利用低溫乙烯升溫汽化冷量生產食品級二氧化碳的系統的製作方法

2023-07-12 23:14:56

專利名稱：利用低溫乙烯升溫汽化冷量生產食品級二氧化碳的系統的製作方法
技術領域：
利用低溫乙烯升溫汽化冷量生產食品級二氧化碳的系統技術領域[0001]本實用新型涉及一種生產食品級二氧化碳的系統，尤其是涉及一種利用低溫乙烯升溫汽化冷量生產食品級二氧化碳的系統。
背景技術：
[0002]隨著現代工業的迅猛發展，人類對煤、油、天然氣等含碳化石燃料的大規模使用， 以及大面積森林火災對植被的破壞等，導致大氣中二氧化碳(CO2)的含量逐年增加，而二氧化碳是最主要的溫室氣體，其含量增加對增強溫室效應的貢獻大約為70%。另一方面，二氧化碳是一種非常寶貴的碳資源，被廣泛用於多種領域。如化學合成工業、機械保護焊接、金屬鑄造加工、農業施肥、果品蔬菜保鮮、啤酒飲料灌裝、石油開採、消防滅火、醫藥衛生等都需要大量的二氧化碳，尤其是食品級二氧化碳作為碳酸飲料的添加劑、菸絲的膨化劑、食品的保鮮劑以及醫藥、反應工程及超細粉領域的萃取溶劑，目前都有廣泛應用，其前景更是廣泛。[0003]目前，二氧化碳的分離提純方法主要有溶劑吸收法、變壓吸附法、膜分離法、催化燃燒法及吸附一低溫精餾法。其中，低溫精餾法是目前技術最先進、應用最廣的方法。其基本原理是利用二氧化碳的沸點與其他氣體不同進行分割，少量比二氧化碳沸點高的重組分用幾種不同的高效吸附劑脫除，比二氧化碳沸點低的輕組分通過精餾去除，最後獲得純度 99. 95%以上的液體二氧化碳。目前，採用工藝生產二氧化碳已經有比較成熟的大規模工業裝置，但是這些裝置所需要的低溫冷量都是通過氨壓縮機製冷提供。二氧化碳低溫精餾需要的冷量大，品位高(大多數冷量品位要求-20°C以下)，因此能量消耗較高。[0004]乙烯是重要的有機化工基本原料，一般以常壓低溫液態形式儲存，常用於製備環氧乙烷、聚乙烯等下遊產品。乙烯用於生產下遊產品時，通常需要先將低溫乙烯升溫汽化到常溫或更高溫度使用。以此，在低溫乙烯升溫汽化過程中將放出大量的冷量，此冷量在生產過程中，通常不能得到有效的回收利用，造成能源浪費。因此，乙烯升溫汽化裝置和生產食品級二氧化碳裝置如能進行有機集成，可以達到能量合理利用的良好效果，但是，目前國內、外還沒有關於利用低溫乙烯升溫汽化冷量生產食品級二氧化碳的系統的相關研究報導。發明內容[0005]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種利用低溫乙烯升溫汽化的冷量作為生產食品級二氧化碳冷量的系統。[0006]本實用新型解決上述技術問題所採用的技術方案為一種利用低溫乙烯升溫汽化冷量生產食品級二氧化碳的系統，包括低溫乙烯進口、二氧化碳進口、二氧化碳緩衝罐、 壓縮機、冷卻器、汽水分離器、用於脫水、脫乙烯及脫有機物的吸附器、換熱器、精餾塔、過冷器、二氧化碳貯槽，所述的二氧化碳進口、二氧化碳緩衝罐、壓縮機、冷卻器、汽水分離器、吸附器和換熱器通過管道依次連通，所述的低溫乙烯進口通過提壓泵與所述的換熱器的進口連通，所述的二氧化碳與所述的低溫乙烯在所述的換熱器中進行換熱，所述的換熱器的出口通過管道與所述的精餾塔的進口連通，所述的精餾塔的下端出口與用於進一步冷卻液體二氧化碳的過冷器連通，所述的過冷器與二氧化碳貯槽連通。[0007]所述的吸附器內填有η -絡合吸附劑、4A分子篩。採用多種吸附劑組合方案，可以有效脫除原料氣中的多種難分離雜質，所選的吸附劑價格低、壽命長、再生簡單。[0008]所述的吸附器與所述的換熱器之間的管道上設置有用於吸附異味的活性炭吸附器，保證液態二氧化碳產品無異味。[0009]所述的換熱器與所述的精餾塔之間的管道上設置有氣液分離器，所述的換熱器的出口與所述的氣液分離器的進口連通，所述的氣液分離器的上端出氣口與所述的精餾塔的上部進口連通，所述的氣液分離器的下端出液口與所述的精餾塔的下部進口連通，通過氣液分離器對吸附處理後的二氧化碳氣液混合體進行汽液預分離，減少精餾塔的塔板數或填料填充量。[0010]所述的精餾塔的塔底再沸器中使用質量百分比為3(Γ60%的乙二醇水溶液作為加熱介質，所述的精餾塔的下端出口還連通有用於冷卻所述的乙二醇水溶液的乙烯冷量回收換熱器，低溫乙烯的冷量除用於二氧化碳提純外，還副產一部分-10°c的乙二醇水溶液， -10°c的乙二醇溶液直接用於環氧乙烷製備裝置。[0011]所述的精餾塔採用板波紋填料。此填料對於系統物系具有較好的性能，對二氧化碳提純具有很好的效果。[0012]與現有技術相比，本實用新型的優點在於[0013](1)採用能量集成技術，利用低溫乙烯升溫汽化(通常乙烯升溫汽化要消耗蒸汽) 的冷量作為二氧化碳提純的冷量，節省大量的冷量，同時升溫汽化後的乙烯可直接用於環氧乙烷製備，同時利用了二氧化碳液化產生的熱量，節省乙烯汽化所需熱量；[0014](2)低溫精餾塔採用_5°C乙二醇溶液作為加熱介質，產生-10°C的乙二醇水溶液，低溫乙烯的冷量除用於二氧化碳提純外，還用於將一部分-5°C的乙二醇溶液冷卻到-10°C，產生-10°C的乙二醇水溶液直接用於環氧乙烷生產中。[0015](3)通過能量合理匹配，減小換熱溫差，降低設備材質要求，簡化流程；[0016](4)由於低溫乙烯提供的冷量品位(_40°C)比氨製冷提供的冷量品位(_33°C)更高，高品位冷量的利用可以提高二氧化碳的回收率；[0017](5)採用低溫乙烯升溫液化提供冷量的低溫精餾操作溫度比用氨製冷供冷低，所以系統操作壓力相對更低，從而使裝置投資減少；[0018](6)採用吸附一低溫精餾相結合的方法，可以生產出純度達到食品添加劑液體二氧化碳國家標準(GB10621-2006 )的產品。[0019]綜上所述，本實用新型利用低溫乙烯升溫汽化冷量生產食品級二氧化碳的系統， 利用低溫乙烯升溫汽化的冷量作為二氧化碳提純的冷量，副產食品級液體二氧化碳，同時升溫汽化後的乙烯可直接用於環氧乙烷製備，同時還可副產-10°c的乙二醇溶液；利用了二氧化碳液化產生的熱量，節省乙烯汽化所需熱量。此系統實現了能量的充分、合理、集成利用，既有顯著的經濟效益，同時還減少了二氧化碳溫室氣體的排放，社會效益更加顯著。


[0020]圖1為利用低溫乙烯升溫汽化冷量生產食品級二氧化碳的系統示意圖。
具體實施方式
[0021]
以下結合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。[0022]本實用新型利用低溫乙烯升溫汽化冷量生產食品級二氧化碳的系統，如圖1所示，包括低溫乙烯進口 1、二氧化碳進口 2、二氧化碳緩衝罐3、壓縮機4、冷卻器5、汽水分離器6、用於脫水、脫乙烯及脫有機物的吸附器7、換熱器8、精餾塔9、過冷器10、二氧化碳貯槽11，二氧化碳進口 2、二氧化碳緩衝罐3、壓縮機4、冷卻器5、汽水分離器6、吸附器7和換熱器8通過管道依次連通，低溫乙烯進口 1通過提壓泵15與換熱器8的進口連通，氣體二氧化碳與低溫乙烯在換熱器8中進行換熱液化為液體二氧化碳，換熱器8的出口通過管道與精餾塔9的進口連通，精餾塔9的下端出口與過冷器10連通，過冷器10與二氧化碳貯槽 11連通。[0023]在此具體實施例中，吸附器7內填有π-絡合吸附劑和4A分子篩，採用多種吸附劑組合方案，可以有效脫除原料氣中的多種難分離雜質，而且所選吸附劑價格低、壽命長、 再生簡單；吸附器7與換熱器8之間的管道上設置有用於吸附異味的活性炭吸附器12，保證液態二氧化碳產品無異味；換熱器8與精餾塔9之間的管道上設置有氣液分離器13，換熱器8的出口與氣液分離器13的進口連通，氣液分離器13的上端出氣口與精餾塔8的上部進口連通，氣液分離器13的下端出液口與精餾塔9的下部進口連通；[0024]在此具體實施例中，精餾塔9的塔底再沸器中使用乙二醇溶液(乙二醇在乙二醇水溶液中的質量百分比為30 60%)作為加熱介質，精餾塔9的下端出口還連通有用於冷卻乙二醇溶液的乙烯冷量回收換熱器14(回收乙烯的冷量用於將-5°C的乙二醇水溶液冷卻為-10°C的乙二醇水溶液)，低溫乙烯的冷量除用於二氧化碳提純外，還副產一部分-10°C的乙二醇溶液，-10°C的乙二醇溶液直接用於環氧乙烷製備裝置，精餾塔9採用板波紋填料。[0025]工藝過程如下[0026](1) 二氧化碳壓縮吸附[0027]二氧化碳原料氣先進入二氧化碳緩衝罐3，經緩衝後氣體進入壓縮機4，壓縮機4 為二級或三級壓縮，把氣體壓力增加到2. 0 2. 5MPa,然後進入冷卻器5冷卻到40°C，經汽水分離器6分水後，氣體進到進入吸附器7中脫水、乙烯及有機物，後經活性炭吸附器12脫出可能存在的異味後，送到低溫精餾系統。[0028](2)低溫精餾系統[0029]經過吸附淨化的二氧化碳氣體中所含雜質為氮氣、氧氣、甲烷等輕組分，二氧化碳氣體經換熱器8部分液化(約90wt%液化，溫度為-20 -40°C )，然後進入氣液分離器13氣液分離後進入精餾塔9。二氧化碳冷凝液化冷量為低溫乙烯升溫部分冷量，精餾塔9塔頂分出甲烷、氧氣、氮氣等輕組分不凝氣體，精餾塔9塔底二氧化碳純度達到99. 95%以上，經過冷器10過冷(過冷5°C)後送入液體二氧化碳貯槽11儲存，得到的產品質量達到食品添加劑液體二氧化碳國家標準(GB10621-2006)的要求。[0030]其中精餾塔9塔頂的氣相餾份引到精餾塔9的塔頂冷凝器91中，用原料低溫乙烯升溫冷量降溫至-25 -40°C，冷凝液相作為精餾塔9回流，不凝氣體經節流降壓後回收冷量或放空，精餾塔9的塔底再沸器92所用的熱源為_5°C的乙二醇水溶液，乙二醇水溶液加熱後控制排出溫度為-10°C，-10°C的乙二醇水溶液作為環氧乙烷製備裝置的部分冷量。[0031]用能分析如下(以年產6萬噸環氧乙烷裝置為例)[0032]低溫乙烯儲存及用量條件汽化量5724. 7kg/h，壓力0MPag，溫度_104°C[0033]進入環氧乙烷製備的工藝參數如下流量5724. 7kg/h，壓力2. 209MPa，溫度 50 "C。[0034]當壓力為2.259MPa時，乙烯的汽化溫度為_24.5°C。二氧化碳低溫液化所需溫度為-20—-35°C，精餾塔9塔頂的冷凝溫度為-25—-35°C。低溫乙烯首先跟二氧化碳在換熱器8中進行換熱使氣體二氧化碳液化，然後與精餾塔9的塔頂冷凝器91換熱，再與過冷器10換熱，以上三個換熱器的用冷負荷為245kw。經以上三次換熱後，乙烯的溫度上升到_40°C左右。然後此物流跟-5°C的乙二醇水溶液換熱，出口物流為-10°C的乙二醇水溶液，乙烯的溫度為-10°C，通過回收精餾塔9的塔底冷量和乙烯冷量，可節省二氧化碳提純所需冷量對5 kw,同時可副產-10°C的乙二醇溶液約95噸/小時(440kw)，並同時節約蒸汽約2噸/小時，實現了冷量和熱量的充分合理利用。
權利要求1.一種利用低溫乙烯升溫汽化冷量生產食品級二氧化碳的系統，包括低溫乙烯進口、 二氧化碳進口、二氧化碳緩衝罐、壓縮機、冷卻器、汽水分離器、用於脫水、脫乙烯及脫有機物的吸附器、換熱器、精餾塔、過冷器、二氧化碳貯槽，其特徵在於所述的二氧化碳進口、二氧化碳緩衝罐、壓縮機、冷卻器、汽水分離器、吸附器和換熱器通過管道依次連通，所述的低溫乙烯進口通過提壓泵與所述的換熱器的進口連通，所述的換熱器的出口通過管道與所述的精餾塔的進口連通，所述的精餾塔的下端出口與用於進一步冷卻液體二氧化碳的過冷器連通，所述的過冷器與二氧化碳貯槽連通。
2.根據權利要求1所述的利用低溫乙烯升溫汽化冷量生產食品級二氧化碳的系統，其特徵在於所述的吸附器與所述的換熱器之間的管道上設置有用於吸附異味的活性炭吸附ο
3.根據權利要求1所述的利用低溫乙烯升溫汽化冷量生產食品級二氧化碳的系統，其特徵在於所述的換熱器與所述的精餾塔之間的管道上設置有氣液分離器，所述的換熱器的出口與所述的氣液分離器的進口連通，所述的氣液分離器的上端出氣口與所述的精餾塔的上部進口連通，所述的氣液分離器的下端出液口與所述的精餾塔的下部進口連通。
4.根據權利要求1所述的利用低溫乙烯升溫汽化冷量生產食品級二氧化碳的系統，其特徵在於所述的精餾塔的塔底再沸器中使用質量百分比為30 60%的乙二醇水溶液作為加熱介質，所述的精餾塔的下端出口還連通有用於冷卻所述的乙二醇水溶液的乙烯冷量回收換熱器。
5.根據權利要求1所述的利用低溫乙烯升溫汽化冷量生產食品級二氧化碳的系統，其特徵在於所述的精餾塔採用板波紋填料。
專利摘要本實用新型公開了一種利用低溫乙烯升溫汽化冷量生產食品級二氧化碳的系統，包括低溫乙烯進口、二氧化碳進口、二氧化碳緩衝罐、壓縮機、冷卻器、汽水分離器、用於脫水、脫乙烯及脫有機物的吸附器、換熱器、精餾塔、過冷器、二氧化碳貯槽，特點是二氧化碳進口、二氧化碳緩衝罐、壓縮機、冷卻器、汽水分離器、吸附器和換熱器通過管道依次連通，低溫乙烯進口通過提壓泵與所述的換熱器的進口連通，換熱器的出口通過管道與精餾塔的進口連通，精餾塔的下端出口與過冷器連通，過冷器與二氧化碳貯槽連通，優點是利用低溫乙烯升溫汽化的冷量作為二氧化碳提純的冷量，生產食品級液體二氧化碳，實現了冷量和熱量的充分合理利用。
文檔編號C01B31/20GK202246075SQ20112028229
公開日2012年5月30日 申請日期2011年8月5日 優先權日2011年8月5日
發明者衛維劍, 吳立娟, 王宇光, 谷新春, 馬文華 申請人:化學工業第二設計院寧波工程有限公司