CN102442667A - 二氧化碳气体捕捉和精制装置 - Google Patents

Abstract

本发明所述的二氧化碳气体捕捉和精制装置，是由鼓风机、压缩机、富集***、脱硫***、脱烃***、净化***、制冷***、精馏***以及产品***组成。富集***的前端连接鼓风机，后端连接脱硫***，脱硫***后端连接脱烃***、脱烃***后端连接净化***、净化***后端连接制冷***、制冷***后端连接精馏***，精馏***后端连接产品***。包含二氧化碳的原料气体通过鼓风机引入富集***再经压缩机增压后进入脱硫器和脱烃器进行脱硫和脱烃，净化后的二氧化碳再进入制冷***，液化后进入精馏***，送到食品级二氧化碳贮罐中贮存。液态二氧化碳产品可以通过装车或装瓶出售，也可以进一步通过干冰机生产出固态干冰。

Description

二氧化碳气体捕捉和精制装置

技术领域

本发明所述的二氧化碳气体捕捉和精制装置涉及化工生产设备，具体地说是一种食品级液体二氧化碳和干冰的生产制造设备。

背景技术

目前二氧化碳是一种非常宝贵的碳资源，可以被广泛用于多种领域。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、医药卫生等行业都需要二氧化碳。而我国二氧化碳的气体来源又非常丰富：有机化工厂的制氢、乙二醇生产，无机化工厂的变换气、合成氨生产，粮食发酵造酒，钙、镁等矿石分解，硼矿粉碳解，油田伴生气，燃烧煤或重油的烟道气等等都含有一定量的二氧化碳。这些原料气中的二氧化碳含量不同，从10％-90％，其中所含成分也不同，含有多种杂质。新的食品级二氧化碳国家标准10621-2006对22个指标有严格要求。原有的生产制造二氧化碳方法比较简单，大部分只是针对其中某一种杂质组分进行剔除，生产出的产品含杂质比较多，不是特别纯净，特别是用于食品行业的二氧化碳产品，要求比较严格，生产制造比较困难。针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的二氧化碳气体捕捉和精制装置，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。

发明内容

鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是研究设计一种新型的二氧化碳气体捕捉和精制装置，从而解决原有的生产制造二氧化碳方法比较简单，大部分只是针对其中某一种杂质组分进行剔除，生产出的产品含杂质比较多，不是特别纯净，特别是用于食品行业的二氧化碳产品，要求比较严格，生产制造比较困难等问题。

本发明所述的二氧化碳气体捕捉和精制装置，是由鼓风机、压缩机、富集***、脱硫***、脱烃***、净化***、制冷***、精馏***以及产品***所组成。所述的富集***的前端连接鼓风机，富集***后端连接脱硫***，脱硫***后端连接脱烃***、脱烃***后端连接净化***、净化***后端连接制冷***、制冷***后端连接精馏***，精馏***后端连接产品***。所述的富集***包括水洗塔、水槽、水泵、贫液泵、富液泵、吸收塔、分离器、再生塔、分液器、热源。由鼓风机送来的原料气体进入水洗塔，水洗塔下面设有水槽，水槽连接水泵，水泵将水槽里的水送入水洗塔，水洗塔上端出口连接到吸收塔的下部，吸收塔上端出口连接到分离器，分离器的出口连接到吸收塔的上部，吸收塔的底部出口经富液泵连接到再生塔的上部，再生塔顶部出口连接到分液器，分液器的底部出口与再生塔底部出口相连接并通过贫液泵与分离器的底部出口连接后再连接到吸收塔上部，分液器的顶部出口连接到压缩机的入口。热源是为再生塔加热。所述的脱硫***包括第一分水器、第一脱硫器、第二脱硫器。压缩机的出口连接到第一分水器，第一分水器顶部出口连接到第一脱硫器和第二脱硫器入口，第一脱硫器和第二脱硫器出口连接在一起输出。所述的脱烃***包括换热器、加热器、脱烃器。由脱硫***进来的气体进入换热器的顶部，换热器的底部连接到加热器的下部，加热器的上部出口连接到脱烃器顶部入口，脱烃器底部出口连接到换热器上部入口，换热器下部出口输出。所述的净化***包括冷却器、第二分水器、第一净化器、第二净化器。由脱烃***进来的气体经冷却器后进入第二分水器，第二分水器顶部出口连接到第一净化器和第二净化器顶部入口，第一净化器和第二净化器底部出口连接在一起输出。所述的制冷***包括冷凝器、制冷机。由净化***进来的气体经冷凝器冷凝液化后输出，制冷机给冷凝器提供制冷。所述的精馏***包括精馏塔。所述的产品***包括液体产品储罐和相连接的固体干冰机。

本发明所述的吸收塔和再生塔里所用吸收液为显碱性的吸收剂，如碳酸钾或复合胺。

本发明所述的脱硫***中第一脱硫器和第二脱硫器的连接方式为串并联连接，第一脱硫器和第二脱硫器入口相连接、出口相连接，并且出口和入口之间也连接在一起。脱硫装置首次运行时，可先开第一脱硫器，待第一脱硫器出口硫含量接近指标时与第二脱硫器串联，第二脱硫器出口硫含量接近指标前，应预留一定时间停第一脱硫器更换脱硫剂，更换后第一脱硫器作为新第二脱硫器，第二脱硫器作为新第一脱硫器，循环使用，既可保证脱硫产品气的质量，又可保证脱硫剂的硫容，脱硫剂更换可在不停车的条件下进行，从而保障***稳定连续运行。这种方式既保证了脱硫精度，又保证连续生产，可以根据具体情况灵活多变。

本发明所述的干冰机经管道连接到压缩机的入口处。把将要排放到空气中的二氧化碳回收回来，送到压缩机进一步处理，提高了二氧化碳的回收率。

本发明所述的第一净化器与第二净化器材质为碳钢加不锈钢衬里。

本发明所述的设备入口和出口均装有阀门。

本发明所述的脱烃***中脱烃器和换热器、加热器的连接方式，脱烃反应在300～350℃进行，电加热器在开始时启动，该反应为放热反应，如果原料气中烃类较多，反应放热即可保障催化脱烃装置正常运行，无需启动电加热器，脱烃***无电耗，能耗低，经催化脱烃***净化，原料气中CH₄、乙烷、丙烷、苯等全部转化为CO₂和H₂O，在达到净化目标同时，新生成的CO₂及精馏提纯放空量的降低，不仅大幅提高产品纯度，还能增加液体CO₂的产量，同时减轻后续工段的处理负荷。

本发明所述的二氧化碳气体捕捉和精制装置工作过程如下：原料气通过鼓风机引入水洗塔除尘冷却，进一步进入吸收塔，其中一部分二氧化碳被溶剂吸收，氮气等尾气由塔顶排入大气，吸收二氧化碳后的富液由塔底经泵送入再生塔，通过加热从富液中解吸出二氧化碳，不含二氧化碳的贫液由再生塔底流出，用泵送入吸收塔，二氧化碳气体经过冷却以后，分离除去液体，此时二氧化碳的含量约为90％，送入压缩机增压到2.2～3.2Mpa。增压后的二氧化碳气体分水后进入脱硫器，通过吸附催化氧化的方法脱硫，使原料气中的总硫小于0.1ppm，二氧化硫小于1.0ppm。脱硫后的气体进入换热器与脱烃后的气体换热，再经过加热器加热到300℃后进入脱烃器进行脱烃反应，甲烷、乙烷、乙烯、苯等烃类物质以及氢气通过氧化燃烧全部转化为二氧化碳和水，净化后的二氧化碳与脱硫后的原料气换热，然后通过水冷器冷却分水后进入净化器，进一步脱除水等杂质，再进入冷凝器利用制冷机产生的冷量降温至-10℃～-20℃液化，液化后进入精馏塔中，塔顶分离出氧气、氮气等不凝性气体，塔底二氧化碳纯度达到99.99％以上，达到国家食品级标准，经过节流降压到2.2Mpa，送到食品级二氧化碳贮罐中贮存，液态二氧化碳产品可以通过装车或装瓶出售，也可以进一步通过干冰机生产出固态干冰，生产干冰时产生的气态二氧化碳通过管线连接到压缩机前混入原料气中回收利用。

本装置的优点是针对二氧化碳不同原料来源，进行多种***流程组合，生产出液态和固态食品级二氧化碳产品，灵活多变、生产效率高、产品质量高。

本装置前部分捕集二氧化碳采用化学方法，使用显碱性的溶液，如碳酸钾、乙醇胺等物质先吸收后遇热释放，提高了原料气中的二氧化碳浓度，简单实用。脱硫部分采用双脱硫器串/并联操作，脱硫装置首次运行时，可先开第一脱硫器，待第一脱硫器出口硫含量接近指标时与第二脱硫器串联，第二脱硫器出口硫含量接近指标前，应预留一定时间停止第一脱硫器，更换脱硫剂，更换后第一脱硫器作为新第二脱硫器，第二脱硫器作为新第一脱硫器，循环使用，既可保证脱硫产品气的质量，又可保证脱硫剂的硫容，脱硫剂更换可在不停车的条件下进行，从而保障***稳定连续运行；脱烃反应在300～350℃进行，电加热器在开始时启动，该反应为放热反应，如果原料气中烃类较多，反应放热即可保障催化脱烃装置正常运行，无需启动电加热器，脱烃***无电耗，能耗低，经催化脱烃***净化，原料气中甲烷、乙烷、乙烯、苯，氢气等全部转化为二氧化碳和水，在达到净化目标的同时，新生成二氧化碳及精馏提纯放空量的降低，不仅大幅提高产品纯度，还能增加液体二氧化碳的产量，同时减轻后续工段的处理负荷。生产干冰时，产生的气态二氧化碳返回到压缩机前，大大提高了干冰的生产效率。

本发明针对二氧化碳不同原料来源，以及液态和固态二氧化碳产品的高纯度，提供一整套二氧化碳捕捉精制技术，将各种不同工业废气中的二氧化碳回收再利用。根据原料气中杂质组分及含量的不同，以及产品要求的不同，将本***中的组成部分进行调整，针对不同气源组合不同的***，生产合格产品。本发明具有多种***流程组合、灵活多变、技术先进、能耗低、生产效率高、覆盖多种气体来源，产品质量高等特点。

附图说明

本发明共有一幅附图，

图1是二氧化碳气体捕捉和精制装置结构示意图。

图中：1、鼓风机 2、水洗塔 3、水槽 4、水泵 5、贫液泵 6、富液泵 7、吸收塔 8、分离器 9、再生塔 10、分液器 11、热源 12、压缩机13、第一分水器 14、第一脱硫器 15、第二脱硫器 16、换热器 17、加热器 18、脱烃器 19、冷却器 20、第二分水器 21、第一净化器 22、第二净化器 23、冷凝器 24、制冷机 25、精馏塔 26、储罐 27、固体干冰机。

具体实施方式

本发明的具体实施例如附图所示，二氧化碳气体捕捉和精制装置是由鼓风机1、压缩机12、富集***、脱硫***、脱烃***、净化***、制冷***、精馏***以及产品***所组成。所述的富集***的前端连接鼓风机1，富集***后端连接脱硫***，脱硫***后端连接脱烃***、脱烃***后端连接净化***、净化***后端连接制冷***、制冷***后端连接精馏***，精馏***后端连接产品***。所述的富集***包括水洗塔2、水槽3、水泵4、贫液泵5、富液泵6、吸收塔7、分离器8、再生塔9、分液器10、热源11。由鼓风机1送来的原料气体进入水洗塔2，水洗塔2下面设有水槽3，水槽3连接水泵4，水泵4将水槽3里的水送入水洗塔2，水洗塔2上端出口连接到吸收塔7的下部，吸收塔7上端出口连接到分离器8，分离器8的出口连接到吸收塔7的上部，吸收塔7的底部出口经富液泵6连接到再生塔9的上部，再生塔9顶部出口连接到分液器10，分液器10的底部出口与再生塔9底部出口相连接并通过贫液泵5与分离器8的底部出口连接后再连接到吸收塔7上部，分液器10的顶部出口连接到压缩机12的入口。热源11是为再生塔9加热。所述的脱硫***包括第一分水器13、第一脱硫器14、第二脱硫器15；压缩机12的出口连接到第一分水器13，第一分水器13顶部出口连接到第一脱硫器14和第二脱硫器15入口，第一脱硫器14和第二脱硫器15出口连接在一起输出。所述的脱烃***包括换热器16、加热器17、脱烃器18。由脱硫***进来的气体进入换热器16的顶部，换热器16的底部连接到加热器17的下部，加热器17的上部出口连接到脱烃器18顶部入口，脱烃器18底部出口连接到换热器16上部入口，换热器16下部出口输出。所述的净化***包括冷却器19、第二分水器20、第一净化器21、第二净化器22。由脱烃***进来的气体经冷却器19后进入第二分水器20，第二分水器20顶部出口连接到第一净化器21和第二净化器22顶部入口，第一净化器21和第二净化器22底部出口连接在一起输出；所述的制冷***包括冷凝器23、制冷机24。由净化***进来的气体经冷凝器23冷凝液化后输出，制冷机24给冷凝器23提供制冷。所述的精馏***包括精馏塔25；所述的产品***包括液体产品储罐26和相连接的固体干冰机27。

本发明所述的吸收塔7和再生塔9里所用吸收液为显碱性的吸收剂，如碳酸钾或复合胺。

本发明所述的脱硫***中第一脱硫器14和第二脱硫器15的连接方式为串并联连接，第一脱硫器14和第二脱硫器15入口相连接、出口相连接，并且出口和入口之间也连接在一起。

本发明所述的干冰机(27)经管道连接到压缩机(12)的入口处。

本发明所述的第一净化器(21)与第二净化器(22)材质为碳钢加不锈钢衬里。

本发明所述的设备入口和出口均装有阀门。

Claims (6)

1.一种二氧化碳气体捕捉和精制装置，是由鼓风机(1)、压缩机(12)、富集***、脱硫***、脱烃***、净化***、制冷***、精馏***以及产品***所组成；其特征在于所述的富集***的前端连接鼓风机(1)，富集***后端连接脱硫***，脱硫***后端连接脱烃***、脱烃***后端连接净化***、净化***后端连接制冷***、制冷***后端连接精馏***，精馏***后端连接产品***；所述的富集***包括水洗塔(2)、水槽(3)、水泵(4)、贫液泵(5)、富液泵(6)、吸收塔(7)、分离器(8)、再生塔(9)、分液器(10)、热源(11)；由鼓风机(1)送来的原料气体进入水洗塔(2)，水洗塔(2)下面设有水槽(3)，水槽(3)连接水泵(4)，水泵(4)将水槽(3)里的水送入水洗塔(2)，水洗塔(2)上端出口连接到吸收塔(7)的下部，吸收塔(7)上端出口连接到分离器(8)，分离器(8)的出口连接到吸收塔(7)的上部，吸收塔(7)的底部出口经富液泵(6)连接到再生塔(9)的上部，再生塔(9)顶部出口连接到分液器(10)，分液器(10)的底部出口与再生塔(9)底部出口相连接并通过贫液泵(5)与分离器(8)的底部出口连接后再连接到吸收塔(7)上部，分液器(10)的顶部出口连接到压缩机(12)的入口；热源(11)是为再生塔(9)加热；所述的脱硫***包括第一分水器(13)、第一脱硫器(14)、第二脱硫器(15)；压缩机(12)的出口连接到第一分水器(13)，第一分水器(13)顶部出口连接到第一脱硫器(14)和第二脱硫器(15)入口，第一脱硫器(14)和第二脱硫器(15)出口连接在一起输出；所述的脱烃***包括换热器(16)、加热器(17)、脱烃器(18)；由脱硫***进来的气体进入换热器(16)的顶部，换热器(16)的底部连接到加热器(17)的下部，加热器(17)的上部出口连接到脱烃器(18)顶部入口，脱烃器(18)底部出口连接到换热器(16)上部入口，换热器(16)下部出口输出；所述的净化***包括冷却器(19)、第二分水器(20)、第一净化器(21)、第二净化器(22)；由脱烃***进来的气体经冷却器(19)后进入第二分水器(20)，第二分水器(20)顶部出口连接到第一净化器(21)和第二净化器(22)顶部入口，第一净化器(21)和第二净化器(22)底部出口连接在一起输出；所述的制冷***包括冷凝器(23)、制冷机(24)；由净化***进来的气体经冷凝器(23)冷凝液化后输出，制冷机(24)给冷凝器(23)提供制冷；所述的精馏***包括精馏塔(25)；所述的产品***包括液体产品储罐(26)和相连接的固体干冰机(27)。

2.根据权利要求1所述的二氧化碳气体捕捉和精制装置，其特征在于所述的吸收塔(7)和再生塔(9)里所用吸收液为显碱性的吸收剂，如碳酸钾或复合胺。

3.根据权利要求1所述的二氧化碳气体捕捉和精制装置，其特征在于所述的脱硫***中第一脱硫器(14)和第二脱硫器(15)的连接方式为串并联连接，第一脱硫器(14)和第二脱硫器(15)入口相连接、出口相连接，并且出口和入口之间也连接在一起。

4.根据权利要求1所述的二氧化碳气体捕捉和精制装置，其特征在于所述的干冰机(27)经管道连接到压缩机(12)的入口处。

5.根据权利要求1所述的二氧化碳气体捕捉和精制装置，其特征在于所述的第一净化器(21)与第二净化器(22)材质为碳钢加不锈钢衬里。

6.根据权利要求1所述的二氧化碳气体捕捉和精制装置，其特征在于所述的设备入口和出口均装有阀门。

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