CN107673351A - 一种高纯度二氧化碳的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种高纯度二氧化碳的生产方法,其包括压缩工序、脱烃工序、净化工序、液化工序及蒸馏二级提纯工序,其中通过蒸馏二级提纯工序,经过粗提纯塔将原料的纯度提升至99.95%,再经精提纯塔将纯度提升至99.999%,通过二级提纯工序,对原料的纯度要求低,降低原料的损耗,提高收率。

Description

一种高纯度二氧化碳的生产方法
技术领域
本发明涉及二氧化碳生产技术领域,具体地,涉及一种高纯度二氧化碳的生产方法。
背景技术
二氧化碳的用途非常广,可广泛应用于食品加工、机械制造、化工原料等行业,其一般通过石化尾气进行提纯生产,而应用于食品加工中的食品级二氧化碳,其纯度要求高达99.9%。目前市面上对于二氧化碳的提纯可达到99.99%,但是难以达到更高的纯度要求即≥99.999%。而市面上也有生产纯度99.999%的二氧化碳产品的方法,然而这些方法对于生产原料的要求较高,生产原料的的二氧化碳的纯度要求需≥99%,在制取纯度为99.999%的二氧化碳产品时需要损耗较多的原料,损耗相对较大,实用性不高。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种高纯度二氧化碳的生产方法。
本发明公开的一种高纯度二氧化碳的生产方法,包括以下步骤:
(1)压缩工序
将含有甲烷、乙烯、苯、机械水等杂质的二氧化碳原料气体与化学反应过量的氧气经过水分离器出去机械水后进入压缩工序,经一级压缩机升压至0.1~0.35MPa、二级压缩机升压至0.8~1.2MPa和三级压缩机升压至2.3~2.8MPa,压缩二氧化碳原料气体后送到脱烃工序;
(2)脱烃工序
将压缩后含有甲烷、乙烯及苯杂质的二氧化碳原料气体与化学反应过量的氧气进入脱烃工序,甲烷、乙烯与化学反应过量的氧气在脱烃反应器内于温度为480~520℃、压力为2.3~2.8MPa、活性组分为铂和钯以及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,除去甲烷和乙烯后的二氧化碳原料气体从脱烃反应器中排出并与管程的来自压缩工序的含有微量甲烷、乙烯、苯等杂质的二氧化碳原料气体汇合,经热交换器换热后再经水冷却器降温和水分离器分离除去机械水,送到净化工序;
(3)净化工序
采用变温吸附工艺,多台吸附塔切换工作,当其中一台或数台吸附塔处于吸附状态时,其余的吸附塔处于再生状态,吸附塔于常温吸附杂质,高温脱附杂质,由装填在吸附塔内的氧化铝和硅胶吸附剂对来自脱烃工序的含有微量甲烷、乙烯、氧气、苯和水蒸气杂质的二氧化碳原料气体中的PPM级的微量水蒸气和PPB级的微量苯杂质选择性吸附,然后将含有微量甲烷、乙烯、氧气杂质的二氧化碳气体送到液化工序和蒸馏提纯工序;
(4)液化工序
来自净化工序的含有杂质的二氧化碳气体的一部分作为热源气经孔板流量计进入蒸馏提纯工序的粗提纯塔和精提纯塔的塔釜盘管的入口,充分提供产品液体二氧化碳蒸馏提纯所需的热源,从该塔釜盘管的出口排出,与来自净化工序的含有杂质的二氧化碳气体的另一部分,在该另一部分从该孔板流量计控制的调节阀流出后,该两部分汇合在一起,进入液化工序的蒸发冷凝器进行液化,大部分含有杂质的二氧化碳气体被液化,然后与未冷凝二氧化碳气体和微量的甲烷、乙烯和氧气一起送到蒸馏提纯工序;
(5)蒸馏二级提纯工序
来自液化工序的含有未冷凝二氧化碳气体和微量甲烷、乙烯和氧气的液化后的二氧化碳先进入蒸馏提纯工序的粗提纯塔进行蒸馏提纯,粗提纯塔内由上至下分别设有塔顶列管式换热器、喷头、单层波纹板规整填料及多个塔釜盘管,喷头连接液化工序的蒸发冷凝器,含有未冷凝二氧化碳气体和微量甲烷、乙烯和氧气的液化后的二氧化碳从喷头喷淋至粗提纯塔塔底,塔釜盘管沉浸于液化后的二氧化碳内,液化后的二氧化碳的温度为-21~-23℃,塔釜盘管中流动有蒸馏提纯工序的二氧化碳气体,其温度为29~30℃,液化后的二氧化碳被加热而挥发上升,挥发的二氧化碳气体和烃类杂质的混合气体经过单层波纹板规整填料与喷头喷淋下的液化的二氧化碳换热,部分挥发的混合气体液化而回落至粗提纯塔塔底,另一部分混合气体继续上升至塔顶列管式换热器,混合气体的压力为2.3Mpa,经过减压阀减压至0.8Mpa,其温度降至-43~-47℃,与上升的混合气体换热,冷却上升的混合气体,是其中二氧化碳气体优先冷凝回收,烃类杂质气体继续上升,将来自液化工序的含有未冷凝二氧化碳气体和微量甲烷、乙烯和氧气的液化后的二氧化碳完成粗提纯;
将粗提纯塔塔底的液化的二氧化碳通入精提纯塔中,粗提纯后液化的二氧化碳中含有微量甲烷、乙烯,精提纯塔内由上至下设有下层列管式换热器、上层列管式换热器、上层波纹板规整填料、喷头、下层波纹板规整填料及多个塔釜盘管,精提纯塔的塔釜盘管的数量大于粗提纯塔的塔釜盘管的数量,液化的二氧化碳从喷头喷淋至精提纯塔的塔底,多个塔釜盘管沉浸于液化的二氧化碳液体中,多个塔釜盘管通入热源气,液化的二氧化碳受热形成含有微量甲烷、乙烯的混合气体,混合气体挥发上升,与喷淋向下的液化的二氧化碳于下层波纹板规整填料换热,混合气体中的部分二氧化碳冷凝回流至塔底,其余混合气体上升至上层波纹板规整填料,部分二氧化碳冷凝回流至塔底,剩余混合气体上升经过下层列管式换热器换热,其中部分二氧化碳气体冷凝液化,另一部分混合气体上升进入上层列管式换热器,上层换热器的制冷剂为液氨,液氨储存于上层列管式换热器的壳程,混合气体与液氨换热,气态的二氧化碳冷凝液化。
与现有技术相比,本发明可以获得包括以下技术效果:
本申请的高纯度二氧化碳的生产方法通过蒸馏二级提纯工序,经过粗提纯塔将原料的纯度提升至99.95%,再经精提纯塔将纯度提升至99.999%,通过二级提纯工序,对原料的纯度要求低,降低原料的损耗,提高收率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解,构成本申请的一部分,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
图1为实施例中高纯度二氧化碳的生产方法的流程图。
具体实施方式
以下将以图式揭露本发明的多个实施方式,为明确说明起见,许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而,应了解到,这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说,在本发明的部分实施方式中,这些实务上的细节是非必要的。此外,为简化图式起见,一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。
需要说明,本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。
另外,各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。
1.压缩工序
将含有机械水、甲烷、乙烯、苯等杂质的二氧化碳含量约为70%以上的二氧化碳原料气体经水洗后,与经孔板流量计调节进入的化学反应稍微过量的氧气混合,一起进入预冷器11预冷,经过第一水分离器12除去机械水后进入压缩工序10,经一级压缩机13升压至0.1~0.35Mpa、二级压缩机14升压至0.8~1.2MPa和三级压缩机15升压至2.3~2.8MPa,从三级压缩机15出来的含有甲烷、乙烯、苯等杂质的二氧化碳气体和氧气的温度为110~120℃,然后送到脱烃工序20。
2.脱烃工序
来自压缩工序10的含有甲烷、乙烯、苯等杂质的二氧化碳气体和氧气首先进入脱烃预热器21预热到215~225℃,然后经过脱烃加热器22加热到480~520℃,最后进入脱烃反应器23。在脱烃反应器23内含有甲烷、乙烯、苯等杂质的二氧化碳气体中的甲烷、乙烯与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21为列管式换热器时,从脱烃反应器23出来的高温气体返回脱烃预热器21的壳程,与管程的来自压缩工序10的含有甲烷、乙烯、苯等杂质的二氧化碳气体换热后,先经热交换器24与下述的汇合气流进行换热,再经过水冷却器30降温和第二水分离器40分离机械水,进入净化工序50。通过脱烃工序20去除来自压缩工序10的含有甲烷、乙烯、苯等杂质的二氧化碳气体中的绝大部分甲烷、乙烯转化成了二氧化碳和水,因此,进入净化工序50的二氧化碳气体中含有没有进行化学反应的微量甲烷和乙烯,以及微量氧气和新生成的但第二水分离器40不能分离的水蒸气。脱烃加热器22可为电加热器。脱烃反应器23可具有一般催化反应器的结构。
3.净化工序
采用变温吸附工艺,净化工序50包括多台吸附塔切换工作,当某一台或数台吸附塔51处于吸附状态时,另一台或数台吸附塔52处于再生状态,其余的一台或数台吸附塔53则处于备用状态,常温吸附杂质、高温脱附杂质,由装填在吸附塔内的氧化铝和硅胶吸附剂对来自第二水分离器40的含有微量甲烷、乙烯、氧气、苯和水蒸气等杂质的二氧化碳气体中的微量水蒸气(PPM级)和微量苯(PPB级)杂质选择性吸附,对来自第二水分离器40的含有微量甲烷、乙烯、氧气、苯和水蒸气等杂质的二氧化碳气体进行净化。
①吸附
来自第二水分离器40的含有微量甲烷、乙烯、氧气、苯和水蒸气等杂质的二氧化碳气体从吸附塔的底部进入,从吸附塔的顶部排出。在吸附塔中,吸附剂对微量水蒸气和微量苯等进行有效吸附,使吸附塔出口端的气体中的水和苯等指标达到相应设计指标或规定标准,然后送到液化工序60和蒸馏提纯工序70,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51内的含有微量甲烷、乙烯、氧气等杂质的二氧化碳气体逆着吸附方向限流卸压排出吸附塔51外,结束后吸附塔51内的压力接近常压。
③加热脱附杂质
见下述的对蒸馏提纯工序70的描述,从塔顶列管式换热器和下层列管式换热器壳程出来的气体混合物经调节阀716/728节流膨胀后再次降压至0.05MPa,与从过冷工序的球罐82排出的气体汇合在一起后形成的汇合气流的一部分进入热交换器24,与来自脱烃工序20的脱烃预热器21的含有微量甲烷、乙烯、氧气、苯和水蒸气等杂质的二氧化碳气体换热后进入电加热器25被加热升温至180~235℃,进入正处于加热脱附杂质步骤的吸附塔51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,吸附塔51中的吸附剂吸附的水和苯等杂质几乎得到完全解吸,此时将汇合气流的另一部分直接送至吸附塔51,将吸附塔51内的吸附剂冷却降温至≤25℃。
⑤吸附塔充压
利用来自已从再生状态切换为吸附状态的通常称为吸附塔52的一部分经过净化处理后的含有微量甲烷、乙烯和氧气等杂质的二氧化碳气体对吸附塔81充压至吸附压力2.3~2.8MPa,准备进入下一次吸附。
4.液化工序
来自净化工序50的经过净化处理后的含有微量甲烷、乙烯和氧气等杂质的二氧化碳气体的一部分作为热源气经孔板流量计61进入蒸馏提纯工序70的粗提纯塔71和精提纯塔72的塔釜盘管711/721的入口,充分提供产品液体二氧化碳蒸馏提纯所需的热源,从塔釜盘管711/721的出口排出,与来自净化工序80的经过净化处理后的含有微量甲烷、乙烯和氧气等杂质的二氧化碳气体的另一部分,在该另一部分从孔板流量计61控制的调节阀62流出后,该两部分汇合在一起,进入液化工序60的第一蒸发冷凝器63进行液化。液化工序60的第一蒸发冷凝器61的冷源为液氨,在第一蒸发冷凝器63中,含有微量甲烷、乙烯和氧气等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63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,然后送入蒸馏二级提纯工序70。
5.蒸馏二级提纯工序
来自液化工序60的含有未冷凝二氧化碳气体和微量甲烷、乙烯和氧气的液化后的二氧化碳先进入蒸馏二级提纯工序70的粗提纯塔71进行蒸馏提纯,粗提纯塔71内由上至下分别设有塔顶列管式换热器714、喷头713、单层波纹板规整填料712及多个塔釜盘管711,喷头713连接液化工序60的第一蒸发冷凝器63,含有未冷凝二氧化碳气体和微量甲烷、乙烯和氧气的液化后的二氧化碳从喷头713喷淋至粗提纯塔71塔底,塔釜盘管711为四条细管,沉浸于液化后的二氧化碳内,液化后的二氧化碳的温度为-21~-23℃,塔釜盘管711中流动的热源气的温度为29~30℃,即塔釜盘管711内外的二氧化碳的温差接近50℃,液化后的二氧化碳及其中的烃类杂质被加热至沸点而挥发上升,挥发的二氧化碳气体和烃类杂质的混合气体上升经过单层波纹板规整填料713与喷头712喷淋下的液化的二氧化碳接触换热,部分挥发的混合气体液化而回落至粗提纯塔71塔底,另一部分混合气体继续上升至塔顶列管式换热器714。由于热源的供给不可能仅使杂质挥发,会使部分二氧化碳也挥发,单层波纹板规整填料713也不可能完全有效冷却挥发的二氧化碳,故通过塔顶列管式换热器713再次换热回收挥发的二氧化碳。混合气体的压力为2.3Mpa,温度约为-5℃,其上升至粗提纯塔71的塔顶出口经过调节阀715减压阀节流减压至0.8Mpa,其温度降至-43~-47℃,再回流至塔顶列管式换热器714中与上升的混合气体换热,使上升的混合气体冷却,由于二氧化碳的沸点相较于甲烷、乙烯的沸点更高,使二氧化碳气体优先冷凝回收,烃类杂质气体继续上升放空,从而实现将来自液化工序60的含有未冷凝二氧化碳气体和微量甲烷、乙烯和氧气的液化后的二氧化碳完成粗提纯;通过粗提纯可将纯度为70%以上的二氧化碳气体的提纯至99.95%左右的纯度。而来自净化工序50的经过净化处理后的温度为28~32℃含有微量甲烷、乙烯和氧气等杂质的二氧化碳气体的进入塔釜盘管作为热源气,充分提供产品液体二氧化碳蒸馏提纯所需的热源,再从塔釜盘管的出口排出,排出温度为-9~-11℃,进入液化工序60的第一蒸发冷凝器63进行液化。
将粗提纯塔71塔底的液化的二氧化碳通入精提纯塔72中,粗提纯后液化的二氧化碳中含有微量甲烷、乙烯,精提纯塔72内由上至下设有上层列管式换热器726、下层列管式换热器725、上层波纹板规整填料724、喷头723、下层波纹板规整填料722及多个塔釜盘管721,精提纯塔72的塔釜盘管721的数量大于粗提纯塔71的塔釜盘管711的数量,其包括8个细管,通过增加细管的数量,增大了换热面积,在相同热源的基础上,提高了热源的利用率,使气体杂质挥发得更加干净彻底。液化的二氧化碳从喷头喷淋至精提纯塔72的塔底,多个塔釜盘管721沉浸于液化的二氧化碳液体中,多个塔釜盘管721通入热源气,液化的二氧化碳的液化的的温度为-21~-23℃,塔釜盘管721中流动的热源气的温度为29~30℃,液化的二氧化碳加热挥发,形成含有微量甲烷、乙烯的混合气体,混合气体挥发上升,与喷淋向下的液化的二氧化碳于下层波纹板规整填料722换热,混合气体中的部分二氧化碳冷凝回流至塔底,其余混合气体上升至上层波纹板规整填料724,通过上层波纹板规整填料724进一步冷凝回收其中的部分二氧化碳气体。通过上、下两层波纹板规整填料两次换热冷凝,使混合气体中大部分二氧化碳优先冷凝回流至塔底,提高二氧化碳的收率。剩余混合气体上升经过下层列管式换热器725换热,其中部分二氧化碳气体冷凝液化,另一部分混合气体上升进入上层列管式换热器726,上层列管式换热器726的制冷剂为液氨,液氨储存于上层列管式换热器726的壳程,混合气体与液氨换热,气态的二氧化碳冷凝液化。而未液化的二氧化碳的混合气体上升至精提纯塔72的塔顶出口经过减压阀727节流减压,再回流至下层塔顶列管式换热器725中与上升的混合气体换热。通过上、下两层列管式换热器两次液化冷凝二氧化碳,利用不同气体间的沸点不同,从而回收二氧化碳,逐层分离烃类杂质,提高收率。而来自净化工序80的经过净化处理后的温度为28~32℃含有微量甲烷、乙烯和氧气等杂质的二氧化碳气体的进入塔釜盘管721作为热源气,充分提供产品液体二氧化碳蒸馏提纯所需的热源,再从塔釜盘管721的出口排出,排出温度为-9~-11℃,进入液化工序60的第一蒸发冷凝器63进行液化。
通过上述粗提纯塔对液化的二氧化碳中的初步提纯,使其纯度提升至99.95%左右,再通过精提纯塔中的四层冷凝液化,进一步提纯,最终得到的液化的二氧化碳的纯度高达99.999%。
6.过冷工序
来自蒸馏二级提纯工序70的精提纯塔72内的经蒸馏提纯的产品液体二氧化碳送至过冷工序80的第二蒸发冷凝器81,过冷工序80的第二蒸发冷凝器81的冷源为液氨,在第二蒸发冷凝器81中,产品液体二氧化碳的温度进一步降低,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82存储。
上所述仅为本发明的实施方式而已,并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包括在本发明的权利要求范围之内。

Claims (1)

1.一种高纯度二氧化碳的生产方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)压缩工序
将含有甲烷、乙烯、苯、机械水等杂质的二氧化碳原料气体与化学反应过量的氧气经过水分离器出去机械水后进入压缩工序,经一级压缩机升压至0.1~0.35MPa、二级压缩机升压至0.8~1.2MPa和三级压缩机升压至2.3~2.8MPa,压缩二氧化碳原料气体后送到脱烃工序;
(2)脱烃工序
将压缩后含有甲烷、乙烯及苯杂质的二氧化碳原料气体与化学反应过量的氧气进入脱烃工序,甲烷、乙烯与化学反应过量的氧气在脱烃反应器内于温度为480~520℃、压力为2.3~2.8MPa、活性组分为铂和钯以及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,除去甲烷和乙烯后的二氧化碳原料气体从脱烃反应器中排出并与管程的来自压缩工序的含有微量甲烷、乙烯、苯等杂质的二氧化碳原料气体汇合,经热交换器换热后再经水冷却器降温和水分离器分离除去机械水,送到净化工序;
(3)净化工序
采用变温吸附工艺,多台吸附塔切换工作,当其中一台或数台吸附塔处于吸附状态时,其余的吸附塔处于再生状态,吸附塔于常温吸附杂质,高温脱附杂质,由装填在吸附塔内的氧化铝和硅胶吸附剂对来自脱烃工序的含有微量甲烷、乙烯、氧气、苯和水蒸气杂质的二氧化碳原料气体中的PPM级的微量水蒸气和PPB级的微量苯杂质选择性吸附,然后将含有微量甲烷、乙烯、氧气杂质的二氧化碳气体送到液化工序和蒸馏提纯工序;
(4)液化工序
来自净化工序的含有杂质的二氧化碳气体的一部分作为热源气经孔板流量计进入蒸馏提纯工序的粗提纯塔和精提纯塔的塔釜盘管的入口,提供产品液体二氧化碳蒸馏提纯所需的热源,从该塔釜盘管的出口排出,与来自净化工序的含有杂质的二氧化碳气体的另一部分,在该另一部分从该孔板流量计控制的调节阀流出后,该两部分汇合在一起,进入液化工序的蒸发冷凝器进行液化,大部分含有杂质的二氧化碳气体被液化,然后与未冷凝二氧化碳气体和微量的甲烷、乙烯和氧气一起送到蒸馏提纯工序;
(5)蒸馏二级提纯工序
来自液化工序的含有未冷凝二氧化碳气体和微量甲烷、乙烯和氧气的液化后的二氧化碳先进入蒸馏提纯工序的粗提纯塔进行蒸馏提纯,粗提纯塔内由上至下分别设有塔顶列管式换热器、喷头、单层波纹板规整填料及多个塔釜盘管,喷头连接液化工序的蒸发冷凝器,含有未冷凝二氧化碳气体和微量甲烷、乙烯和氧气的液化后的二氧化碳从喷头喷淋至粗提纯塔塔底,塔釜盘管沉浸于液化后的二氧化碳内,液化后的二氧化碳的温度为-21~-23℃,塔釜盘管中流动有蒸馏提纯工序的二氧化碳气体,其温度为29~30℃,液化后的二氧化碳被加热而挥发上升,挥发的二氧化碳气体和烃类杂质的混合气体经过单层波纹板规整填料与喷头喷淋下的液化的二氧化碳换热,部分挥发的混合气体液化而回落至粗提纯塔塔底,另一部分混合气体继续上升至塔顶列管式换热器,混合气体的压力为2.3Mpa,经过减压阀减压至0.8Mpa,其温度降至-43~-47℃,与上升的混合气体换热,冷却上升的混合气体,是其中二氧化碳气体优先冷凝回收,烃类杂质气体继续上升,将来自液化工序的含有未冷凝二氧化碳气体和微量甲烷、乙烯和氧气的液化后的二氧化碳完成粗提纯;
将粗提纯塔塔底的液化的二氧化碳通入精提纯塔中,粗提纯后液化的二氧化碳中含有微量甲烷、乙烯,精提纯塔内由上至下设有下层列管式换热器、上层列管式换热器、上层波纹板规整填料、喷头、下层波纹板规整填料及多个塔釜盘管,精提纯塔的塔釜盘管的数量大于粗提纯塔的塔釜盘管的数量,液化的二氧化碳从喷头喷淋至精提纯塔的塔底,多个塔釜盘管沉浸于液化的二氧化碳液体中,多个塔釜盘管通入热源气,液化的二氧化碳受热形成含有微量甲烷、乙烯的混合气体,混合气体挥发上升,与喷淋向下的液化的二氧化碳于下层波纹板规整填料换热,混合气体中的部分二氧化碳冷凝回流至塔底,其余混合气体上升至上层波纹板规整填料,部分二氧化碳冷凝回流至塔底,剩余混合气体上升经过下层列管式换热器换热,其中部分二氧化碳气体冷凝液化,另一部分混合气体上升进入上层列管式换热器,上层换热器的制冷剂为液氨,液氨储存于上层列管式换热器的壳程,混合气体与液氨换热,气态的二氧化碳冷凝液化。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108821288A (zh) * 2018-07-03 2018-11-16 杭州快凯高效节能新技术有限公司 一种生产高质量液体二氧化碳的制备装置及其制备工艺
CN108975337A (zh) * 2018-08-29 2018-12-11 合肥名华教育科技有限公司 一种新型液体二氧化碳生产设备
CN109704341A (zh) * 2019-03-12 2019-05-03 陕西裕隆气体有限公司 一种新型脱除二氧化碳中轻烃杂质的***
CN110422844A (zh) * 2019-08-20 2019-11-08 天津中科拓新科技有限公司 一种以烟气为原料制备电子级二氧化碳的方法
CN111672236A (zh) * 2020-05-19 2020-09-18 茂名华粤华源气体有限公司 一种液体二氧化碳分离提纯的制备方法
WO2022199072A1 (zh) * 2021-03-24 2022-09-29 惠州凯美特气体有限公司 液态二氧化碳生产设备及***

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004035346A (ja) * 2002-07-04 2004-02-05 Kobe Steel Ltd 超高純度液化二酸化炭素の製造方法およびその装置
CN101538040A (zh) * 2009-04-28 2009-09-23 文斌洁 利用工业废气联产或单产食品级和工业级二氧化碳的方法
US20110271713A1 (en) * 2007-01-23 2011-11-10 Air Products And Chemicals, Inc. Purification of Carbon Dioxide
CN102410703A (zh) * 2011-08-12 2012-04-11 湖南凯美特气体股份有限公司 改进的食品级液体二氧化碳产品的生产方法及蒸馏提纯塔
CN104654739A (zh) * 2015-02-02 2015-05-27 河南心连心深冷能源股份有限公司 利用双塔精馏提纯制取食品级液体二氧化碳的装置和方法
CN105502394A (zh) * 2015-12-17 2016-04-20 江苏华扬液碳有限责任公司 一种气田二氧化碳制备工业液体二氧化碳分离提纯***

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004035346A (ja) * 2002-07-04 2004-02-05 Kobe Steel Ltd 超高純度液化二酸化炭素の製造方法およびその装置
US20110271713A1 (en) * 2007-01-23 2011-11-10 Air Products And Chemicals, Inc. Purification of Carbon Dioxide
CN101538040A (zh) * 2009-04-28 2009-09-23 文斌洁 利用工业废气联产或单产食品级和工业级二氧化碳的方法
CN102410703A (zh) * 2011-08-12 2012-04-11 湖南凯美特气体股份有限公司 改进的食品级液体二氧化碳产品的生产方法及蒸馏提纯塔
CN104654739A (zh) * 2015-02-02 2015-05-27 河南心连心深冷能源股份有限公司 利用双塔精馏提纯制取食品级液体二氧化碳的装置和方法
CN105502394A (zh) * 2015-12-17 2016-04-20 江苏华扬液碳有限责任公司 一种气田二氧化碳制备工业液体二氧化碳分离提纯***

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108821288A (zh) * 2018-07-03 2018-11-16 杭州快凯高效节能新技术有限公司 一种生产高质量液体二氧化碳的制备装置及其制备工艺
CN108821288B (zh) * 2018-07-03 2020-08-07 杭州快凯高效节能新技术有限公司 一种生产高质量液体二氧化碳的制备装置及其制备工艺
CN108975337A (zh) * 2018-08-29 2018-12-11 合肥名华教育科技有限公司 一种新型液体二氧化碳生产设备
CN108975337B (zh) * 2018-08-29 2020-06-12 诸暨市霞伟花木场 一种液体二氧化碳生产设备
CN109704341A (zh) * 2019-03-12 2019-05-03 陕西裕隆气体有限公司 一种新型脱除二氧化碳中轻烃杂质的***
CN110422844A (zh) * 2019-08-20 2019-11-08 天津中科拓新科技有限公司 一种以烟气为原料制备电子级二氧化碳的方法
CN111672236A (zh) * 2020-05-19 2020-09-18 茂名华粤华源气体有限公司 一种液体二氧化碳分离提纯的制备方法
WO2022199072A1 (zh) * 2021-03-24 2022-09-29 惠州凯美特气体有限公司 液态二氧化碳生产设备及***

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