一种采用NH3/CO2复叠式制冷生产食品级CO2的装置及生产方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于一种采用NH3/CO2复叠式制冷生产食品级CO2的装置及生产方法；包括与原料气管道相连的压缩机，压缩机的出口通过干燥器与第一闪蒸塔第一原料气进口相连，第一闪蒸塔顶部气相出口通过第一三通与第二闪蒸塔的第一原料气进口相连，第二闪蒸塔底部的液相出口与食品级CO2储罐相连；具有能够将同类型原料气生产食品级二氧化碳能耗降低10％、尾气中二氧化碳的排放含量降低至60％以下的优点。

A device for producing food grade CO2 by NH3/CO2 cascade refrigeration and its production method

【技术实现步骤摘要】
一种采用NH3/CO2复叠式制冷生产食品级CO2的装置及生产方法
本专利技术属于食品级二氧化碳的生产领域，具体涉及一种采用NH3/CO2复叠式制冷生产食品级CO2的装置及生产方法。
技术介绍
目前，食品级二氧化碳生产技术主要采用压缩、液化精馏法，具体流程原料气先经压缩、干燥脱除水份杂质，然后进入脱硫塔(包括有机硫和无机硫)进行脱除硫化物，而后进入净化塔进行催化氧化脱除烃类等有机物组分，最后采用精馏法获取食品级二氧化碳产品。该工艺流程为传统食品级二氧化碳生产流程，该工艺技术成熟、可靠，国内部分企业均在使用。但该技术路线流程复杂、设备较多、占地面积大，采用液氨为制冷工质制冷，产品收率较低，且能耗较高；根据原料气组分的差异，该工艺技术可以延伸压缩后直接精馏法制取食品级二氧化碳，该工艺流程占地面积小，流程简单，能耗及产品收率较传统工艺均有所提升，但尾气中二氧化碳的排放含量仍较高，在65～75％之间，在食品级二氧化碳生产技术中，二氧化碳的产品提取率及产品能耗仍有较大的改善及提升空间。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足而提供一种采用NH3/CO2复叠式制冷可将同类型原料气生产食品级二氧化碳能耗降低10％、尾气中二氧化碳的排放含量降低至60％以下的采用NH3/CO2复叠式制冷生产食品级CO2的装置及生产方法。本专利技术的目的是这样实现的：包括与原料气管道相连的压缩机，压缩机的出口通过干燥器与第一闪蒸塔的第一原料气进口相连，第一闪蒸塔的顶部气相出口通过第一三通与第二闪蒸塔的第一原料气进口相连，第二闪蒸塔底部的液相出口与食品级CO2储罐相连；第二闪蒸塔顶部的气相出口通过第一换热器的第二原料气进口和第一换热器的第二原料气出口进入第一气液分离器内，第一气液分离器的顶部气相出口通过第二换热器的管程与第二气液分离器相连，第二气液分离器的液相出口与第二闪蒸塔的第三原料液进口相连，第一气液分离器的底部液相出口通过第二三通分别与第二闪蒸塔的第二原料液进口和第二换热器的壳程进口相连，第二换热器的壳程出口通过第三换热器的第一原料气进口和第三换热器的第一原料气出口与原料气管道相连通；第三换热器的第二原料气出口通过热泵和第四三通分别与第一闪蒸塔下部管程和第二闪蒸塔下部管程相连，第一闪蒸塔下部管程的出口和第二闪蒸塔下部管程的出口分别通过第五三通与第一换热器的第三原料气进口相连，第一换热器的第三原料气出口与第三换热器的第二原料气进口相连。优选地，所述第一闪蒸塔的底部液相出口通过第二调节阀与废液收集装置相连。优选地，所述第一三通的第三端通过第三三通、第一换热器的第一原料气进口和第一换热器的第一原料气出口与储液罐相连，储液罐的顶部气相出口与第三三通的第三端相连，储液罐的液相出口与第一闪蒸塔的第二原料液进口相连。优选地，所述第二气液分离器的顶部气相出口通过第四调节阀与外排管道相连。优选地，所述干燥器与第一闪蒸塔的第一原料气进口之间设有第一调节阀；第二闪蒸塔底部的液相出口与食品级CO2储罐之间设有第三调节阀；第五三通与第一换热器的第三原料气进口之间设有截流阀。一种采用NH3/CO2复叠式制冷生产食品级CO2的装置的生产方法，包括如下步骤：步骤一：来自界外的原料气通过压缩机、干燥器、第一调节阀和第一闪蒸塔的第一原料气进口后进入第一闪蒸塔内；所述的界外原料气的组成成分为：氮气、氩气、氧气、一氧化碳、丙烷、二氧化碳、水和甲烷；界外原料气的温度为：常温；界外原料气的二氧化碳的摩尔分数≥90％；所述的压缩机的原料气出口温度：40℃、压力为：2.4Mpa；所述的干燥器出口的原料气中水的摩尔含量≤20ppm，气相分率1；步骤二：步骤一中进入第一闪蒸塔的原料气在第一闪蒸塔内进行闪蒸提纯，闪蒸提纯后的一部分气相通过第一三通、第二闪蒸塔的第一原料气进口进入第二闪蒸塔内，闪蒸提纯后的另一部分气相通过第一三通第三端、第三三通、第一换热器的第一原料气进口、第一换热器的第一原料气出口进入储液罐内，储液罐的底部液相通过第一闪蒸塔的第二原料气进口进入至第一闪蒸塔内重新闪蒸提纯，储液罐的顶部气相通过第三三通的第三端和第一换热器第一原料气进口进入第一换热器内继续换热；所述的第一闪蒸塔的顶部气相出口温度为：-12.5℃、第一闪蒸塔的顶部气相中二氧化碳的摩尔分数：99％；所述第一换热器的第一原料气出口的物料温度：-15℃；步骤三：步骤二中所述进入第二闪蒸塔的原料气在第二闪蒸塔内进行二次闪蒸提纯，二次闪蒸提纯后的液相通过第二闪蒸塔的底部液相出口和第三调节阀进入食品级CO2储罐内；所述的第二闪蒸塔的底部液相出口液相的二氧化碳的温度为：-25℃；气相分率为：0；所述的食品级CO2储罐内的液相二氧化碳的纯度不低于99.995％；步骤四：步骤三中原料气在第二闪蒸塔内进行二次闪蒸提纯后的气相依次通过第二闪蒸塔的顶部气相出口、第一换热器的第二原料气进口和第一换热器的第二原料气出口进入第一气液分离器内进行气液分离，气液分离后的液相一部分通过第二三通和第二闪蒸塔的第二原料气进口进入第二闪蒸塔内继续二次闪蒸，另一部液相通过第二三通的第三端、第二换热器的壳程、第三换热器的第一原料气进口和第三换热器的第一原料气出口与原料气管道内的原料气混合后进入系统；所述的第二闪蒸塔的顶部气相温度：-13℃、该气相中二氧化碳的摩尔分数为：98.6％；所述的第一换热器的第二原料气出口处的气相温度为：-15℃；所述的第二三通的第三端的气相分率为：0，第二三通的第三端的气相中的二氧化碳的摩尔分数为99.7％；所述的第二换热器的壳程出口处温度为：-21℃，第三换热器的第一原料气出口处的气相温度为：5℃；步骤五：步骤四中进入第一气液分离器内进行气液分离后的气相通过第二换热器的管程进入第二气液分离器内进行气液分离，气液分离后的液相通过第二闪蒸塔的第三原料气进口进入第二闪蒸塔内继续二次闪蒸；所述第一气液分离器气相出口处的气相温度为：-15℃，该气相中的二氧化碳摩尔分数为：94％；所述的第二换热器管程出口处的气相温度为：-33℃，气相分率：10.8％；步骤六：热泵内的原料气通过第四三通、第二闪蒸塔下部管程、第五三通、截流阀、第一换热器的第三原料气进口、第一换热器的第三原料气出口、第三换热器的第二原料气进口和第三换热器的第二原料气出口进入到热泵内；所述的热泵原料气出口组分为：氨，氨的摩尔分数≥99％，热泵原料气的温度为：30℃，热泵原料气的压力为：0.47Mpa，通过截流阀后的气相压力为：0.12Mpa，气相分率为：4％；步骤七：步骤六中所述的原料气通过第四三通的第三端、第一闪蒸塔下部管程、第五三通、截流阀、第一换热器的第三原料气进口、第一换热器的第三原料气出口、第三换热器的第二原料气进口和第三换热器的第二原料气出口进入到热泵内；所述第四三通的第三端的原料气流量：60Nm3/h；步骤八：步骤二中在第一闪蒸塔内进行闪蒸提纯后的液相通过第一闪蒸塔的底部液相出口以及第二调节阀进入废液收集装置内；所述第一闪蒸塔的底部液相出口处的液相温度为：-10.5℃，气相分率为：0，该液相中二氧化碳的摩尔分数为95.8％；步骤九：步骤五中进入第二气液分离器内进行气液分离后的气相通过第二气液分离器的顶部气相出口、第四调节阀和外排管道进行外排；第二气液分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用NH3/CO2复叠式制冷生产食品级CO2的装置，其特征在于：包括与原料气管道(17)相连的压缩机(1)，压缩机(1)的出口通过干燥器(2)与第一闪蒸塔(3)的第一原料气进口(21)相连，第一闪蒸塔(3)的顶部气相出口(22)通过第一三通(36)与第二闪蒸塔(6)的第一原料气进口(23)相连，第二闪蒸塔(6)底部的液相出口与食品级CO2储罐(18)相连；第二闪蒸塔(6)顶部的气相出口(32)通过第一换热器(4)的第二原料气进口(33)和第一换热器(6)的第二原料气出口(34)进入第一气液分离器(7)内，第一气液分离器(7)的顶部气相出口通过第二换热器(8)的管程与第二气液分离器(9)相连，第二气液分离器(9)的液相出口与第二闪蒸塔(6)的第三原料液进口(45)相连，第一气液分离器(7)的底部液相出口通过第二三通(35)分别与第二闪蒸塔(6)的第二原料液进口(38)和第二换热器(8)的壳程进口相连，第二换热器(8)的壳程出口通过第三换热器(10)的第一原料气进口(41)和第三换热器(10)的第一原料气出口(42)与原料气管道(17)相连通；第三换热器(10)的第二原料气出口(39)通过热泵(11)和第四三通(37)分别与第一闪蒸塔下部管程(19)和第二闪蒸塔下部管程(20)相连，第一闪蒸塔(3)下部管程(19)的出口和第二闪蒸塔(6)下部管程(20)的出口分别通过第五三通(31)与第一换热器(4)的第三原料气进口(44)相连，第一换热器(4)的第三原料气出口(43)与第三换热器(10)的第二原料气进口(40)相连。...

【技术特征摘要】
1.一种采用NH3/CO2复叠式制冷生产食品级CO2的装置，其特征在于：包括与原料气管道(17)相连的压缩机(1)，压缩机(1)的出口通过干燥器(2)与第一闪蒸塔(3)的第一原料气进口(21)相连，第一闪蒸塔(3)的顶部气相出口(22)通过第一三通(36)与第二闪蒸塔(6)的第一原料气进口(23)相连，第二闪蒸塔(6)底部的液相出口与食品级CO2储罐(18)相连；第二闪蒸塔(6)顶部的气相出口(32)通过第一换热器(4)的第二原料气进口(33)和第一换热器(6)的第二原料气出口(34)进入第一气液分离器(7)内，第一气液分离器(7)的顶部气相出口通过第二换热器(8)的管程与第二气液分离器(9)相连，第二气液分离器(9)的液相出口与第二闪蒸塔(6)的第三原料液进口(45)相连，第一气液分离器(7)的底部液相出口通过第二三通(35)分别与第二闪蒸塔(6)的第二原料液进口(38)和第二换热器(8)的壳程进口相连，第二换热器(8)的壳程出口通过第三换热器(10)的第一原料气进口(41)和第三换热器(10)的第一原料气出口(42)与原料气管道(17)相连通；第三换热器(10)的第二原料气出口(39)通过热泵(11)和第四三通(37)分别与第一闪蒸塔下部管程(19)和第二闪蒸塔下部管程(20)相连，第一闪蒸塔(3)下部管程(19)的出口和第二闪蒸塔(6)下部管程(20)的出口分别通过第五三通(31)与第一换热器(4)的第三原料气进口(44)相连，第一换热器(4)的第三原料气出口(43)与第三换热器(10)的第二原料气进口(40)相连。2.根据权利要求1所述的一种采用NH3/CO2复叠式制冷生产食品级CO2的装置，其特征在于：所述第一闪蒸塔(3)的底部液相出口(29)通过第二调节阀(13)与废液收集装置(26)相连。3.根据权利要求1所述的一种采用NH3/CO2复叠式制冷生产食品级CO2的装置，其特征在于：所述第一三通(36)的第三端通过第三三通(30)、第一换热器(4)的第一原料气进口(24)和第一换热器(4)的第一原料气出口(25)与储液罐(5)相连，储液罐(5)的顶部气相出口与第三三通(30)的第三端相连，储液罐(5)的液相出口与第一闪蒸塔(3)的第二原料液进口(28)相连。4.根据权利要求1所述的一种采用NH3/CO2复叠式制冷生产食品级CO2的装置，其特征在于：所述第二气液分离器(9)的顶部气相出口通过第四调节阀(15)与外排管道(27)相连。5.根据权利要求1所述的一种采用NH3/CO2复叠式制冷生产食品级CO2的装置，其特征在于：所述干燥器(2)与第一闪蒸塔(3)的第一原料气进口(21)之间设有第一调节阀(12)；第二闪蒸塔(6)底部的液相出口与食品级CO2储罐(18)之间设有第三调节阀(14)；第五三通(31)与第一换热器(4)的第三原料气进口(44)之间设有截流阀(16)。6.一种如权利要求1-5所述采用NH3/CO2复叠式制冷生产食品级CO2的装置的生产方法，其特征在于：该生产方法包括如下步骤：步骤一：来自界外的原料气通过压缩机(1)、干燥器(2)、第一调节阀(12)和第一闪蒸塔(3)的第一原料气进口(21)后进入第一闪蒸塔(3)内；所述的界外原料气的组成成分为：氮气、氩气、氧气、一氧化碳、丙烷、二氧化碳、水和甲烷；界外原料气的温度为：常温；界外原料气的二氧化碳的摩尔分数≥90％；所述的压缩机(1)的原料气出口温度：40℃、压力为：2.4Mpa；所述的干燥器(2)出口的原料气中水的摩尔含量≤20ppm，气相分率1；步骤二：步骤一中进入第一闪蒸塔(3)的原料气在第一闪蒸塔(3)内进行闪蒸提纯，闪蒸提纯后的一部分气相通过第一三通(36)、第二闪蒸塔(6)的第一原料气进口(23)进入第二闪蒸塔(6)内，闪蒸提纯后的另一部分气相通过第一三通(36)第三端、第三三通(30)、第一换热器(4)的第一原料气进口(24)、第一换热器(4)的第一原料气出口(25)进入储液罐(5)内，储液罐(5)的底部液相通过第一闪蒸塔(3)的第二原料气进口(28)进入...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈剑军，郭俊磊，杨茂强，
申请(专利权)人：陈剑军，
类型：发明
国别省市：浙江,33