[发明专利]一种采用多塔精馏联产工业级、食品级和高纯液体二氧化碳的装置

说明书

本发明公开了一种采用多塔精馏联产工业级、食品级和高纯液体二氧化碳的装置及方法。本方法以含CO₂工业尾气为原料，先经过压缩机加压，然后经过预处理工序部分脱除原料气中沸点比CO₂高的重组分杂质，使原料气中的重组分杂质含量满足工业级产品指标要求。经过预处理工序后的原料气经过冷量回收及冷却工段，通过外供冷量并回收系统余冷将原料气液化或冷却至精馏系统进料温度，然后进入低温精馏工序。精馏工序采用多塔精馏，分别从T1、T2、T3精馏塔同时获得工业级、食品级和高纯液体二氧化碳三种产品。本方法一套生产装置可以同时生产工业级、食品级和高纯三种产品，产能比例还可以根据需求进行调节，与传统工艺相比具有投资省、产品多样、易于装置大型化、综合能耗及效益更好、气源适应性广等诸多优点。

技术领域

本发明属于气体净化领域，涉及一种液化气体的分离提纯的装置，尤其涉及一种采用多塔精馏联产工业级、食品级和高纯液体二氧化碳的装置。

背景技术

目前国内外广泛采用含二氧化碳浓度较高的工业尾气为原料生产液体二氧化碳产品，不仅回收了工业尾气中的二氧化碳资源，变废为宝，而且减少了温室气体的排放，具有非常可观的社会效益和经济效益。

根据产品品质和用途的不同，液体二氧化碳产品分为工业级、食品级和高纯液体二氧化碳，国家和行业也出台了相应的标准对产品纯度和杂质含量做出了严格要求。目前国内外液体二氧化碳生产主要采用两种工艺：一是吸附与单塔低温精馏组合法；二是催化氧化脱烃与单塔低温精馏组合法。

吸附与单塔低温精馏组合法采用专用吸附剂吸附脱除原料气中比二氧化碳沸点高的重组分杂质，然后再通过单塔低温精馏除去原料气中比二氧化碳沸点低的轻组分杂质。由于吸附剂吸附选择性、吸附容量、再生重复使用效果、杂质组分的多样性等多种因素的影响，该方法生产的产品质量很难达到食品级指标的要求，一般用于生产工业级产品，原料中杂质含量少的情况下可用于食品级生产。

催化氧化脱烃与单塔低温精馏组合法是在特定条件下利用催化氧化的原理，将原料气中的所有可燃性杂质(主要是重组分杂质)与氧发生氧化反应而加以脱除，氧化燃烧后的产物是水和二氧化碳，由于燃烧反应彻底，再结合使用合理先进的脱硫技术和单塔低温提纯技术，产品质量能够达到食品级指标要求，该方法主要用于生产食品级产品。

上述两种工艺存在以下缺点：

(1)产品单一。在同一时间只能生产工业级或食品级一种产品，或者食品级生产装置降低要求生产工业级产品，从而实现间歇性的工业级和食品级生产交替进行的情况，但是生产切换复杂，且液化精馏等设备和管线存在共用的情况，很容易造成生产工业级产品时污染食品级设备及管线的情况，特别是原料气中含苯的情况下会造成食品级产品长期不合格。

(2)食品级装置投资高。目前食品级生产装置都采用吸附法或者催化氧化法脱除原料气中比二氧化碳沸点高的重组分杂质：采用吸附法的装置一般吸附塔多，吸附剂装填量大且价格昂贵；采用催化氧化法的装置脱烃操作温度高 (380℃～550℃)，设备投资大，且贵金属催化剂昂贵。因此都存在投资大的缺点。

(3)大型化装置生产食品级产品投资大，投资收益率小。随着市场竞争愈发激烈，目前及未来液体二氧化碳生产装置将通过大型化来降低生产成本，但是食品级产品存在“投资大，操作复杂，附加值高，需求量小”的特点，一般市场上食品级液体二氧化碳需求量最多只占整体市场需求的10％，大型化生产装置生产食品级存在投资大，投资收益率小的缺点。比如一套年产10万吨液体生产装置，如果全部按工业级建设，那么势必丧失高附加值的食品级市场；如果按食品级建设，总投资和生产成本大幅增加，但是生产出的产品只有约1万吨能够以食品级价格销售到食品级应用领域，其余约9万吨产品只能以工业级价格销售到工业级市场，往往得不偿失。

(4)无法生产高纯产品。随着未来应用市场的不断开拓，5N(99.999％) 或6N(99.9999％)及更高纯度的液体二氧化碳产品市场需求将不断扩大，且价格是食品级产品价格的数倍，附加值非常高。