一种二氧化碳制取工艺和冷箱

1.本发明涉及气体回收技术领域，尤其涉及一种二氧化碳制取工艺和冷箱。

背景技术：

2.二氧化碳减排已经成为全世界共同关注的焦点，通过合理的工艺流程制取液体二氧化碳产品，在回收利用二氧化碳尾气的同时实现二氧化碳减排。
3.目前，大多数二氧化碳回收利用工艺都是针对85％以上含量的二氧化碳回收，针对含量为40～85％的二氧化碳回收工艺做的比较少，然而该浓度的二氧化碳尾气较为普遍，从这种富二氧化碳混合气体制取较高纯度的二氧化碳产品，相同的压力下，温度越低二氧化碳的回收率就越高。二氧化碳三相点在-56.6℃附近，接近这个温度就有二氧化碳结冰堵塞管道、设备的风险，
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55℃差不多就是混合气体的冷却极限，既能保证二氧化碳不结冰冻堵，又能提高二氧化碳的回收率。然而传统的二氧化碳液化工艺所用冷量只能冷却到-30℃，尾气中大量的二氧化碳不能回收利用。
4.因此，提供一种可回收含量为40～85％二氧化碳混合气体中的二氧化碳，且回收率高的方法成为当前研究的热点。

技术实现要素：

5.本发明的目的是针对现有技术的不足提供一种二氧化碳制取工艺和冷箱。
6.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
7.本发明提供了一种在冷箱中制取二氧化碳的工艺，包含如下步骤：
8.1)将原料气顺次经过压缩、干燥、冷凝后进行气液分离，得到液态二氧化碳和气态二氧化碳；
9.2)将液态二氧化碳通入二氧化碳精馏塔，得到尾气和精馏二氧化碳；气态二氧化碳经过多级膨胀后排出装置；
10.3)将精馏二氧化碳顺次经过过冷、复温后进行压缩，得到压缩二氧化碳；尾气经过气体膨胀后排出装置；
11.4)部分压缩二氧化碳顺次经过冷却、辅助冷剂压缩、辅助冷剂冷凝、辅助冷剂过冷，得到过冷产物；剩余压缩二氧化碳送入下游装置。
12.作为优选，步骤1)所述原料气中二氧化碳的摩尔含量为40～85％。
13.作为优选，步骤1)所述压缩后原料气的压强为3～4.5mpa；所述干燥的温度为10～40℃；所述冷凝后原料气的温度为-55～-40℃。
14.作为优选，步骤2)所述气态二氧化碳的温度为-20～5℃。
15.作为优选，步骤2)所述多级膨胀包括一级膨胀和二级膨胀；其中，一级膨胀的压强由3.5～4.5mpa降至1.4～1.8mpa，二级膨胀的压强由1.4～1.8mpa 降至0.2～0.6mpa；一级膨胀和二级膨胀的温度独立的由-2～2℃降至
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55～-50℃。
16.作为优选，步骤3)所述过冷的温度为-20～-15℃；复温后的温度为 25～35℃；所
述复温和步骤1)所述冷凝独立的在主换热器中进行。
17.作为优选，步骤3)所述压缩二氧化碳的压强为1.5～4mpa；所述尾气的温度为-20～5℃；所述气体膨胀的压强由3.5～4.5mpa降至0.2～0.6mpa。
18.作为优选，步骤4)所述冷却的方式为循环水或空冷器冷却；所述过冷产物进入球罐储存或作为低温区补充冷剂。
19.作为优选，步骤4)所述辅助冷剂压缩后的压强为1.5～2mpa；所述辅助冷剂为液氨、氟利昂、丙烷或丙烯。
20.本发明的有益效果包括以下几点：
21.1)本发明在冷箱中制取二氧化碳的工艺可以回收二氧化碳的摩尔含量为40～85％的混合气体中的二氧化碳，且二氧化碳回收率高，可达55％以上。
22.2)本发明在冷箱中制取二氧化碳时，可使二氧化碳混合气体的温度降至接近-55℃，可以在保证二氧化碳不结冰的同时尽可能多的回收二氧化碳。
附图说明
23.图1为本发明在冷箱中制取二氧化碳的工艺流程图。
具体实施方式
24.本发明在冷箱中制取二氧化碳的工艺流程如图1所示。
25.本发明提供了一种在冷箱中制取二氧化碳的工艺，包含如下步骤：
26.1)将原料气顺次经过压缩(图1中的原料气压缩)、干燥(图1中的原料气干燥)、冷凝(在图1的主换热器中进行)后进行气液分离(图1的气液分离)，得到液态二氧化碳和气态二氧化碳；
27.2)将液态二氧化碳通入二氧化碳精馏塔(图1的co2精馏塔)，得到尾气和精馏二氧化碳；气态二氧化碳经过多级膨胀(图1的一级膨胀和二级膨胀)后排出装置(图1的尾气出装置1)；
28.3)将精馏二氧化碳顺次经过过冷(图1的液相co2过冷)、复温(在图1的主换热器中进行)后进行压缩(图1的co2压缩)，得到压缩二氧化碳；尾气经过气体膨胀(图1的气体膨胀)后排出装置(图1的尾气出装置 2)；
29.4)部分压缩二氧化碳顺次经过冷却(图1的液相co2产品冷却)、辅助冷剂压缩(图1的辅助冷剂压缩)、辅助冷剂冷凝(图1的辅助冷剂冷凝)、辅助冷剂过冷(图1的辅助冷剂过冷)，得到过冷产物；剩余压缩二氧化碳送入下游装置(图1的高压气相co2产品去下游装置)。
30.本发明中，步骤1)所述原料气中二氧化碳的摩尔含量优选为40～85％，进一步优选为50～75％，更优选为55～70％。
31.本发明中，步骤1)所述压缩后原料气的压强优选为3～4.5mpa，进一步优选为3.5～4mpa；所述干燥的温度优选为10～40℃，进一步优选为15～35℃，更优选为20～30℃；所述冷凝后原料气的温度优选为-55～-40℃，进一步优选为-50～-45℃，更优选为-48～-46℃。
32.本发明中，步骤1)所述干燥后原料气的露点优选为-60～-40℃，进一步优选为-55
～-45℃，更优选为-50℃。
33.本发明中，步骤2)所述气态二氧化碳的温度优选为-20～5℃，进一步优选为-15～0℃，更优选为-10～-5℃。
34.本发明中，步骤2)所述多级膨胀优选为包括一级膨胀和二级膨胀；其中，一级膨胀的压强优选为由3.5～4.5mpa降至1.4～1.8mpa，进一步优选为由3.8～4.2mpa降至1.5～1.7mpa，更优选为由4mpa降至1.6mpa；二级膨胀的压强优选为由1.4～1.8mpa降至0.2～0.6mpa，进一步优选为由1.5～1.7mpa 降至0.3～0.5mpa，更优选为由1.6mpa降至0.4mpa；一级膨胀和二级膨胀的温度独立的优选为由-2～2℃降至-55～-50℃，进一步优选为由0～2℃降至
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52～-50℃，更优选为由0℃降至-52℃。
35.本发明中，步骤3)所述过冷的温度优选为-20～-15℃，进一步优选为
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18～-16℃，更优选为-16℃；复温后的温度优选为25～35℃，进一步优选为 28～32℃，更优选为30℃；所述复温和步骤1)所述冷凝独立的优选为在主换热器中进行。
36.本发明中，步骤3)所述压缩二氧化碳的压强优选为1.5～4mpa，进一步优选为2～3.5mpa，更优选为2.5～3mpa；所述尾气的温度优选为-20～5℃，进一步优选为-15～0℃，更优选为-10～-5℃；所述气体膨胀的压强优选为由 3.5～4.5mpa降至0.2～0.6mpa，进一步优选为由3.8～4.2mpa降至0.3～0.5mpa，更优选为由4mpa降至0.4mpa。
37.本发明中，步骤4)所述冷却的方式优选为循环水或空冷器冷却；所述过冷产物优选为进入球罐储存(图1的液相co2产品去球罐)或作为低温区补充冷剂。
38.本发明中，步骤4)所述辅助冷剂压缩后的压强优选为1.5～2mpa，进一步优选为1.6～1.8mpa，更优选为1.7mpa；所述辅助冷剂优选为液氨、氟利昂、丙烷或丙烯。
39.本发明中，步骤4)所述部分压缩二氧化碳与剩余压缩二氧化碳的体积比优选为1:0.1～2；进一步优选为1:1～1.8，更优选为1:1.2～1.5。
40.本发明中，所述辅助冷剂在压强≤2mpa时，可以被循环水或空冷器全部液化，制冷温度优选为-35～-15℃，进一步优选为-25～-20℃。
41.下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
42.实施例1
43.将原料气(二氧化碳的摩尔含量为60％)压缩至压强为3mpa后，在温度为10℃条件下进行干燥(干燥后原料气的露点为-60℃)，然后将其在主换热器中冷凝至-55℃后进行气液分离，得到液态二氧化碳和气态二氧化碳；将液态二氧化碳通入二氧化碳精馏塔，得到尾气和精馏二氧化碳；将气态二氧化碳复温到-20℃后顺次经过一级膨胀(压强由3.5mpa降至1.4mpa，温度由-2℃降至-55℃)和二级膨胀(压强由1.4mpa降至0.2mpa，温度由-2℃降至-55℃)后排出装置。
44.将精馏二氧化碳在-20℃条件下过冷后在主换热器中复温到25℃，然后压缩到压强为1.5mpa，得到压缩二氧化碳；将尾气复温到-20℃后进行气体膨胀(压强由3.5mpa降至0.6mpa)后排出装置；将部分压缩二氧化碳经过循环水冷却，然后顺次在液氨条件下将其压缩(压缩后二氧化碳的压强为 1.5mpa)、冷凝、过冷，得到过冷产物后进入球罐储存；剩余压缩二氧化碳送入下游装置(部分压缩二氧化碳与剩余压缩二氧化碳的体积比为1：2)。
45.本实施例中二氧化碳的收率为67％。
46.实施例2
47.将原料气(二氧化碳的摩尔含量为40％)压缩至压强为4.5mpa后，在温度为40℃条件下进行干燥(干燥后原料气的露点为-40℃)，然后将其在主换热器中冷凝至-40℃后进行气液分离，得到液态二氧化碳和气态二氧化碳；将液态二氧化碳通入二氧化碳精馏塔，得到尾气和精馏二氧化碳；将气态二氧化碳复温到5℃后顺次经过一级膨胀(压强由4.5mpa降至1.8mpa，温度由2℃降至-50℃)和二级膨胀(压强由1.8mpa降至0.6mpa，温度由2℃降至-50℃)后排出装置。
48.将精馏二氧化碳在-15℃条件下过冷后在主换热器中复温到35℃，然后压缩到压强为4mpa，得到压缩二氧化碳；将尾气复温到5℃后进行气体膨胀(压强由4.5mpa降至0.4mpa)后排出装置；将部分压缩二氧化碳经过空冷器冷却，然后顺次在氟利昂条件下将其压缩(压缩后二氧化碳的压强为 2mpa)、冷凝、过冷，得到过冷产物，过冷产物作为低温区补充冷剂；剩余压缩二氧化碳送入下游装置(部分压缩二氧化碳与剩余压缩二氧化碳的体积比为2：1)。
49.本实施例中二氧化碳的收率为58％。
50.实施例3
51.将原料气(二氧化碳的摩尔含量为70％)压缩至压强为4mpa后，在温度为20℃条件下进行干燥(干燥后原料气的露点为-50℃)，然后将其在主换热器中冷凝至-50℃后进行气液分离，得到液态二氧化碳和气态二氧化碳；将液态二氧化碳通入二氧化碳精馏塔，得到尾气和精馏二氧化碳；将气态二氧化碳复温到0℃后顺次经过一级膨胀(压强由4mpa降至1.6mpa，温度由 0℃降至-52℃)和二级膨胀(压强由1.6mpa降至0.5mpa，温度由0℃降至
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52℃)后排出装置。
52.将精馏二氧化碳在-18℃条件下过冷后在主换热器中复温到30℃，然后压缩到压强为2.5mpa，得到压缩二氧化碳；将尾气复温到0℃后进行气体膨胀(压强由4mpa降至0.5mpa)后排出装置；将部分压缩二氧化碳经过循环水冷却，然后顺次在丙烷条件下将其压缩(压缩后二氧化碳的压强为 1.8mpa)、冷凝、过冷，得到过冷产物后进入球罐储存；剩余压缩二氧化碳送入下游装置(部分压缩二氧化碳与剩余压缩二氧化碳的体积比为10：1)。
53.本实施例中二氧化碳的收率为79％。
54.实施例4
55.将原料气(二氧化碳的摩尔含量为85％)压缩至压强为3.5mpa后，在温度为35℃条件下进行干燥(干燥后原料气的露点为-45℃)，然后将其在主换热器中冷凝至-45℃后进行气液分离，得到液态二氧化碳和气态二氧化碳；将液态二氧化碳通入二氧化碳精馏塔，得到尾气和精馏二氧化碳；将气态二氧化碳复温到10℃后顺次经过一级膨胀(压强由3.8mpa降至1.5mpa，温度由-1℃降至-52℃)和二级膨胀(压强由1.5mpa降至0.4mpa，温度由-1℃降至-52℃)后排出装置。
56.将精馏二氧化碳在-16℃条件下过冷后在主换热器中复温到30℃，然后压缩到压强为3mpa，得到压缩二氧化碳；将尾气复温到10℃后进行气体膨胀(压强由3.8mpa降至0.4mpa)后排出装置；将部分压缩二氧化碳经过循环水冷却，然后顺次在丙烯条件下将其压缩(压缩后二氧化碳的压强为 1.6mpa)、冷凝、过冷，得到过冷产物，过冷产物作为低温区补充冷剂；剩余压缩二氧化碳送入下游装置(部分压缩二氧化碳与剩余压缩二氧化碳的体积
比为5：2)。
57.本实施例中二氧化碳的收率为86％。
58.由实施例1～4可知：本发明的回收方法可以回收二氧化碳的摩尔含量为40～85％的混合气体中的二氧化碳，且二氧化碳回收率高，可达55％以上。
59.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种在冷箱中制取二氧化碳的工艺，其特征在于，包含如下步骤：1)将原料气顺次经过压缩、干燥、冷凝后进行气液分离，得到液态二氧化碳和气态二氧化碳；2)将液态二氧化碳通入二氧化碳精馏塔，得到尾气和精馏二氧化碳；气态二氧化碳经过多级膨胀后排出装置；3)将精馏二氧化碳顺次经过过冷、复温后进行压缩，得到压缩二氧化碳；尾气经过气体膨胀后排出装置；4)部分压缩二氧化碳顺次经过冷却、辅助冷剂压缩、辅助冷剂冷凝、辅助冷剂过冷，得到过冷产物；剩余压缩二氧化碳送入下游装置。2.根据权利要求1所述的在冷箱中制取二氧化碳的工艺，其特征在于，步骤1)所述原料气中二氧化碳的摩尔含量为40～85％。3.根据权利要求1或2所述的在冷箱中制取二氧化碳的工艺，其特征在于，步骤1)所述压缩后原料气的压强为3～4.5mpa；所述干燥的温度为10～40℃；所述冷凝后原料气的温度为-55～-40℃。4.根据权利要求1所述的在冷箱中制取二氧化碳的工艺，其特征在于，步骤2)所述气态二氧化碳的温度为-20～5℃。5.根据权利要求4所述的在冷箱中制取二氧化碳的工艺，其特征在于，步骤2)所述多级膨胀包括一级膨胀和二级膨胀；其中，一级膨胀的压强由3.5～4.5mpa降至1.4～1.8mpa，二级膨胀的压强由1.4～1.8mpa降至0.2～0.6mpa；一级膨胀和二级膨胀的温度独立的由-2～2℃降至-55～-50℃。6.根据权利要求4或5所述的在冷箱中制取二氧化碳的工艺，其特征在于，步骤3)所述过冷的温度为-20～-15℃；复温后的温度为25～35℃；所述复温和步骤1)所述冷凝独立的在主换热器中进行。7.根据权利要求6所述的在冷箱中制取二氧化碳的工艺，其特征在于，步骤3)所述压缩二氧化碳的压强为1.5～4mpa；所述尾气的温度为-20～5℃；所述气体膨胀的压强由3.5～4.5mpa降至0.2～0.6mpa。8.根据权利要求7所述的在冷箱中制取二氧化碳的工艺，其特征在于，步骤4)所述冷却的方式为循环水或空冷器冷却；所述过冷产物进入球罐储存或作为低温区补充冷剂。9.根据权利要求8所述的在冷箱中制取二氧化碳的工艺，其特征在于，步骤4)所述辅助冷剂压缩后的压强为1.5～2mpa；所述辅助冷剂为液氨、氟利昂、丙烷或丙烯。

技术总结

本发明属于气体回收技术领域。本发明提供了一种在冷箱中制取二氧化碳的工艺，包含如下步骤：将原料气顺次经过压缩、干燥、冷凝后进行气液分离，得到液态二氧化碳和气态二氧化碳；将液态二氧化碳通入二氧化碳精馏塔，得到尾气和精馏二氧化碳；气态二氧化碳经过多级膨胀后排出装置；将精馏二氧化碳顺次经过过冷、复温后进行压缩，得到压缩二氧化碳；尾气经过气体膨胀后排出装置；部分压缩二氧化碳顺次经过冷却、辅助冷剂压缩、辅助冷剂冷凝、辅助冷剂过冷，得到过冷产物；剩余压缩二氧化碳送入下游装置。本发明在冷箱中制取二氧化碳的工艺可以回收二氧化碳的摩尔含量为40～85％的混合气体中的二氧化碳，且二氧化碳回收率高，可达55％以上。55％以上。55％以上。