提纯二氧化碳装置，其特征在于干燥床5是由两个同样大小体积的圆桶组成一套，每个圆桶上部有法兰19，封头20，并有进出气口，底部的封头也开有进出气口，圆桶内依次装有氧化铝25，活性碳24，硅胶23和分子筛22干燥剂；每种填料之间用筛板隔离，两个圆桶的进出气口都由管道与四个手动阀门26分两组并联，两个阀门中间管道上开有进排气口21。
5、按照权利要求1所述的吸附精馏提纯二氧化碳装置，其特征在于吸附床6由两个同样大小体积的圆桶组成一套，每个圆桶底部有封头并开有进出气口，上部有法兰19，封头20，并有进出气口，圆桶内依次装有固体颗粒状硫化物吸附剂31，氮氧化物吸附剂30，磷化物吸附剂29，氨类吸附剂28或烯烃吸附剂35，烷烃吸附剂34，芳烃吸附剂33以及重组分杂质吸附剂32，每种吸附剂之间用筛板隔离；两个圆桶的进出气口都由管道与四个手动阀门26分两组并联，两个阀门的中间管道上开有进排气口21；根据二氧化碳气源中的杂质含量不同，设置2-6套不同规格的吸附床6，内装不同型号的吸附剂填料。
6、按照权利要求1所述的吸附精馏提纯二氧化碳装置，其特征在于冷冻系统是由制冷机8，冷凝器43，贮氨器44，压力调节阀45，氨分器48和管道组成，制冷机是活塞式或螺杆式，制冷剂是液氨或氟里昂。
7、按照权利要求1所述的吸附精馏提纯二氧化碳装置，其特征在于精馏塔11是填料塔，内装波纹板或丝网状高效规整填料，填料段之间有液体分布器；精馏塔底再沸器12所用热量由制冷机出口氨气提供，精馏塔顶冷凝器13的冷量由冷冻系统8的液体冷剂经降压后提供。
8、按照权利要求1所述的吸附精馏提纯二氧化碳装置，其特征在于本装置系统中的特点之一是由进料罐10、精馏塔11、产品罐16顶部排出的轻组分气体，经过预冷器7、冷却器3，再经加热器加热，都可作为干燥床5和吸附床6的再生气带出杂质气体后排空，省去再额外引入再生气设备。
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