[发明专利]利用工业废气联产或单产食品级和工业级二氧化碳的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化碳的分离方法，尤其是一种利用工业废气联产或单产食品级和工业级二氧化碳的方法。

背景技术

随着世界人口的增长和工业化生产的发展，进入大气中的温室效应气体不断增加，其对环境造成的影响受到国际社会的广泛关注。二氧化碳作为主要的温室气体成分，从工业废气中回收二氧化碳对保护环境，响应国家的节能减排号召，实现人类社会的可持续发展等方面都具有非常重要的社会意义。同时，由于液体二氧化碳具有非常广泛的用途，利用工业废气生产液体二氧化碳，变废为宝，还可以获得非常可观的经济价值。

传统的二氧化碳回收方法主要有溶剂吸收法、压缩冷凝法、吸附法、吸附精馏法、脱烃加浅低温精馏法等。过去，受制备技术和市场制约，我国液体二氧化碳品质普遍较差，特别食品级二氧化碳国家标准与国际标准相差甚远。随着新国标的颁布实施，我国的食品级二氧化碳的品质实现了与国际接轨。新国标共20多项，不仅对二氧化碳的纯度要求很高，而且对多种杂质(特别是烃类及苯)的含量作出了严格的限制。

新国标的显著特点之一就是增加了对烃类及苯含量的限制。因此，目前国内食品级二氧化碳的生产工艺大多为在传统脱硫技术的基础上，采用脱烃技术与低温精馏组合的方式。主要有两种工艺方法：一是吸附加低温精馏，二是催化氧化与低温精馏组合。

吸附加低温精馏是通过吸附剂对烃类的吸附作用除去烃类杂质，然后冷凝液化进行低温精馏。吸附方式主要包括变压吸附和变温吸附。催化氧化法是国外上世纪60年代开发并广泛应用的气体净化技术，主要原理是利用杂质成分的可燃特性，利用贵金属催化剂在有氧的条件下，将可燃杂质氧化成二氧化碳和水加以除去，该方法是目前公认的最有效的脱烃方法。但此种工艺对于含可燃气体较多的气源，如合成气变压吸附脱碳气、石化装置放空尾气等，会引起脱烃耗氧量增加、催化剂寿命缩短，从而引起投资成本的增加，且脱烃反应器温度难以控制。上述两种脱烃方式针对特定的气源均可取得满意的脱烃效果，各有优势，但催化剂或吸附剂的价格昂贵，投资大。

目前工艺存在的缺点：

(1)产品单一。现有的装置要么全部为食品级，要么全部工业级，食品级产品由于增加了脱烃等更多的净化步骤，因此成本较高，市场价格高，但需求量小，而工业级价格低，需求量大，因此，单一产品难以适应市场需求。

(2)目前的工艺大多采用一步低温精馏提纯过程。对于二氧化含量较低的气源，由于气源中二氧化碳的分压较低，液化需要较高的压力。因此现有的工艺多以二氧化含量≥90％的气源为主。对于二氧化碳含量≤90％的气源，由于系统压力的提升，设备制造投资将成倍增加；同时造成放空量增大，二氧化碳回收率降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服传统工艺不足，提供一种利用工业废气联产或单产食品级和工业级二氧化碳的方法

为了解决上述问题，本发明的技术方案为：一种利用工业废气联产或单产食品级和工业级二氧化碳的方法，包括如下步骤：

a、将二氧化碳含量≥50％的废气除去固体杂质和过饱和水后，由多段压缩机分步加压到3.0～6.5MPa，在此过程中将废气从压力≤3.0MPa的压缩机段间抽出进行一级净化，根据原料气中的杂质种类及存在形式设置对应的净化工艺，确保一次提纯后的产品达到工业级二氧化碳的要求。一级净化主要包括脱硫、除油、除醇及除异味等过程。初步脱除废气中的杂质后再进入压缩机压缩。

b、将压缩机排出的压力为3.0～6.5MPa的废气进入一级干燥器，干燥至最终工业级二氧化碳产品的含水量≤20ppm，干燥后的废气进入CO₂蒸发器初步冷却到-3～-5℃，再经一级冷凝器冷凝至-13～-15℃。经过CO₂蒸发器的原料气被冷凝为富二氧化碳液体和含二氧化碳气体的气液混合状态，然后进入一级冷凝器，在此将CO₂蒸发器的管程出来的气液混合物冷却到更低的温度，以降低气相中的二氧化碳含量。

c、从一级冷凝器出来的气液混合原料进入一级提纯器进行气液分离，利用杂质气体与CO₂相对挥发度的差异分离出轻组分杂质，轻组分杂质从一级提纯器顶部排出，从一级提纯器底部排出二氧化碳浓度≥99％的液体二氧化碳。一级提纯可以根据气体组成选择直接气液分离、简单蒸馏或精馏(提馏)。

d、从一级提纯器底部出来的压力为3.0～6.5MPa的液体二氧化碳全部去工业级产品储槽，得工业级二氧化碳产品；