CN104567273A - 气体二氧化碳的膨胀液化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气体二氧化碳的液化，具体公开一种气体二氧化碳的膨胀液化方法，包括下列步骤：(a)将含有或不含有气体杂质的二氧化碳气体的压力通过增压机增压；(b)将增压后的二氧化碳气体的温度通过换热器冷却；(c)将冷却后的二氧化碳气体通过膨胀机膨胀，其中的绝大部分二氧化碳气体被液化，变成液体二氧化碳和含有或不含有气体杂质的未被液化的气体二氧化碳的气液混合物。用该方法来替代现有的用低温液氨使气体二氧化碳液化，避免了氨泄露到大气中对生命和财产以及周围环境构成很大的危害。

Description

气体二氧化碳的膨胀液化方法

技术领域

本发明一般地涉及气体二氧化碳的液化，具体公开一种气体二氧化碳的膨胀液化方法。

背景技术

图2示出一种食品级液体二氧化碳产品的生产方法的流程图，包括下述步骤：

(1)第一压缩工序30

将来自界区外压力约为0.02MPa、温度为30～40℃的含有微量机械水、甲烷、乙烯、苯杂质的二氧化碳含量约为99.2％的二氧化碳原料气体经水洗后，与经受孔板流量计1控制的调节阀2调解进入的化学反应稍微过量的氧气混合，一起进入预冷器10预冷，经过第一水分离器20除去机械水后进入第一压缩工序30，经一段压缩31升压至0.1～0.35MPa和二段压缩32升压至0.8～1.2MPa，从二段压缩32出来的含有微量甲烷、乙烯、苯杂质的二氧化碳气体和稍微过量的氧气的温度为125～135℃，然后送到脱烃工序50。

(2)脱烃工序50

来自第一压缩工序30的含有微量甲烷、乙烯、苯杂质的二氧化碳气体和稍微过量的氧气首先进入脱烃预热器51预热到215～225℃，然后经过脱烃加热器52加热到480～520℃，最后进入脱烃反应器53。在脱烃反应器53内含有微量甲烷、乙烯、苯杂质的二氧化碳气体中的甲烷、乙烯与稍微过量的氧气在高温高压和活性组分为铂和钯、载体为氧化铝的催化剂的作用下发生化学反应，生成二氧化碳和水。当脱烃预热器51为列管式换热器时，从脱烃反应器53出来的高温气体返回脱烃预热器51的壳程，与管程的来自第一压缩工序30的含有微量甲烷、乙烯、苯杂质的二氧化碳气体和稍微过量的氧气换热后，经过水冷却器60降温和第二水分离器70分离机械水，进入净化工序80。通过脱烃工序50，来自第一压缩工序30的含有微量甲烷、乙烯、苯杂质的二氧化碳气体和稍微过量的氧气中的绝大部分甲烷、乙烯转化成了二氧化碳和水，因此，进入净化工序80的二氧化碳气体中含有没有进行化学反应的极微量甲烷、乙烯和苯，以及微量氧气和新生成的但第二水分离器70不能分离的微量水蒸气。脱烃加热器52可为电加热器。脱烃反应器53可具有一般催化反应器的结构。

(3)净化工序80

采用变温吸附工艺，多台净化器切换工作，当某一台或数台净化器81处于吸附状态时，另一台或数台净化器82处于再生状态，其余的一台或数台净化器83则处于备用状态，常温吸附杂质、高温脱附杂质，由装填在净化器内的氧化铝和硅胶吸附剂对来自第二水分离器70的含有极微量甲烷、乙烯和苯以及微量氧气和水蒸气杂质的二氧化碳气体中的微量水蒸气和极微量苯杂质选择性吸附，对来自第二水分离器70的含有极微量甲烷、乙烯和苯以及微量氧气和水蒸气杂质的二氧化碳气体进行净化。

①吸附

来自第二水分离器70的含有极微量甲烷、乙烯和苯以及微量氧气和水蒸气杂质的二氧化碳气体从通常称为吸附塔的净化器81底部进入吸附塔，从吸附塔的顶部排出。在吸附塔中，吸附剂对微量水蒸气和极微量苯进行有效吸附，使吸附塔出口端的气体中的水和苯指标达到相应设计指标或规定标准，然后送到第二压缩工序40，吸附剂吸附至一定时间后，预计吸附剂接近饱和时停止吸附。

②逆向放压

吸附步骤结束后，将吸附塔内的含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的二氧化碳气体逆着吸附方向限流卸压排出净化器81外，结束后吸附塔内的压力接近常压。

③加热脱附杂质

见下述的对(6)蒸馏提纯工序100的描述，从下部换热器1019壳程出来的气体混合物经调节阀1014节流膨胀后再次降压至0.05MPa，温度为-18℃，与从球罐112排出的压力为1.7MPa温度为-24℃的闪蒸气汇合在一起后形成的汇合气流进入电加热器85被加热升温至180～235℃，进入正处于加热脱附杂质步骤的净化器81即吸附塔内，逆着吸附的方向冲洗吸附剂，使吸附剂吸附的杂质被加热解吸，吸附剂得到充分再生，然后作为废气排放。

④冷却吸附剂

加热脱附杂质步骤结束后，净化器81中的吸附剂吸附的水和苯杂质几乎得到完全解吸，此时，不给电加热器85通电，使没经电加热的汇合气流进入净化器81，将净化器81内的吸附剂冷却降温至≤25℃。

⑤净化器充压

利用来自己从再生状态切换为吸附状态的通常称为吸附塔的净化器82的一部分经过净化处理后的含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的二氧化碳气体对净化器81充压至吸附压力0.8～1.2MPa，准备进入下一次吸附。

(4)第二压缩工序40

来自净化工序80的经过净化处理后的含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的二氧化碳气体进入第二压缩工序40，经三段压缩41升压至2.3-2.8MPa，经冷却后温度为28～32℃，送到液化工序90和蒸馏提纯工序100。

(5)液化工序90

来自第二压缩工序40的温度为28～32℃含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的二氧化碳气体的一部分经孔板流量计1015进入蒸馏提纯工序100的蒸馏提纯塔101的通常称为塔釜盘管的再沸器1011的入口，充分提供产品液体二氧化碳蒸馏提纯所需的热源，从通常称为塔釜盘管的再沸器1011的出口排出，与来自第二压缩工序40的温度为28～32℃含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的二氧化碳气体的另一部分，在该另一部分从受孔板流量计1015控制的调节阀1016流出后，该两部分汇合在一起，进入液化工序90的第一蒸发冷凝器91进行液化。液化工序90的第一蒸发冷凝器91的冷源为液氨，在第一蒸发冷凝器91中，含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的二氧化碳气体充分与液氨进行热量交换，第一蒸发冷凝器91中的液氨液位通过调节阀进行精确控制，使大部分的二氧化碳气体被充分液化，成为-23～-24℃液体二氧化碳，然后送入蒸馏提纯工序100。

(6)蒸馏提纯工序100

来自液化工序90的第一蒸发冷凝器91的含有未冷凝二氧化碳气体和极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的液化后的二氧化碳通过喷头1021雾状喷淋经下部波纹板规整填料1017落入蒸馏提纯工序100的蒸馏提纯塔101的塔釜进行蒸馏提纯，极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质和未冷凝二氧化碳气体从液化后的二氧化碳中蒸馏出来，称为闪蒸气，在塔釜下部得到温度为-21～-23℃的产品液体二氧化碳。闪蒸气从塔釜上升，首先经过下部波纹板规整填料1017，在此与通过喷头1021喷淋的低温雾状液体二氧化碳充分接触，闪蒸气中部分未冷凝二氧化碳气体被冷凝落入蒸馏提纯塔101塔釜内；闪蒸气继续上升，经过上部波纹板规整填料1018，在此与从下部换热器1019和上部换热器1020的管程下落的低温雾状液体二氧化碳充分接触，闪蒸气中又有部分未冷凝二氧化碳气体被冷凝经下部波纹板规整填料1017落入蒸馏提纯塔101塔釜内；闪蒸气继续上升，进入下部换热器1019的管程，从蒸馏提纯工序100的蒸馏提纯塔101顶部排出的由极少量未冷凝二氧化碳气体和极微量甲烷和乙烯以及微量氧气构成的气体混合物，经调节阀1013节流膨胀后温度降低，进入蒸馏提纯塔101上部的下部换热器1019壳程，在下部换热器1019内，进入管程的闪蒸气与经调节阀1013节流膨胀后温度降低进入壳程的低温气体混合物进行热交换，闪蒸气中又有部分未冷凝二氧化碳气体被冷凝经上部波纹板规整填料1018和下部波纹板规整填料1017落入蒸馏提纯塔101塔釜内；闪蒸气继续上升，进入上部换热器1020的管程，外部低温液氨进入蒸馏提纯塔101上部的上部换热器1020壳程，在上部换热器1020内，进入管程的闪蒸气与进入壳程的低温液氨进行热交换，闪蒸气中又有部分未冷凝二氧化碳气体被冷凝经下部换热器1019的管程、上部波纹板规整填料1018和下部波纹板规整填料1017落入蒸馏提纯塔101塔釜内；最后，闪蒸气成为上述的从蒸馏提纯工序100的蒸馏提纯塔101顶部排出的由极少量未冷凝二氧化碳气体和极微量甲烷和乙烯以及微量氧气构成的气体混合物。

(7)过冷工序110

来自蒸馏提纯工序100的蒸馏提纯塔101塔釜内的经蒸馏提纯的产品液体二氧化碳送至过冷工序110的第二蒸发冷凝器111，过冷工序110的第二蒸发冷凝器111的冷源为液氨，在第二蒸发冷凝器111中，产品液体二氧化碳的温度进-步降低，被进一步降低温度的产品液体二氧化碳经程控阀送到产品液体二氧化碳贮罐112存储。

图2所示的食品级液体二氧化碳产品的生产方法，液化工序90的第一蒸发冷凝器91的冷源为液氨，氨具有刺鼻的气味、可燃烧、容易***，泄露到大气中对生命和财产以及周围环境构成很大的危害。

发明内容

本发明要提供气体二氧化碳的膨胀液化方法。

本发明的气体二氧化碳的膨胀液化方法，包括下列步骤：

(a)将含有或不含有气体杂质的二氧化碳气体的压力通过增压机增压至7.50～8.50MPa；

(b)将压力为7.50～8.50MPa的含有或不含有气体杂质的二氧化碳气体的温度通过换热器冷却至10℃～20℃；

(c)将压力为7.50～8.50MPa温度为10℃～20℃的含有或不含有气体杂质的二氧化碳气体通过膨胀机膨胀至压力为2.3～2.7MPa，温度为-10～-14℃，其中的绝大部分二氧化碳气体被液化，变成液体二氧化碳和含有或不含有气体杂质的未被液化的气体二氧化碳的气液混合物。

本发明的气体二氧化碳的膨胀液化方法，用气体二氧化碳膨胀液化来替代现有的用低温液氨使气体二氧化碳液化，避免了氨泄露到大气中对生命和财产以及周围环境构成很大的危害。

优选地，增压机由膨胀机驱动。

这样，含有或不含有气体杂质的二氧化碳气体的能量得到充分利用。

优选地，在步骤(a)中，通过增压机增压至8.00MPa，在步骤(b)中，通过换热器冷却至15℃，在步骤(c)中，通过膨胀机膨胀至压力为2.5MPa，温度为-12℃。

在一具体实施方式中，步骤(a)中的二氧化碳气体为含有气体杂质的原料气，在步骤(a)之前，包括下列顺次步骤：

(1)第一压缩工序

将含有气体杂质的二氧化碳原料气体和化学反应稍微过量的氧气经过水分离器除去机械水后进入第一压缩工序，经一段压缩升压至0.1～0.35MPa和二段压缩升压至0.8～1.2MPa，然后送到(2)脱烃工序；

(2)脱烃工序

来自(1)第一压缩工序的含有气体杂质的二氧化碳气体和化学反应稍微过量的氧气进入(2)脱烃工序，脱除含有气体杂质的二氧化碳气体中的甲烷和乙烯，然后送到(3)净化工序；

(3)净化工序

采用变温吸附工艺，多台净化器切换工作，当某一台或数台净化器处于吸附状态时，其余的净化器则处于再生状态，常温吸附杂质、高温脱附杂质，由装填在净化工序的净化器内的吸附剂对来自(2)脱烃工序的含有气体杂质的二氧化碳气体中的微量水蒸气和极微量苯杂质进行选择性吸附，对来自脱烃工序的含有气体杂质的二氧化碳气体进行净化，得到含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的二氧化碳气体，然后送到(4)第二压缩工序；

(4)第二压缩工序

来自(3)净化工序的含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的二氧化碳气体进入(4)第二压缩工序，经(4)第二压缩工序的三段压缩升压至5.8～6.2MPa，经水冷器冷却至20～24℃，然后分为两部分，一部分送到步骤(a)中的增压机的进口，另一部分送到蒸馏提纯工序(5)；

其中，在步骤(c)之后，包括下列步骤：

(5)蒸馏提纯工序

来自(4)第二压缩工序的压力为5.8～6.2MPa温度为20～24℃的含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的二氧化碳气体进入(5)蒸馏提纯工序的蒸馏提纯塔塔釜的再沸器的入口，充分提供产品液体二氧化碳蒸馏提纯所需的热源，与提纯塔塔釜内的液体二氧化碳换热后温度降至-15℃～-11℃，压力为2.1～2.5MPa，从再沸器的出口排出；

来自步骤(c)的压力为2.3～2.7MPa温度为-14～-10℃的液体二氧化碳和含有气体杂质的未被液化的气体二氧化碳的气液混合物，经液化气液分离器分离后，含有ppm级的甲烷和乙烯以及ppb级的氧气杂质和微量未被液化的气体二氧化碳的液体二氧化碳作为分离后液体被送至(5)蒸馏提纯工序的蒸馏提纯塔的中部，通过喷头雾状喷淋经下部波纹板规整填料落入蒸馏提纯塔的塔釜进行蒸馏提纯，分离后液体中的ppm级的甲烷和乙烯以及ppb级的氧气杂质和微量未被液化的气体二氧化碳从分离后液体内蒸馏出，成为闪蒸气，蒸馏提纯塔塔釜内的液体二氧化碳成为高纯度液体二氧化碳产品，极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质和少量未被液化的气体二氧化碳作为分离后气体与从再沸器的出口排出的含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的二氧化碳气体构成第二汇合气流；

在(5)蒸馏提纯工序中，闪蒸气从蒸馏提纯塔塔釜上升，依次通过下部波纹板规整填料、上部波纹板规整填料、下部换热器的管程和上部换热器的管程，闪蒸气中未被液化的气体二氧化碳被不断液化，落到蒸馏提纯塔塔釜内，最后从蒸馏提纯塔塔顶排出，成为由未冷凝二氧化碳气体、甲烷、乙烯和氧气杂质构成的气体混合物，然后，经第一调节阀节流膨胀后温度降低，进入下部换热器的壳程，从下部换热器的壳程出来的气体混合物经第二调节阀节流膨胀降压，与从产品液体二氧化碳贮罐顶部排出的闪蒸气汇合在一起后构成第一汇合气流；

步骤(b)中的换热器包括液化水冷却器、第一液化换热器和第二液化换热器，从步骤(a)的增压机排出的压力为7.50～8.50MPa的含有气体杂质的二氧化碳气体经水冷却器冷却后，先进入第一液化换热器与第一汇合气流换热，从第一液化换热器排出，再进入第二液化换热器与第二汇合气流换热；从第一液化换热器排出的第一汇合气流进入(3)净化工序的电加热器，经电加热器加热或不加热，作为加热脱附杂质的气体或作为冷却吸附剂的气体；从第二液化换热器排出的第二汇合气流进入(4)第二压缩工序的三段压缩的进口。

这样，第一汇合气流和第二汇合气流的冷量得到充分利用，节省了能量。

附图说明

图1是本发明的气体二氧化碳的膨胀液化方法的流程图；

图2是现有的食品级液体二氧化碳产品的生产方法的流程图；

具体实施方式

下面参照附图对本发明的气体二氧化碳的膨胀液化方法的具体实施方式进行详细描述，本发明的气体二氧化碳的膨胀液化方法的特征和优点将变得更加明显。

参见图1，本发明的气体二氧化碳的膨胀液化方法，包括下述步骤：

(1)第一压缩工序30

将来自界区外压力约为0.02MPa、温度为30～40℃的含有微量机械水、甲烷、乙烯、苯杂质的二氧化碳含量约为99.2％的二氧化碳原料气体经水洗后，与经受孔板流量计1控制的调节阀2调解进入的化学反应稍微过量的氧气混合，一起进入预冷器10预冷，经过第一水分离器20除去机械水后进入第一压缩工序30，经一段压缩31升压至0.1～0.35MPa和二段压缩32升压至0.8～1.2MPa，从二段压缩32出来的含有微量甲烷、乙烯、苯杂质的二氧化碳气体和稍微过量的氧气的温度为125～135℃，然后送到脱烃工序50。

(2)脱烃工序50

来自第一压缩工序30的含有微量甲烷、乙烯、苯杂质的二氧化碳气体和稍微过量的氧气首先进入脱烃预热器51预热到215～225℃，然后经过脱烃加热器52加热到480～520℃，最后进入脱烃反应器53。在脱烃反应器53内含有微量甲烷、乙烯、苯杂质的二氧化碳气体中的甲烷、乙烯与稍微过量的氧气在高温高压和活性组分为铂和钯、载体为氧化铝的催化剂的作用下发生化学反应，生成二氧化碳和水。当脱烃预热器51为列管式换热器时，从脱烃反应器53出来的高温气体返回脱烃预热器51的壳程，与管程的来自第一压缩工序30的含有微量甲烷、乙烯、苯杂质的二氧化碳气体和稍微过量的氧气换热后，经过水冷却器60降温和第二水分离器70分离机械水，进入净化工序80。通过脱烃工序50，来自第一压缩工序30的含有微量甲烷、乙烯、苯杂质的二氧化碳气体和稍微过量的氧气中的绝大部分甲烷、乙烯转化成了二氧化碳和水，因此，进入净化工序80的二氧化碳气体中含有没有进行化学反应的极微量甲烷、乙烯和苯，以及微量氧气和新生成的但第二水分离器70不能分离的微量水蒸气。脱烃加热器52可为电加热器。脱烃反应器53可具有一般催化反应器的结构。

(3)净化工序80

采用变温吸附工艺，多台净化器切换工作，当某一台或数台净化器81处于吸附状态时，另一台或数台净化器82处于再生状态，其余的一台或数台净化器83则处于备用状态，常温吸附杂质、高温脱附杂质，由装填在净化器内的氧化铝和硅胶吸附剂对来自第二水分离器70的含有极微量甲烷、乙烯和苯以及微量氧气和水蒸气杂质的二氧化碳气体中的微量水蒸气和极微量苯杂质选择性吸附，对来自第二水分离器70的含有极微量甲烷、乙烯和苯以及微量氧气和水蒸气杂质的二氧化碳气体进行净化。

①吸附

来自第二水分离器70的含有极微量甲烷、乙烯和苯以及微量氧气和水蒸气杂质的二氧化碳气体从通常称为吸附塔的净化器81底部进入吸附塔，从吸附塔的顶部排出。在吸附塔中，吸附剂对微量水蒸气和极微量苯进行有效吸附，使吸附塔出口端的气体中的水和苯指标达到相应设计指标或规定标准，得到含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的二氧化碳气体，然后送到第二压缩工序40，吸附剂吸附至一定时间后，预计吸附剂接近饱和时停止吸附。

②逆向放压

吸附步骤结束后，将吸附塔内的含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的二氧化碳气体逆着吸附方向限流卸压排出净化器81外，结束后吸附塔内的压力接近常压。

③加热脱附杂质

见对(5)液化工序200和(6)蒸馏提纯工序100的描述，从第一液化换热器203排出的第一汇合气流，温度为10℃左右，进入(3)净化工序80的电加热器85，被加热升温至180～235℃，进入正处于④加热脱附杂质步骤的净化器81即吸附塔内，逆着吸附的方向冲洗吸附剂，使吸附剂吸附的杂质被加热解吸，吸附剂得到充分再生，然后作为废气排放。

④冷却吸附剂

加热脱附杂质步骤结束后，净化器81中的吸附剂吸附的水和苯杂质几乎得到完全解吸，此时，给电加热器85断电，使从第一液化换热器203排出的温度为10℃左右的第一汇合气流进入(3)净化工序80的电加热器85但不被加热，然后进入净化器81，将净化器81内的吸附剂冷却降温至≤25℃。

⑤净化器充压

利用来自己从再生状态切换为吸附状态的通常称为吸附塔的净化器82的一部分经过净化处理后的含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的二氧化碳气体对净化器81充压至吸附压力0.8～1.2MPa，准备进入下一次吸附。

(4)第二压缩工序40

来自(3)净化工序80的经过净化处理后的含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的二氧化碳气体进入(4)第二压缩工序40，经三段压缩41升压至5.8-6.2MPa，经水冷器43冷却后温度为20～24℃，优选冷却后温度为22℃，然后分为两部分，一部分送到液化工序200，另一部分送到蒸馏提纯工序100。

(5)液化工序200

来自(4)第二压缩工序40的经三段压缩41升压至5.8-6.2MPa再经水冷器43冷却后温度为20～24℃的含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的二氧化碳气体，经过增压机201增压至7.05～8.50MPa，优选增压至8.00MPa，温度为104℃，经过液化水冷却器202冷却后，温度降至32℃，先进入第一液化换热器203，与上述的第一汇合气流换热，从第一液化换热器203排出，然后进入第二液化换热器204，与由从再沸器1011的出口排出的含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的二氧化碳气体和从下述的液化气液分离器206排出的压力降至2.3～2.7MPa，优选降至2.5MPa左右，温度降至-10～-14℃，优选降至-12℃的分离气体构成的第二汇合气流换热，温度降至10℃～20℃，优选降至15℃，从第二液化换热器204排出，经膨胀机205膨胀后，含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的二氧化碳气体的压力降至2.3～2.7MPa，优选降至2.5MPa左右，温度降至-10～-14℃，优选降至-12℃，其中的绝大部分二氧化碳气体被液化，变成含有ppm级的甲烷和乙烯以及ppb级的氧气杂质和微量未被液化的气体二氧化碳的液体二氧化碳和含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的未被液化的气体二氧化碳的气液混合物，经液化气液分离器206分离后，其中含有ppm级的甲烷和乙烯以及ppb级的氧气杂质和微量未被液化的气体二氧化碳的液体二氧化碳作为分离后液体被送至(6)蒸馏提纯工序100的蒸馏提纯塔101的中部，通过喷头1021雾状喷淋经下部波纹板规整填料1017落入蒸馏提纯工序100的蒸馏提纯塔101的塔釜进行蒸馏提纯，极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质和少量未被液化的气体二氧化碳作为分离后气体与从再沸器1011的出口排出的含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的二氧化碳气体构成上述的第二汇合气流。从第二液化换热器204排出的第二汇合气流，温度为10℃左右，进入(4)第二压缩工序40的三段压缩41的进口。从第一液化换热器203排出的第一汇合气流，温度为25℃左右，进入(3)净化工序80的电加热器85。

增压机201由膨胀机205驱动，使经(4)第二压缩工序40的三段压缩41升压至5.8-6.2MPa的含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的二氧化碳气体的能量得到充分利用。

(6)蒸馏提纯工序100

来自(4)第二压缩工序40的经三段压缩41升压至5.8-6.2Mpa，再经水冷器43冷却后温度为20～24℃的含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的二氧化碳气体进入(6)蒸馏提纯工序100的蒸馏提纯塔101的通常称为塔釜盘管的再沸器1011的入口，充分提供产品液体二氧化碳蒸馏提纯所需的热源，与提纯塔101塔釜内的液体二氧化碳换热后温度降至-15℃～-11℃，优选降至-13℃，压力为2.1～2.5MPa，优选为2.3MPa，从通常称为塔釜盘管的再沸器1011的出口排出；来自(5)液化工序200的液化气液分离器206的分离后液体被送至(6)蒸馏提纯工序100的蒸馏提纯塔101的中部，通过喷头1021雾状喷淋经下部波纹板规整填料1017落入蒸馏提纯工序100的蒸馏提纯塔101的塔釜进行蒸馏提纯，ppm级的甲烷和乙烯以及ppb级的氧气杂质和微量未被液化的气体二氧化碳从液化后的二氧化碳中蒸馏出来，称为闪蒸气，在塔釜下部得到温度为-21～-23℃的产品液体二氧化碳。闪蒸气从塔釜上升，首先经过下部波纹板规整填料1017，在此与通过喷头1021喷淋的低温雾状液体二氧化碳充分接触，闪蒸气中部分未冷凝二氧化碳气体被冷凝落入蒸馏提纯塔101塔釜内；闪蒸气继续上升，经过上部波纹板规整填料1018，在此与从下部换热器1019和上部换热器1020的管程下落的低温雾状液体二氧化碳充分接触，闪蒸气中又有部分未冷凝二氧化碳气体被冷凝经下部波纹板规整填料1017落入蒸馏提纯塔101塔釜内；闪蒸气继续上升，进入下部换热器1019的管程，从蒸馏提纯工序100的蒸馏提纯塔101顶部排出的由极微量未冷凝二氧化碳气体和ppm级的甲烷和乙烯以及ppb级的氧气杂质构成的气体混合物，经调节阀1013节流膨胀后温度降低，进入蒸馏提纯塔101上部的下部换热器1019壳程，在下部换热器1019内，进入管程的闪蒸气与经调节阀1013节流膨胀后温度降低进入壳程的低温气体混合物进行热交换，闪蒸气中又有部分未冷凝二氧化碳气体被冷凝经上部波纹板规整填料1018和下部波纹板规整填料1017落入蒸馏提纯塔101塔釜内；闪蒸气继续上升，进入上部换热器1020的管程，外部低温液体二氧化碳进入蒸馏提纯塔101上部的上部换热器1020壳程，在上部换热器1020内，进入管程的闪蒸气与进入壳程的低温液体二氧化碳进行热交换，闪蒸气中又有部分未冷凝二氧化碳气体被冷凝经下部换热器1019的管程、上部波纹板规整填料1018和下部波纹板规整填料1017落入蒸馏提纯塔101塔釜内；最后，闪蒸气成为上述的从蒸馏提纯工序100的蒸馏提纯塔101顶部排出的由极微量未冷凝二氧化碳气体和ppm级的甲烷和乙烯以及ppb级的氧气杂质构成的气体混合物。从下部换热器1019壳程出来的气体混合物经调节阀1014节流膨胀后再次降压至0.05MPa，温度为-18℃，与从产品液体二氧化碳贮罐112顶部排出的压力为1.7MPa温度为-24℃的闪蒸气汇合在一起后形成上述的第一汇合气流。

蒸馏提纯塔101塔釜内的产品液体二氧化碳经程控阀送到产品液体二氧化碳贮罐112存储。

根据本发明的实施方式已对本发明进行了说明性而非限制性的描述，但应理解，在不脱离由权利要求所限定的相关保护范围的情况下，本领域的技术人员可以做出变更和/或修改。

Claims (4)

1.一种气体二氧化碳的膨胀液化方法，包括下列顺次步骤：

(a)将含有或不含有气体杂质的二氧化碳气体的压力通过增压机增压至7.50～8.50MPa；

(b)将压力为7.50～8.50MPa的含有或不含有气体杂质的二氧化碳气体的温度通过换热器冷却至10℃～20℃；

(c)将压力为7.50～8.50MPa温度为10℃～20℃的含有或不含有气体杂质的二氧化碳气体通过膨胀机膨胀至压力为2.3～2.7MPa，温度为-14～-10℃，其中的绝大部分二氧化碳气体被液化，变成液体二氧化碳和含有或不含有气体杂质的未被液化的气体二氧化碳的气液混合物。

2.按照权利要求1所述的气体二氧化碳的膨胀液化方法，其中，增压机由膨胀机驱动。

3.按照权利要求1或2所述的气体二氧化碳的膨胀液化方法，其中，在步骤(a)中，通过增压机增压至8.00MPa，在步骤(b)中，通过换热器冷却至15℃，在步骤(c)中，通过膨胀机膨胀至压力为2.5MPa，温度为-12℃。

4.按照权利要求1或2所述的气体二氧化碳的膨胀液化方法，其中，步骤(a)中的二氧化碳气体为含有气体杂质的原料气，在步骤(a)之前，包括下列顺次步骤：

(1)第一压缩工序

将含有气体杂质的二氧化碳原料气体和化学反应稍微过量的氧气经过水分离器除去机械水后进入第一压缩工序，经一段压缩升压至0.1～0.35MPa和二段压缩升压至0.8～1.2 MPa，然后送到(2)脱烃工序；

(2)脱烃工序

来自(1)第一压缩工序的含有气体杂质的二氧化碳气体和化学反应稍微过量的氧气进入(2)脱烃工序，脱除含有气体杂质的二氧化碳气体中的甲烷和乙烯，然后送到(3)净化工序；

(3)净化工序

采用变温吸附工艺，多台净化器切换工作，当某一台或数台净化器处于吸附状态时，其余的净化器则处于再生状态，常温吸附杂质、高温脱附杂质，由装填在净化工序的净化器内的吸附剂对来自(2)脱烃工序的含有气体杂质的二氧化碳气体中的微量水蒸气和极微量苯杂质进行选择性吸附，对来自脱烃工序的含有气体杂质的二氧化碳气体进行净化，得到含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的二氧化碳气体，然后送到(4)第二压缩工序；

(4)第二压缩工序

来自(3)净化工序的含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的二氧化碳气体进入(4)第二压缩工序，经(4)第二压缩工序的三段压缩升压至5.8～6.2MPa，经水冷器冷却至20～24℃，然后分为两部分，一部分送到步骤(a)中的增压机的进口，另一部分送到蒸馏提纯工序(5)；

其中，在步骤(c)之后，包括下列步骤：

(5)蒸馏提纯工序

来自(4)第二压缩工序的压力为5.8～6.2MPa温度为20～24℃的含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的二氧化碳气体进入(5)蒸馏提纯工序的蒸馏提纯塔塔釜的再沸器的入口，充分提供产品液体二氧化碳蒸馏提纯所需的热源，与提纯塔塔釜内的液体二氧化碳换热后温度降至-15℃～-11℃，压力为2.1～2.5MPa，从再沸器的出口排出；

来自步骤(c)的压力为2.3～2.7MPa温度为-14～-10℃的液体二氧化碳和含有气体杂质的未被液化的气体二氧化碳的气液混合物，经液化气液分离器分离后，含有ppm级的甲烷和乙烯以及ppb级的氧气杂质和微量未被液化的气体二氧化碳的液体二氧化碳作为分离后液体被送至(5)蒸馏提纯工序的蒸馏提纯塔的中部，通过喷头雾状喷淋经下部波纹板规整填料落入蒸馏提纯塔的塔釜进行蒸馏提纯，分离后液体中的ppm级的甲烷和乙烯以及ppb级的氧气杂质和微量未被液化的气体二氧化碳从分离后液体内蒸馏出，成为闪蒸气，蒸馏提纯塔塔釜内的液体二氧化碳成为高纯度液体二氧化碳产品，极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质和少量未被液化的气体二氧化碳作为分离后气体与从再沸器的出口排出的含有极微量甲烷和乙烯以及微量氧气杂质的二氧化碳气体构成第二汇合气流；

在(5)蒸馏提纯工序中，闪蒸气从蒸馏提纯塔塔釜上升，依次通过下部波纹板规整填料、上部波纹板规整填料、下部换热器的管程和上部换热器的管程，闪蒸气中未被液化的气体二氧化碳被不断液化，落到蒸馏提纯塔塔釜内，最后从蒸馏提纯塔塔顶排出，成为由未冷凝二氧化碳气体、甲烷、乙烯和氧气杂质构成的气体混合物，然后，经第一调节阀节流膨胀后温度降低，进入下部换热器的壳程，从下部换热器的壳程出来的气体混合物经第二调节阀节流膨胀降压，与从产品液体二氧化碳贮罐顶部排出的闪蒸气汇合在一起后构成第一汇合气流；

步骤(b)中的换热器包括液化水冷却器、第一液化换热器和第二液化换热器，从步骤(a)的增压机排出的压力为7.50～8.50MPa的含有气体杂质的二氧化碳气体经水冷却器冷却后，先进入第一液化换热器与第一汇合气流换热，从第一液化换热器排出，再进入第二液化换热器与第二汇合气流换热；从第一液化换热器排出的第一汇合气流进入(3)净化工序的电加热器，经电加热器加热或不加热，作为加热脱附杂质的气体或作为冷却吸附剂的气体；从第二液化换热器排出的第二汇合气流进入(4)第二压缩工序的三段压缩的进口。