[发明专利]一种采用NH3/CO2复叠式制冷生产食品级CO2的装置及生产方法

权利要求书

1.一种采用NH₃/CO₂复叠式制冷生产食品级CO₂的装置，其特征在于：包括与原料气管道(17)相连的压缩机(1)，压缩机(1)的出口通过干燥器(2)与第一闪蒸塔(3)的第一原料气进口(21)相连，

第一闪蒸塔(3)的顶部气相出口(22)通过第一三通(36)与第二闪蒸塔(6)的第一原料气进口(23)相连，第二闪蒸塔(6)底部的液相出口与食品级CO₂储罐(18)相连；

第二闪蒸塔(6)顶部的气相出口(32)通过第一换热器(4)的第二原料气进口(33)和第一换热器(4)的第二原料气出口(34)进入第一气液分离器(7)内，第一气液分离器(7)的顶部气相出口通过第二换热器(8)的管程与第二气液分离器(9)相连，第二气液分离器(9)的液相出口与第二闪蒸塔(6)的第三原料液进口(45)相连，第一气液分离器(7)的底部液相出口通过第二三通(35)分别与第二闪蒸塔(6)的第二原料液进口(38)和第二换热器(8)的壳程进口相连，第二换热器(8)的壳程出口通过第三换热器(10)的第一原料气进口(41)和第三换热器(10)的第一原料气出口(42)与原料气管道(17)相连通；

第三换热器(10)的第二原料气出口(39)通过热泵(11)和第四三通(37)分别与第一闪蒸塔下部管程(19)和第二闪蒸塔下部管程(20)相连，第一闪蒸塔(3)下部管程(19)的出口和第二闪蒸塔(6)下部管程(20)的出口分别通过第五三通(31)与第一换热器(4)的第三原料气进口(44)相连，第一换热器(4)的第三原料气出口(43)与第三换热器(10)的第二原料气进口(40)相连。

2.根据权利要求1所述的一种采用NH₃/CO₂复叠式制冷生产食品级CO₂的装置，其特征在于：所述第一闪蒸塔(3)的底部液相出口(29)通过第二调节阀(13)与废液收集装置(26)相连。

3.根据权利要求1所述的一种采用NH₃/CO₂复叠式制冷生产食品级CO₂的装置，其特征在于：所述第一三通(36)的第三端通过第三三通(30)、第一换热器(4)的第一原料气进口(24)和第一换热器(4)的第一原料气出口(25)与储液罐(5)相连，储液罐(5)的顶部气相出口与第三三通(30)的第三端相连，储液罐(5)的液相出口与第一闪蒸塔(3)的第二原料液进口(28)相连。

4.根据权利要求1所述的一种采用NH₃/CO₂复叠式制冷生产食品级CO₂的装置，其特征在于：所述第二气液分离器(9)的顶部气相出口通过第四调节阀(15)与外排管道(27)相连。

5.根据权利要求1所述的一种采用NH₃/CO₂复叠式制冷生产食品级CO₂的装置，其特征在于：所述干燥器(2)与第一闪蒸塔(3)的第一原料气进口(21)之间设有第一调节阀(12)；第二闪蒸塔(6)底部的液相出口与食品级CO₂储罐(18)之间设有第三调节阀(14)；第五三通(31)与第一换热器(4)的第三原料气进口(44)之间设有截流阀(16)。

6.一种采用NH₃/CO₂复叠式制冷生产食品级CO₂的装置的生产方法，其特征在于：该生产方法包括如下步骤：

步骤一：来自外界的原料气通过压缩机(1)、干燥器(2)、第一调节阀(12)和第一闪蒸塔(3)的第一原料气进口(21)后进入第一闪蒸塔(3)内；所述的外界原料气的组成成分为：氮气、氩气、氧气、一氧化碳、丙烷、二氧化碳、水和甲烷；外界原料气的温度为：常温；外界原料气的二氧化碳的摩尔分数≥90％；所述的压缩机(1)的原料气出口温度：40℃、压力为：2.4Mpa；所述的干燥器(2)出口的原料气中水的摩尔含量≤20ppm，气相分率1；

步骤二：步骤一中进入第一闪蒸塔(3)的原料气在第一闪蒸塔(3)内进行闪蒸提纯，闪蒸提纯后的一部分气相通过第一三通(36)、第二闪蒸塔(6)的第一原料气进口(23)进入第二闪蒸塔(6)内，闪蒸提纯后的另一部分气相通过第一三通(36)第三端、第三三通(30)、第一换热器(4)的第一原料气进口(24)、第一换热器(4)的第一原料气出口(25)进入储液罐(5)内，储液罐(5)的底部液相通过第一闪蒸塔(3)的第二原料气进口(28)进入至第一闪蒸塔(3)内重新闪蒸提纯，储液罐(5)的顶部气相通过第三三通(30)的第三端和第一换热器(4)第一原料气进口(24)进入第一换热器(4)内继续换热；所述的第一闪蒸塔(3)的顶部气相出口温度为：-12.5℃、第一闪蒸塔(3)的顶部气相中二氧化碳的摩尔分数：99％；所述第一换热器(4)的第一原料气出口(25)的物料温度：-15℃；

步骤三：步骤二中所述进入第二闪蒸塔(6)的原料气在第二闪蒸塔(6)内进行二次闪蒸提纯，二次闪蒸提纯后的液相通过第二闪蒸塔(6)的底部液相出口和第三调节阀(14)进入食品级CO₂储罐(18)内；所述的第二闪蒸塔(6)的底部液相出口液相的二氧化碳的温度为：-25℃；气相分率为：0；所述的食品级CO₂储罐(18)内的液相二氧化碳的纯度不低于99.995％；

步骤四：步骤三中原料气在第二闪蒸塔(6)内进行二次闪蒸提纯后的气相依次通过第二闪蒸塔(6)的顶部气相出口(32)、第一换热器(4)的第二原料气进口(33)和第一换热器(4)的第二原料气出口(34)进入第一气液分离器(7)内进行气液分离，气液分离后的液相一部分通过第二三通(35)和第二闪蒸塔(6)的第二原料液进口(38)进入第二闪蒸塔(6)内继续二次闪蒸，另一部液相通过第二三通(35)的第三端、第二换热器(8)的壳程、第三换热器(10)的第一原料气进口(41)和第三换热器(10)的第一原料气出口(42)与原料气管道(17)内的原料气混合后进入系统；所述的第二闪蒸塔(6)的顶部气相温度：-13℃、该气相中二氧化碳的摩尔分数为：98.6％；所述的第一换热器(4)的第二原料气出口(34)处的气相温度为：-15℃；所述的第二三通(35)的第三端的气相分率为：0，第二三通(35)的第三端的气相中的二氧化碳的摩尔分数为：99.7％；所述的第二换热器(8)的壳程出口处温度为：-21℃，第三换热器(10)的第一原料气出口(42)处的气相温度为：5℃；

步骤五：步骤四中进入第一气液分离器(7)内进行气液分离后的气相通过第二换热器(8)的管程进入第二气液分离器(9)内进行气液分离，气液分离后的液相通过第二闪蒸塔(6)的第三原料液进口(45)进入第二闪蒸塔(6)内继续二次闪蒸；所述第一气液分离器(7)气相出口处的气相温度为：-15℃，该气相中的二氧化碳的摩尔分数为：94％；所述的第二换热器(8)管程出口处的气相温度为：-33℃，气相分率：10.8％；

步骤六：热泵(11)内的原料气通过第四三通(37)、第二闪蒸塔下部管程(20)、第五三通(31)、截流阀(16)、第一换热器(4)的第三原料气进口(44)、第一换热器(4)的第三原料气出口(43)、第三换热器(10)的第二原料气进口(40)和第三换热器(10)的第二原料气出口(39)进入到热泵(11)内；所述的热泵原料气出口组分为：氨，氨的摩尔分数≥99％，热泵原料气的温度为：30℃，热泵原料气的压力为：0.47Mpa，通过截流阀(16)后的气相压力为：0.12Mpa，气相分率为：4％；

步骤七：步骤六中所述的原料气通过第四三通(37)的第三端、第一闪蒸塔下部管程(19)、第五三通(31)、截流阀(16)、第一换热器(4)的第三原料气进口(44)、第一换热器(4)的第三原料气出口(43)、第三换热器(10)的第二原料气进口(40)和第三换热器(10)的第二原料气出口(39)进入到热泵(11)内；所述第四三通的第三端的原料气流量：60Nm³/h；

步骤八：步骤二中在第一闪蒸塔(3)内进行闪蒸提纯后的液相通过第一闪蒸塔(3)的底部液相出口(29)以及第二调节阀(13)进入废液收集装置(26)内；所述第一闪蒸塔(3)的底部液相出口(29)处的液相温度为：-10.5℃，气相分率为：0，该液相中二氧化碳的摩尔分数为95.8％；

步骤九：步骤五中进入第二气液分离器(9)内进行气液分离后的气相通过第二气液分离器(9)的顶部气相出口、第四调节阀(15)和外排管道(27)进行外排；第二气液分离器(9)顶部气相出口处的气相温度为：-33℃，二氧化碳的摩尔分数为：58％。