[发明专利]利用双塔精馏提纯制取食品级液体二氧化碳的装置和方法

权利要求书

1.一种利用双塔精馏提纯制取食品级液体二氧化碳的装置，其特征在于：该装置包括进气缓冲罐(22)，进气缓冲罐(22)出口通过管道与原料气四级压缩机(1)的进口相连，原料气四级压缩机(1)的出口通过第一再沸器(2)与第一精馏塔(3)中下部的原料气进口相连，第一精馏塔(3)底部的液相出口与收集器(4)相连，第一精馏塔(3)顶部的气相出口与塔顶冷凝器(5)的气相进口相连，塔顶冷凝器(5)的液相出口通过管道与第一精馏塔(3)上部的液相进口相连，塔顶冷凝器(5)的液相出口与第一精馏塔(3)上部的液相进口之间的管道上设有第一三通(13)，第一三通(13)的第三端通过管道依次与第二再沸器(8)，第一调节阀(10)和第二精馏塔(9)中部进液口相连；第二精馏塔(9)底部的液相出口通过管道与第一换热器(12)的进液口相连，第一换热器(12)的出液口与二氧化碳储槽(16)相连；所述塔顶冷凝器(5)顶部的气相出口通过第二三通(14)和第二换热器(6)的壳程与气液分离器(7)相连，气液分离器(7)底部的液相出口通过管道与第二精馏塔(9)上部的液相进口相连，气液分离器(7)顶部的气相出口与第一换热器(12)的第一气相进口(18)相连，第一换热器(12)的第一气相出口(19)与废气总管(17)相连；所述第二精馏塔(9)顶部的气相出口通过管道与第二三通(14)的第三端相连；所述第二再沸器(8)和第一调节阀(10)之间的管道上设有第三三通(15)，所述第三三通(15)的第三端通过第二调节阀(11)和第二换热器(6)的管程与第一换热器(12)的第二气相进口(20)相连，第一换热器(12)的第二气相出口(21)通过管道与原料气四级压缩机(1)的二级压缩进气口相连。

2.根据权利要求1所述的一种利用双塔精馏提纯制取食品级液体二氧化碳装置的方法，其特征在于：该工艺方法包括如下步骤：

步骤一：原料气通过进气缓冲罐(22)和原料气四级压缩机(1)进入第一再沸器(2)进口，所述原料气的组分为：二氧化碳95～99％，水0.4～2％，醇0.1～2％、烃0.1～1％，温度为：10～40℃，压力为：0.1～0.2Mpa；所述原料气通过原料气四级压缩机(1)后的温度为：90～120℃，压力为4～6Mpa；

步骤二：使步骤一中所述进入第一再沸器(2)进口的原料气通过第一再沸器(2)和第一精馏塔(3)中下部的原料气进口进入第一精馏塔(3)内；所述第一精馏塔(3)中下部的原料气进口出原料气温度为：30～80℃；

步骤三：使步骤二中所述进入第一精馏塔(3)内的原料气与塔顶冷凝器(5)通过第一三通(13)和第一精馏塔(3)上部的液相进口内进入第一精馏塔(3)的低沸点物质进行传质传热，传质传热后的高沸点物质经冷凝后通过第一精馏塔(3)底部的液相出口进入收集器(4)内，其低沸点物质通过第一精馏塔(3)顶部的气相出口和塔顶冷凝器(5)的气相进口进入塔顶冷凝器(5)内；所述进入的收集器(4)内的高沸点物质组分为：二氧化碳30～35％，醇5～11％，水40～60％，烃类0.1～1％，温度为：50～80℃，压力为4～6Mpa；

步骤四：使步骤三中所述塔顶冷凝器(5)内的低沸点物质的液相通过第一三通(13)，一部分低沸点物质的液相经第一精馏塔(3)上部的液相进口内进入第一精馏塔(3)内与第一精馏塔(3)中的原料气进行传质传热，另一部分低沸点物质的液相分为两路，第一路经第二再沸器(8)、第三三通(15)、第一调节阀(10)和第二精馏塔(9)中部进液口进入第二精馏塔(9)的内部；第二路经第二再沸器(8)、第三三通(15)和第二调节阀(11)进入第二换热器(6)的管程；所述进入第二精馏塔(9)内部的低沸点物质的液相温度为：5～-10℃，压力为4～6Mpa，流量为748Nm³/h；所述精馏塔塔顶冷凝器(5)中低沸点物质的液相组分：二氧化碳99.3％，杂质气体0.7％，温度为5～-10℃，压力为4.8Mpa；进入第二换热器(6)管程的低沸点物质的液相温度为：-30～-45℃，压力为1.0～2.0Mpa；

步骤五：使步骤四中所述进入第二精馏塔(9)内部的低沸点物质的液相与通过气液分离器(7)底部的液相出口和第二精馏塔(9)上部的液相进口进入第二精馏塔(9)内的二氧化碳富液进行传质传热，传质传热后二次低沸点物质的气相通过第二精馏塔(9)顶部的气相出口排出第二精馏塔(9)，其二次高沸点物质通过第二精馏塔(9)底部的液相出口、第一换热器(12)的进液口和第一换热器(12)的出液口进入二氧化碳储槽(16)内；所述第二精馏塔(9)底部的液相出口二次高沸点物质组分为：二氧化碳99.99％，流量为：666Nm³/h，温度为：-10～-20℃，压力为1.5～3.0Mpa；所述第一换热器(12)的进液口的二次高沸点物质的温度为：-10～-20℃，压力为：1.5～3.0Mpa；所述第一换热器(12)的出液口二次高沸点物质的温度为：-15℃～-20℃，压力为：1.5～3.0Mpa；所述进入二氧化碳储槽(16)内的二次高沸点物质即为食品级二氧化碳，其二氧化碳含量为99.99％；

步骤六：使步骤三中所述塔顶冷凝器(5)内的低沸点物质的气相通过塔顶冷凝器(5)气相出口和第二三通(14)进入第二换热器(6)的壳程内，使步骤五中所述排出第二精馏塔(9)的二次低沸点物质的气相通过第二三通(14)进入第二换热器(6)的壳程内，使低沸点物质的气相和二次低沸点物质的气相在第二换热器(6)的壳程内混合换热后的气相进入气液分离器(7)内；所述塔顶冷凝器(5)气相出口的低沸点物质的气相组分为二氧化碳50～65％，温度为：0～-10℃，压力为：4.8Mpa；所述第二精馏塔(9)的二次低沸点物质的气相组分为：二氧化碳91％，氢气1％，氧气2.1％，氮气5.9％，温度为：0～-15℃，压力为1.0～2.5Mpa；所述第二换热器(6)壳程内混合换热后的气体温度为：-30℃，压力为：1.26Mpa；

步骤七：使步骤六中所述进入气液分离器(7)内混合换热后的气相进行气液分离，气液分离后的二氧化碳富液通过气液分离器(7)底部的液相出口和第二精馏塔(9)上部的液相进口进入第二精馏塔(9)内，气液分离后的废气通过气液分离器(7)顶部的气相出口、第一换热器(12)的第一气相进口(18)和第一换热器(12)的第一气相出口(19)进入废气总管(17)；所述出气液分离器(7)底部的液相出口的二氧化碳富液组分为：二氧化碳80～90％，温度为：-10～-32℃，压力为1.5～3.0MPa；所述出气液分离器(7)顶部的气相出口的废气组分为：二氧化碳30～52％，温度为-10～-32℃，压力为1.5～3.0MPa；

步骤八：使步骤四中所述进入第二换热器(6)管程的低沸点物质的液相依次通过第二换热器(6)管程、第一换热器(12)的第二气相进口(20)和第一换热器(12)的第二气相出口(21)进入原料气四级压缩机(1)的二级压缩进气口；所述进入原料气四级压缩机(1)的二级压缩进气口的低沸点物质的液相温度为：-14℃，压力为1.0～2.0Mpa。

3.根据权利要求2所述的利用双塔精馏提纯制取食品级液体二氧化碳装置的方法，其特征在于：该工艺方法包括如下步骤：

步骤一：原料气通过进气缓冲罐(22)和原料气四级压缩机(1)进入第一再沸器(2)进口，所述原料气的组分为：二氧化碳98.1％，水1％，醇0.4％、烃0.5％，流量为：770Nm³/h，温度为：40℃，压力为：0.12Mpa；所述原料气通过原料气四级压缩机(1)后的温度为：100℃，压力为4.8Mpa；

步骤二：使步骤一中所述进入第一再沸器(2)进口的原料气通过第一再沸器(2)和第一精馏塔(3)中下部的原料气进口进入第一精馏塔(3)内；所述第一精馏塔(3)中下部的原料气进口出原料气温度为：65℃；

步骤三：使步骤二中所述进入第一精馏塔(3)内的原料气与塔顶冷凝器(5)通过第一三通(13)和第一精馏塔(3)上部的液相进口内进入第一精馏塔(3)的低沸点物质进行传质传热，传质传热后的高沸点物质经冷凝后通过第一精馏塔(3)底部的液相出口进入收集器(4)内，其低沸点物质通过第一精馏塔(3)顶部的气相出口和塔顶冷凝器(5)的气相进口进入塔顶冷凝器(5)内；所述进入的收集器(4)内的高沸点物质组分为：二氧化碳31.8％，醇10.3％，水57.8％，烃类0.1％，温度为：69.4℃，压力为4.8Mpa；

步骤四：使步骤三中所述塔顶冷凝器(5)内的低沸点物质的液相通过第一三通(13)，一部分低沸点物质的液相经第一精馏塔(3)上部的液相进口内进入第一精馏塔(3)内与第一精馏塔(3)中的原料气进行传质传热，另一部分低沸点物质的液相分为两路，第一路经第二再沸器(8)、第三三通(15)、第一调节阀(10)和第二精馏塔(9)中部进液口进入第二精馏塔(9)的内部；第二路经第二再沸器(8)、第三三通(15)和第二调节阀(11)进入第二换热器(6)的管程；所述进入第二精馏塔(9)内部的低沸点物质的液相温度为：-10℃，压力为4.8Mpa，流量为748Nm³/h；所述精馏塔塔顶冷凝器(5)中低沸点物质的液相组分：二氧化碳99.3％，杂质气体0.7％，温度为-5℃，压力为4.8Mpa；进入第二换热器(6)管程的低沸点物质的液相温度为：-34.5℃，压力为1.26Mpa；

步骤五：使步骤四中所述进入第二精馏塔(9)内部的低沸点物质的液相与通过气液分离器(7)底部的液相出口和第二精馏塔(9)上部的液相进口进入第二精馏塔(9)内的二氧化碳富液进行传质传热，传质传热后二次低沸点物质的气相通过第二精馏塔(9)顶部的气相出口排出第二精馏塔(9)，其二次高沸点物质通过第二精馏塔(9)底部的液相出口、第一换热器(12)的进液口和第一换热器(12)的出液口进入二氧化碳储槽(16)内；所述第二精馏塔(9)底部的液相出口二次高沸点物质组分为：二氧化碳99.99％，流量为：666Nm³/h，温度为：-12.1℃，压力为2.5Mpa；所述第一换热器(12)的进液口的二次高沸点物质的温度为：-10～-20℃，压力为：2.5Mpa；所述第一换热器(12)的出液口二次高沸点物质的温度为：-15℃，压力为：2.5Mpa；所述进入二氧化碳储槽(16)内的二次高沸点物质即为食品级二氧化碳，其二氧化碳含量为99.99％；

步骤六：使步骤三中所述塔顶冷凝器(5)内的低沸点物质的气相通过塔顶冷凝器(5)气相出口和第二三通(14)进入第二换热器(6)的壳程内，使步骤五中所述排出第二精馏塔(9)的二次低沸点物质的气相通过第二三通(14)进入第二换热器(6)的壳程内，使低沸点物质的气相和二次低沸点物质的气相在第二换热器(6)的壳程内混合换热后的气相进入气液分离器(7)内；所述塔顶冷凝器(5)气相出口的低沸点物质的气相组分为二氧化碳63.1％，温度为：-5℃，压力为：4.8Mpa；所述第二精馏塔(9)的二次低沸点物质的气相组分为：二氧化碳91％，氢气1％，氧气2.1％，氮气5.9％，温度为：-15.2℃，压力为2.5Mpa；所述第二换热器(6)壳程内混合换热后的气体温度为：-30℃，压力为：1.26Mpa；

步骤七：使步骤六中所述进入气液分离器(7)内混合换热后的气相进行气液分离，气液分离后的二氧化碳富液通过气液分离器(7)底部的液相出口和第二精馏塔(9)上部的液相进口进入第二精馏塔(9)内，气液分离后的废气通过气液分离器(7)顶部的气相出口、第一换热器(12)的第一气相进口(18)和第一换热器(12)的第一气相出口(19)进入废气总管(17)；所述出气液分离器(7)底部的液相出口的二氧化碳富液组分为：二氧化碳88.2％，温度为：-32℃，压力为2.5MPa；所述出气液分离器(7)顶部的气相出口的废气组分为：二氧化碳43.8％，温度为-32℃，压力为2.5MPa；

步骤八：使步骤四中所述进入第二换热器(6)管程的低沸点物质的液相依次通过第二换热器(6)管程、第一换热器(12)的第二气相进口(20)和第一换热器(12)的第二气相出口(21)进入原料气四级压缩机(1)的二级压缩进气口；所述进入原料气四级压缩机(1)的二级压缩进气口的低沸点物质的液相温度为：-14℃，压力为1.26Mpa。