[發明專利]高濃度二氧化碳排放氣制備食品級CO2的工藝方法

有效

• 申請號: 201110364222.8
• 申請日: 2011-11-17
• 公開（公告）號: CN102502634A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 皮金林;徐建民;夏炎華;鞠水清;李繁榮;嚴義剛;劉偉;任春芳;楊建國
• 申請（專利權）人: 中國五環工程有限公司
• 主分類號: C01B31/20
• 分類號: C01B31/20
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 涂潔

技術領域

本發明涉及一種制備食品級CO₂的工藝方法，具體的說是高濃度二氧化碳排放氣制備食品級CO₂的工藝方法。

背景技術

全球氣候變暖對人類以及整個地球環境可能產生的危害，已經日益引起世界各國的廣泛關注。為了遏制全球增暖趨勢，1997年通過的《京都議定書》將減少全球二氧化碳(CO₂)排放確定為今后的工作目標。如何減少CO₂的排放，成為各國政府以及科學家首要關心的問題。國內排放的CO₂主要來源于化肥廠尾氣、煉廠尾氣、發酵尾氣等，通過合適技術回收后用于食品、醫藥、焊割等行業，既能夠減少CO₂的排放量，又可將其用于工業生產。

分離提純二氧化碳氣體的方法有很多，根據二氧化碳的來源不同和用戶的要求不用，一般可分為化學法和物理法兩類。化學法利用二氧化碳可以與堿性物質反應的原料進行吸收分離；物理方法包括物理溶劑吸收法、吸附分離法、薄膜滲透法和低溫精餾法。

低溫精餾法又稱加壓精餾工藝，在高濃度CO₂排放氣制備食品級CO₂的方法中，低壓法生產食品級CO₂的壓力為1.5MPaG，此壓力對應的飽和溫度為-28.5℃，此法雖然CO₂壓縮機效率較高，但冷源溫度必須在-35℃左右才能液化，對氨冷凍系統的要求較高。中壓法生產食品級CO₂的壓力一般為2.5MPaG，如閆小茹等(《化工設計》，2008，18(6))提出了一種加壓精餾工藝，首先將原料氣壓縮至2.4MPaG，而后經凈化處理后送至精餾裝置，并利用低壓蒸汽作為精餾裝置再沸器的熱源，其產品純度可達到99.99％，但是由于需要消耗低壓蒸汽作為精餾塔的熱源，導致裝置的能耗增加。而高壓法生產食品級CO₂時，CO₂的制備壓力約8.0MPaG，此壓力超過CO₂的臨界壓力，雖然用常溫水就可以冷卻液化，但至少要經過4～5級壓縮，這樣不僅壓縮機功耗過多，而且系統耐壓要求高，對設備、管道、儀表等的要求更高。綜上所述，目前為止，上述幾種壓力下的制備工藝，其能耗損失均較大，導致制備工藝復雜、占地面積大、設備投資及運行成本較高的問題。并且經精餾處理的不凝性氣體通常直接排放，冷量沒有得到很好的回收和利用，導致能耗增加。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述技術問題，提供一種工藝流程最大優化、系統運行能耗低、占地面積小、投備投資及運行成本低的高濃度二氧化碳排放氣制備食品級CO₂的工藝方法。

本發明工藝包括將高濃度CO₂原料氣壓縮、凈化除雜、脫水、精餾以及冷卻得到食品級CO₂，所述原料氣壓縮至4～6MPaG后，部分原料氣進入精餾步驟中的CO₂中壓低溫精餾塔為塔底再沸器供熱，換熱后的部分原料器再與剩余原料氣混合進入凈化除雜步驟。

所述精餾步驟中，精餾后得到的不凝性氣體與經脫水步驟后得到的凈化原料氣進行換熱，換熱后的不凝性氣體進入脫水步驟的吸附器再生，再生后的尾氣排放。

所述換熱后的部分原料氣與剩余原料氣混合后降溫至40℃以下再進入凈化除雜步驟。

所述部分原料氣占給壓縮后原料氣總體積的45～55％。

所述不凝性氣體先進行初次換熱至-15～-5℃后再與凈化原料氣進行二次換熱至18～28℃后，再進行三次換熱(再生加熱器)至180～200℃后進入脫水步驟的吸附器再生。

所述不凝性氣體先經精餾步驟中的CO₂中壓低溫精餾塔的內置式換熱器進行初次換熱。所述內置式換熱器最好設置在CO₂中壓低溫精餾塔的塔頂。

所述精餾后得到的不凝性氣體在CO₂中壓低溫精餾塔內先進行多級減壓至0.2～0.5MPaG后再進行換熱，減壓獲得的冷量用于預冷進入CO₂中壓低溫精餾塔進行精餾前的氣液混合物。所述多級減壓優選二級或三級減壓，可以防止高壓的CO₂僅經一次減壓后形成干冰以及降低管道和設備的低溫材質等級。所述氣液混合物是經過脫水步驟后的凈化原料氣在二氧化碳液化器中被部分液化后形成的氣液混合物。