氣體二氧化碳的膨脹液化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般地涉及氣體二氧化碳的液化，具體公開一種氣體二氧化碳的膨脹液化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]圖2示出一種食品級液體二氧化碳產(chǎn)品的生產(chǎn)方法的流程圖，包括下述步驟:
[0003](I)第一壓縮工序30
[0004]將來自界區(qū)外壓力約為0.02MPa、溫度為30?40°C的含有微量機械水、甲烷、乙烯、苯雜質(zhì)的二氧化碳含量約為99.2%的二氧化碳原料氣體經(jīng)水洗后，與經(jīng)受孔板流量計I控制的調(diào)節(jié)閥2調(diào)解進入的化學(xué)反應(yīng)稍微過量的氧氣混合，一起進入預(yù)冷器10預(yù)冷，經(jīng)過第一水分離器20除去機械水后進入第一壓縮工序30，經(jīng)一段壓縮31升壓至0.1?0.35MPa和二段壓縮32升壓至0.8?1.2MPa，從二段壓縮32出來的含有微量甲烷、乙烯、苯雜質(zhì)的二氧化碳?xì)怏w和稍微過量的氧氣的溫度為125?135°C，然后送到脫烴工序50。
[0005](2)脫烴工序50
[0006]來自第一壓縮工序30的含有微量甲烷、乙烯、苯雜質(zhì)的二氧化碳?xì)怏w和稍微過量的氧氣首先進入脫烴預(yù)熱器51預(yù)熱到215?225°C，然后經(jīng)過脫烴加熱器52加熱到480?520°C，最后進入脫烴反應(yīng)器53。在脫烴反應(yīng)器53內(nèi)含有微量甲烷、乙烯、苯雜質(zhì)的二氧化碳?xì)怏w中的甲烷、乙烯與稍微過量的氧氣在高溫高壓和活性組分為鉑和鈀、載體為氧化鋁的催化劑的作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成二氧化碳和水。當(dāng)脫烴預(yù)熱器51為列管式換熱器時，從脫烴反應(yīng)器53出來的高溫氣體返回脫烴預(yù)熱器51的殼程，與管程的來自第一壓縮工序30的含有微量甲烷、乙烯、苯雜質(zhì)的二氧化碳?xì)怏w和稍微過量的氧氣換熱后，經(jīng)過水冷卻器60降溫和第二水分離器70分離機械水，進入凈化工序80。通過脫烴工序50，來自第一壓縮工序30的含有微量甲烷、乙烯、苯雜質(zhì)的二氧化碳?xì)怏w和稍微過量的氧氣中的絕大部分甲烷、乙烯轉(zhuǎn)化成了二氧化碳和水，因此，進入凈化工序80的二氧化碳?xì)怏w中含有沒有進行化學(xué)反應(yīng)的極微量甲烷、乙烯和苯，以及微量氧氣和新生成的但第二水分離器70不能分離的微量水蒸氣。脫烴加熱器52可為電加熱器。脫烴反應(yīng)器53可具有一般催化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)。
[0007](3)凈化工序80
[0008]采用變溫吸附工藝，多臺凈化器切換工作，當(dāng)某一臺或數(shù)臺凈化器81處于吸附狀態(tài)時，另一臺或數(shù)臺凈化器82處于再生狀態(tài)，其余的一臺或數(shù)臺凈化器83則處于備用狀態(tài)，常溫吸附雜質(zhì)、高溫脫附雜質(zhì)，由裝填在凈化器內(nèi)的氧化鋁和硅膠吸附劑對來自第二水分離器70的含有極微量甲烷、乙烯和苯以及微量氧氣和水蒸氣雜質(zhì)的二氧化碳?xì)怏w中的微量水蒸氣和極微量苯雜質(zhì)選擇性吸附，對來自第二水分離器70的含有極微量甲烷、乙烯和苯以及微量氧氣和水蒸氣雜質(zhì)的二氧化碳?xì)怏w進行凈化。
[0009]①吸附
[0010]來自第二水分離器70的含有極微量甲烷、乙烯和苯以及微量氧氣和水蒸氣雜質(zhì)的二氧化碳?xì)怏w從通常稱為吸附塔的凈化器81底部進入吸附塔，從吸附塔的頂部排出。在吸附塔中，吸附劑對微量水蒸氣和極微量苯進行有效吸附，使吸附塔出口端的氣體中的水和苯指標(biāo)達(dá)到相應(yīng)設(shè)計指標(biāo)或規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，然后送到第二壓縮工序40，吸附劑吸附至一定時間后，預(yù)計吸附劑接近飽和時停止吸附。
[0011]②逆向放壓
[0012]吸附步驟結(jié)束后，將吸附塔內(nèi)的含有極微量甲烷和乙烯以及微量氧氣雜質(zhì)的二氧化碳?xì)怏w逆著吸附方向限流卸壓排出凈化器81外，結(jié)束后吸附塔內(nèi)的壓力接近常壓。
[0013]③加熱脫附雜質(zhì)
[0014]見下述的對(6)蒸餾提純工序100的描述，從下部換熱器1019殼程出來的氣體混合物經(jīng)調(diào)節(jié)閥1014節(jié)流膨脹后再次降壓至0.05MPa，溫度為_18°C，與從球罐112排出的壓力為1.7MPa溫度為_24°C的閃蒸氣匯合在一起后形成的匯合氣流進入電加熱器85被加熱升溫至180?235°C，進入正處于加熱脫附雜質(zhì)步驟的凈化器81即吸附塔內(nèi)，逆著吸附的方向沖洗吸附劑，使吸附劑吸附的雜質(zhì)被加熱解吸，吸附劑得到充分再生，然后作為廢氣排放。
[0015]④冷卻吸附劑
[0016]加熱脫附雜質(zhì)步驟結(jié)束后，凈化器81中的吸附劑吸附的水和苯雜質(zhì)幾乎得到完全解吸，此時，不給電加熱器85通電，使沒經(jīng)電加熱的匯合氣流進入凈化器81，將凈化器81內(nèi)的吸附劑冷卻降溫至彡25°C。
[0017]⑤凈化器充壓
[0018]利用來自己從再生狀態(tài)切換為吸附狀態(tài)的通常稱為吸附塔的凈化器82的一部分經(jīng)過凈化處理后的含有極微量甲烷和乙烯以及微量氧氣雜質(zhì)的二氧化碳?xì)怏w對凈化器81充壓至吸附壓力0.8?1.2MPa，準(zhǔn)備進入下一次吸附。
[0019](4)第二壓縮工序40
[0020]來自凈化工序80的經(jīng)過凈化處理后的含有極微量甲烷和乙烯以及微量氧氣雜質(zhì)的二氧化碳?xì)怏w進入第二壓縮工序40，經(jīng)三段壓縮41升壓至2.3-2.8MPa，經(jīng)冷卻后溫度為28?32°C，送到液化工序90和蒸餾提純工序100。
[0021](5)液化工序90
[0022]來自第二壓縮工序40的溫度為28?32°C含有極微量甲烷和乙烯以及微量氧氣雜質(zhì)的二氧化碳?xì)怏w的一部分經(jīng)孔板流量計1015進入蒸餾提純工序100的蒸餾提純塔101的通常稱為塔釜盤管的再沸器1011的入口，充分提供產(chǎn)品液體二氧化碳蒸餾提純所需的熱源，從通常稱為塔釜盤管的再沸器1011的出口排出，與來自第二壓縮工序40的溫度為28?32°C含有極微量甲烷和乙烯以及微量氧氣雜質(zhì)的二氧化碳?xì)怏w的另一部分，在該另一部分從受孔板流量計1015控制的調(diào)節(jié)閥1016流出后，該兩部分匯合在一起，進入液化工序90的第一蒸發(fā)冷凝器91進行液化。液化工序90的第一蒸發(fā)冷凝器91的冷源為液氨，在第一蒸發(fā)冷凝器91中，含有極微量甲烷和乙烯以及微量氧氣雜質(zhì)的二氧化碳?xì)怏w充分與液氨進行熱量交換，第一蒸發(fā)冷凝器91中的液氨液位通過調(diào)節(jié)閥進行精確控制，使大部分的二氧化碳?xì)怏w被充分液化，成為-23?_24°C液體二氧化碳，然后送入蒸餾提純工序100。
[0023](6)蒸餾提純工序100
[0024]來自液化工序90的第一蒸發(fā)冷凝器91的含有未冷凝二氧化碳?xì)怏w和極微量甲烷和乙烯以及微量氧氣雜質(zhì)的液化后的二氧化碳通過噴頭1021霧狀噴淋經(jīng)下部波紋板規(guī)整填料1017落入蒸餾提純工序100的蒸餾提純塔101的塔釜進行蒸餾提純，極微量甲烷和乙烯以及微量氧氣雜質(zhì)和未冷凝二氧化碳?xì)怏w從液化后的二氧化碳中蒸餾出來，稱為閃蒸氣，在塔釜下部得到溫度為-21?_23°C的產(chǎn)品液體二氧化碳。閃蒸氣從塔釜上升，首先經(jīng)過下部波紋板規(guī)整填料1017，在此與通過噴頭1021噴淋的低溫霧狀液體二氧化碳充分接觸，閃蒸氣中部分未冷凝二氧化碳?xì)怏w被冷凝落入蒸餾提純塔101塔釜內(nèi)；閃蒸氣繼續(xù)上升，經(jīng)過上部波紋板規(guī)整填料1018，在此與從下部換熱器1019和上部換熱器1020的管程下落的低溫霧狀液體二氧化碳充分接觸，閃蒸氣中又有部分未冷凝二氧化碳?xì)怏w被冷凝經(jīng)下部波紋板規(guī)整填料1017落入蒸餾提純塔101塔釜內(nèi)；閃蒸氣繼續(xù)上升，進入下部換熱器1019的管程，從蒸餾提純工序100的蒸餾提純塔101頂部排出的由極少量未冷凝二氧化碳?xì)怏w和極微量甲烷和乙烯以及微量氧氣構(gòu)成的氣體混合物，經(jīng)調(diào)節(jié)閥1013節(jié)流膨脹后溫度降低，進入蒸餾提純塔101上部的下部換熱器1019殼程，在下部換熱器1019內(nèi)，進入管程的閃蒸氣與經(jīng)調(diào)節(jié)閥1013節(jié)流膨脹后溫度降低進入殼程的低溫氣體混合物進行熱交換，閃蒸氣中又有部分未冷凝二氧化碳?xì)怏w被冷凝經(jīng)上部波紋板規(guī)整填料1018和下部波紋板規(guī)整填料1017落入蒸餾提純塔101塔釜內(nèi)；閃蒸氣繼續(xù)上升，進入上部換熱器1020的管程，外部低溫液氨進入蒸餾提純塔101上部的上部換熱器1020殼程，在上部換熱器1020內(nèi)，進入管程的閃蒸氣與進入殼程的低溫液氨進行熱交換，閃蒸氣中又有部分未冷凝二氧化碳?xì)怏w被冷凝經(jīng)下部換熱器1019的管程、上部波紋板規(guī)整填料1018和下部波紋板規(guī)