利用雙塔精餾提純制取食品級液體二氧化碳的裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于二氧化碳生產技術領域，具體涉及一種利用雙塔精餾提純制取食品級液體二氧化碳的裝置和方法。
【背景技術】
[0002]傳統食品級二氧化碳的生產一般采用分子篩脫水脫醇和催化燃燒法脫烴裝置及其工藝；其中，在分子篩脫水脫醇階段需要大量的熱量用于加熱再生氣體，能耗較高，脫水脫醇則需要依次經過卸壓、再生、冷吹、均壓，操作過程復雜；需要投入的設備含程控閥、吸附劑、吸附塔，電加熱器等等一次性投資較大；催化燃燒法脫烴階段采用鉑、鈀系催化劑及專利設備，價格較高，其物料需要依次經過預熱、加熱、脫烴、水冷和氨冷，能耗較高。上述工藝過程不僅給生產企業帶來了沉重的負擔，也為使用企業增加了生產成本。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于克服現有技術中的缺陷，而提供一種流程簡單、設計合理、操作方便、運行穩定、能耗低和一次性投入少的利用雙塔精餾提純制取食品級液體二氧化碳的裝置和方法。
[0004]本發明的目的是這樣實現的:包括進氣緩沖罐，進氣緩沖罐出口通過管道與原料氣四級壓縮機的進口相連，原料氣四級壓縮機的出口通過第一再沸器與第一精餾塔中下部的原料氣進口相連，第一精餾塔底部的液相出口與收集器相連，第一精餾塔頂部的氣相出口與塔頂冷凝器的氣相進口相連，塔頂冷凝器的液相出口通過管道與第一精餾塔上部的液相進口相連，塔頂冷凝器的液相出口與第一精餾塔上部的液相進口之間的管道上設有第一三通，第一三通的第三端通過管道依次與第二再沸器，第一調節閥和第二精餾塔中部進液口相連；第二精餾塔底部的液相出口通過管道與第一換熱器的進液口相連，第一換熱器的出液口與二氧化碳儲槽相連；所述塔頂冷凝器頂部的氣相出口通過第二三通和第二換熱器的殼程與氣液分離器相連，氣液分離器底部的液相出口通過管道與第二精餾塔上部的液相進口相連，氣液分離器頂部的氣相出口與第一換熱器的第一氣相進口相連，第一換熱器的第一氣相出口與廢氣總管相連；所述第二精餾塔頂部的氣相出口通過管道與第二三通的第三端相連；所述第二再沸器和第一調節閥之間的管道上設有第三三通，所述第三三通的第三端通過第二調節閥和第二換熱器的管程與第一換熱器的第二氣相進口相連，第一換熱器的第二氣相出口通過管道與原料氣四級壓縮機的二級壓縮進氣口相連。
[0005]一種利用雙塔精餾提純制取食品級液體二氧化碳裝置的方法，包括如下步驟:
[0006]步驟一:原料氣通過進氣緩沖罐和原料氣四級壓縮機進入第一再沸器進口，所述原料氣的組分為:二氧化碳95?99%，水0.4?2%，醇0.1?2%、烴0.1?1%，溫度為:10?40°C，壓力為:0.1?0.2Mpa ;所述原料氣通過原料氣四級壓縮機I后的溫度為:90?120°C，壓力為4?6Mpa;
[0007]步驟二:使步驟一中所述進入第一再沸器進口的原料氣通過第一再沸器和第一精餾塔中下部的原料氣進口進入第一精餾塔內；所述第一精餾塔中下部的原料氣進口出原料氣溫度為:30?80°C ;
[0008]步驟三:使步驟二中所述進入第一精餾塔內的原料氣與塔頂冷凝器通過第一三通和第一精餾塔上部的液相進口內進入第一精餾塔的低沸點物質進行傳質傳熱，傳質傳熱后的高沸點物質經冷凝后通過第一精餾塔底部的液相出口進入收集器內，其低沸點物質通過第一精餾塔頂部的氣相出口和塔頂冷凝器的氣相進口進入塔頂冷凝器內；所述進入的收集器內的高沸點物質組分為:二氧化碳30?35 %，醇5?11 %，水40?60 %，烴類0.1?I %，溫度為:50?80°C，壓力為4?6Mpa ；
[0009]步驟四:使步驟三中所述塔頂冷凝器內的低沸點物質的液相通過第一三通，一部分低沸點物質的液相經第一精餾塔上部的液相進口內進入第一精餾塔內與第一精餾塔中的原料氣進行傳質傳熱，另一部分低沸點物質的液相分為兩路，第一路經第二再沸器、第三三通、第一調節閥和第二精餾塔中部進液口進入第二精餾塔的內部；第二路經第二再沸器、第三三通和第二調節閥進入第二換熱器的管程；所述進入第二精餾塔內部的低沸點物質的液相溫度為:5?-10°C，壓力為4?6Mpa，流量為748Nm3/h ;所述精餾塔塔頂冷凝器中低沸點物質的液相組分:二氧化碳99.3%，雜質氣體0.7 %，溫度為5?-10°C，壓力為4.8Mpa ;進入第二換熱器管程的低沸點物質的液相溫度為:-30?_45°C，壓力為1.0?
2.0Mpa ；
[0010]步驟五:使步驟四中所述進入第二精餾塔內部的低沸點物質的液相與通過氣液分離器底部的液相出口和第二精餾塔上部的液相進口進入第二精餾塔內的二氧化碳富液進行傳質傳熱，傳質傳熱后二次低沸點物質的氣相通過第二精餾塔頂部的氣相出口排出第二精餾塔，其二次高沸點物質通過第二精餾塔底部的液相出口、第一換熱器的進液口和第一換熱器的出液口進入二氧化碳儲槽內；所述第二精餾塔底部的液相出口二次高沸點物質組分為:二氧化碳99.99%，流量為:666Nm3/h，溫度為:_10?_20°C，壓力為1.5?3.0Mpa ;所述第一換熱器的進液口的二次高沸點物質的溫度為:-10?_20°C，壓力為:1.5?3.0Mpa ；所述第一換熱器的出液口二次高沸點物質的溫度為:_15°C?-20°C，壓力為:1.5?
3.0Mpa ;所述進入二氧化碳儲槽內的二次高沸點物質即為食品級二氧化碳，其二氧化碳含量為 99.99% ；
[0011]步驟六:使步驟三中所述塔頂冷凝器內的低沸點物質的氣相通過塔頂冷凝器氣相出口和第二三通進入第二換熱器的殼程內，使步驟五中所述排出第二精餾塔的二次低沸點物質的氣相通過第二三通進入第二換熱器的殼程內，使低沸點物質的氣相和二次低沸點物質的氣相在第二換熱器的殼程內混合換熱后的氣相進入氣液分離器內；所述塔頂冷凝器氣相出口的低沸點物質的氣相組分為二氧化碳50?65%，溫度為:0?-10°C，壓力為:
4.SMpa ;所述第二精餾塔的二次低沸點物質的氣相組分為:二氧化碳91%，氫氣1%，氧氣2.1%，氮氣5.9%，溫度為:0?-15°C，壓力為1.0?2.5Mpa ;所述第二換熱器殼程內混合換熱后的氣體溫度為:_30°C，壓力為:1.26Mpa ；
[0012]步驟七:使步驟六中所述進入氣液分離器內混合換熱后的氣相進行氣液分離，氣液分離后的二氧化碳富液通過氣液分離器底部的液相出口和第二精餾塔上部的液相進口進入第二精餾塔內，氣液分離后的廢氣通過氣液分離器頂部的氣相出口、第一換熱器的第一氣相進口和第一換熱器的第一氣相出口進入廢氣總管；所述出氣液分離器底部的液相出口的二氧化碳富液組分為:二氧化碳80?90%，溫度為:-10?-32°C，壓力為1.5?
3.0MPa ;所述出氣液分離器頂部的氣相出口的廢氣組分為:二氧化碳30?52%，溫度為-10 ?-320C，壓力為 1.5 ?3.0MPa ；
[0013]步驟八:使步驟四中所述進入第二換熱器管程的低沸點物質的液相依次通過第二換熱器管程、第一換熱器的第二氣相進口和第一換熱器的第二氣相出口進入原料氣四級壓縮機的二級壓縮進氣口 ；所述進入原料氣四級壓縮機的二級壓縮進氣口的低沸點物質的液相溫度為:_14°C，壓力為1.0?2.0Mpa0
[0014]一種利用雙塔精餾提純制取食品級液體二氧化碳裝置的方法，包括如下步驟:
[0015]步驟一:原料氣通過進氣緩沖罐和原料氣四級壓縮機進入第一再沸器進口，所述原料氣的組分為:二氧化碳98.1 %，水I %，醇0.4%、烴0.5%，流量為:770Nm3/h，溫度為:40°C，壓力為:0.12Mpa ;所述原料氣通過原料氣四級壓縮機后的溫度為:100°C，壓力為
4.8Mpa ；
[0016]步驟二:使步驟一中所述進入第一再沸器進口的原料氣通過第一再沸器和第一精餾塔中下部的原料氣進口進入第一精餾塔內；所述第一精餾塔中下部的原料氣進口出原料氣溫度為:65°C ;
[0017]步驟三:使步驟二中所述進入第一精餾塔內的原料氣與塔頂冷凝器通過第一三通和第一精餾塔上部的液相進口內進入第一精餾塔的低沸點物質進行傳質傳熱，傳質傳熱后的高沸點物質經冷凝后通過第一精餾塔底部的液相出口進入收集器內，其低沸點物質通過第一精餾塔頂部的氣相出口和塔頂冷凝器的氣相進口進入塔頂冷凝器內；所述進入的收集器內的高沸點物質組分為:二氧化碳31.8%，醇10.3%，水57.8%，烴類0.1%，溫度為:69.4°C，壓力為 4.8Mpa ；
[0018]步驟四:使步驟三中所述塔頂冷凝器內的低沸點物質的液相通過第一三通13，一部分低沸點物質的液相經第一精餾塔上部的液相進口內進入第一精餾塔內與第一精餾塔中的原料氣進行傳質傳熱，另一部分低沸點物質的液相分為兩路，第一路經第二再沸器、第三三通、第一調節閥和第二精餾塔中部進液口進入第二精餾塔的內部；第二路經第二再沸器、第三三通和第二調節閥進入第二換熱器的管程；所述進入第二精餾塔內部的低沸點物質的液相溫度為:_10°C，壓力為4.8Mpa，流量為748Nm3/h ;所述精餾塔塔頂冷凝器中低沸點物質的液相組分:二氧化碳99.3%，雜質氣體0.7%，溫度為_5°C，壓力為4.8Mpa ;進入第二換熱器6管程的低沸點物質的液相溫度為:-34.5°C，壓力為1.26Mpa ；
[0019]步驟五:使步驟四中所述進入第二精餾塔內部的低沸點物質的液相與通過氣液分離器7底部的液相出口和第二精餾塔上部的液相進口進入第二精餾塔內的二氧化碳富液進行傳質傳熱，傳質傳熱后二次低沸點物質的氣相通過第二精餾塔頂部的氣相出口排出第二精餾塔，其二次高沸點物質通過第二精餾塔底部的液相出口、第一換熱器的進液口和第一換熱器的出液口進入二氧化碳儲槽內；所述第二精餾塔底部的液相出口二次高沸點物質組分為:二氧化碳99.99%，流量為:666Nm3/h，溫度為:-12.1°C，壓力為2.5Mpa ;所述第一換熱器的進液口的二次高沸點物質的溫度為:-10?_20°C，壓力為:2.5Mpa ;所述第一換熱器的出液口二次高沸點物質的溫度為:_15°C，壓力為:2.5Mpa ;所述進入二氧化碳儲槽內的二次高沸點物質即為食品級二氧化碳，其二氧化碳含量為99.99% ；
[0020]步驟六:使步驟三中所述塔頂冷凝器內的低沸點物質的氣相通過塔頂冷凝器氣相出口和第二三通進入第二換熱器的殼程內，使步驟五中所述排出第二精餾塔的二次低沸點物質的氣相通過第二三通進入第二換熱器的殼程內，使低沸點物質的氣相和二次低沸點物質的氣相在第二換熱器的殼程內混合換熱后的氣相進入氣液分離器內；所述塔頂冷凝器氣相出口的低沸點物質的氣相組分為二氧化碳63.1%，溫度為:_5°