CN220424946U - 一种二氧化碳提纯装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种二氧化碳提纯装置，涉及化工设备技术领域。包括原料气压缩单元、变压吸附提纯单元及二氧化碳增压单元；原料气压缩单元包括原料气压缩机；变压吸附提纯单元为多组，且多组变压吸附提纯单元依次连通；原料气压缩机与位于首端的变压吸附提纯单元连通；二氧化碳增压单元包括与位于尾端的变压吸附提纯单元连通的二氧化碳压缩机，二氧化碳压缩机与位于尾端的变压吸附提纯单元之间设有真空泵；通过上述设备二氧化碳气体经装置内压缩后的尾气经过脱水和加压处理后，在上述设备内运行，CO2被吸附在吸附剂中，杂质气体从塔顶排出；提高整个装置的CO2的收率，残存的气体通入原料气压缩机的部分减少，用电量降低，在生产上也更经济。

Description

一种二氧化碳提纯装置

技术领域

本实用新型涉及化工设备技术领域，具体而言，涉及一种二氧化碳提纯装置。

背景技术

在如今的二氧化碳提纯工艺中，通常使用精馏塔对含有杂质的二氧化碳原料进行提纯。精馏塔是进行精馏的一种塔式气液接触装置，其原理是利用混合物中各组分具有不同的挥发度，即在同一温度下各组分的蒸气压不同这一性质，使得液相中的轻组分物质即低沸物转移到气相中，而气相中的重组分(高沸物)转移到液相中，从而实现各物质组份分离的目的。

然而，在实际生产中，通过一根进料管加入精馏塔中的原料可能会存在不同的热状态，进而使得精馏塔具有不同的进料状况。在不同的进料状况下，精馏塔内的提馏段的回流量和塔内的气液平衡都将会受到显著影响，从而对精馏塔的提纯效率造成不利影响，且废气的压力未充分利用，耗能量较大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种二氧化碳提纯装置，针对现有技术的不足，其能够解决上述背景技术提出的问题。

本申请的技术方案这样实现的：

本申请提供一种二氧化碳提纯装置，包括原料气压缩单元、变压吸附提纯单元及二氧化碳增压单元；

原料气压缩单元包括原料气压缩机；

变压吸附提纯单元为多组，且多组变压吸附提纯单元依次连通；原料气压缩机与位于首端的变压吸附提纯单元连通；

二氧化碳增压单元包括与位于尾端的变压吸附提纯单元连通的二氧化碳压缩机，二氧化碳压缩机与位于尾端的变压吸附提纯单元之间设有真空泵。

在本实用新型的一些技术方案中，变压吸附提纯单元包括吸附塔、原料气进口阀、置换出气阀、控压控制阀、产品气出口阀、预升压逆放阀、抽真空阀以及置换进气阀；

置换出气阀、控压控制阀以及产品气出口阀依次连通，且产品气出口阀与吸附塔的顶部连通；

原料气进口阀、预升压逆放阀、抽真空阀以及置换进气阀依次连通，且原料气进口阀与吸附塔的底部连通；

分别位于多组变压吸附提纯单元内的原料气进口阀依次连通；

分别位于多组变压吸附提纯单元内的置换出气阀依次连通；

分别位于多组变压吸附提纯单元内的控压控制阀依次连通；

分别位于多组变压吸附提纯单元内的产品气出口阀依次连通；

分别位于多组变压吸附提纯单元内的预升压逆放阀依次连通；

分别位于多组变压吸附提纯单元内的抽真空阀依次连通；

分别位于多组变压吸附提纯单元内的置换进气阀依次连通；

位于首端的变压吸附提纯单元内的原料气进口阀与原料气压缩机连通；

位于尾端的变压吸附提纯单元内的置换出气阀的输出端处连通有储气罐，储气罐与置换出气阀之间设有第二气动调节阀；

储气罐的输出端设有去原料压缩机。

在本实用新型的一些技术方案中，储气罐的输出端与去原料压缩机之间设有第一阀门。

在本实用新型的一些技术方案中，位于尾端的变压吸附提纯单元内的控压控制阀以及产品气出口阀之间通过第二阀门连通；

储气罐的输出端与第一阀门之间设有第三阀门；

控压控制阀与第二阀门连通的连通处与第三阀门连通；

且控压控制阀与第三阀门之间设有第四阀门；

产品气出口阀与第二阀门连通的连通处设有第一气动调节阀，第一气动调节阀与第三阀门通过管道连通。

在本实用新型的一些技术方案中，

位于尾端的变压吸附提纯单元内的预升压逆放阀的输出端连通有缓冲罐，位于尾端的变压吸附提纯单元内的预升压逆放阀与缓冲罐之间设置有第三气动调节阀。

在本实用新型的一些技术方案中，

位于尾端的变压吸附提纯单元内的预升压逆放阀与第三气动调节阀之间连通有第五阀门，第五阀门的输出端与第一气动调节阀的输出端连通。

在本实用新型的一些技术方案中，位于尾端的变压吸附提纯单元内的抽真空阀的输出端设有真空泵，真空泵与产品气压缩机连通；

位于尾端的变压吸附提纯单元内的置换进气阀设有第四气动调节阀，第四气动调节阀与产品气压缩机连通。

相对于现有技术，本实用新型的实施例至少具有如下优点或有益效果：

通过压缩机以及提纯塔等设备。二氧化碳气体经装置内压缩后的尾气经过脱水和加压至0.4～0.45MPa后，进入六塔不间断运行，CO2被吸附在吸附剂中，杂质气体从塔顶排出。塔底的解吸气最后经过再次压缩，产品气进入缓冲罐，做为产品气外排。产品气CO2的浓度≥98.0％，CO2回收率≥85％。本实用新型的特点是：其中的阀KV210利用V201缓冲罐里残存的高纯CO2从下方通入塔内；该阀门可以提高整个装置的CO2的收率，且残存的气体通入原料气压缩机的部分减少，使得原料气压缩机的用电量降低，在生产上也更经济。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型中二氧化碳整体提纯流程示意图；

图2为本实用新型中单组变压吸附提纯单元的结构示意图。

图标：1、原料气进口阀；2、置换出气阀；3、控压控制阀；4、产品气出口阀；5、预升压逆放阀；6、抽真空阀；7、置换进气阀；8、吸附塔；9、原料气压缩机；10、第二气动调节阀；11、储气罐；12、第一阀门；13、去原料压缩机；14、第三阀门；15、第四阀门；16、第二阀门；17、第一气动调节阀；18、第五阀门；19、第三气动调节阀；20、第四气动调节阀；21、缓冲罐；22、产品气压缩机；23、真空泵。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

实施例

请参照图1-图2所示。

本申请提供一种二氧化碳提纯装置，包括原料气压缩单元、变压吸附提纯单元及二氧化碳增压单元；

原料气压缩单元包括原料气压缩机9；

变压吸附提纯单元为多组，且多组变压吸附提纯单元依次连通；原料气压缩机9与位于首端的变压吸附提纯单元连通；

二氧化碳增压单元包括与位于尾端的变压吸附提纯单元连通的二氧化碳压缩机，二氧化碳压缩机与位于尾端的变压吸附提纯单元之间设有真空泵23。

在本实用新型的一些技术方案中，变压吸附提纯单元包括吸附塔8、原料气进口阀1、置换出气阀2、控压控制阀3、产品气出口阀4、预升压逆放阀5、抽真空阀6以及置换进气阀7；

置换出气阀2、控压控制阀3以及产品气出口阀4依次连通，且产品气出口阀4与吸附塔8的顶部连通；

原料气进口阀1、预升压逆放阀5、抽真空阀6以及置换进气阀7依次连通，且原料气进口阀1与吸附塔8的底部连通；

分别位于多组变压吸附提纯单元内的原料气进口阀1依次连通；

分别位于多组变压吸附提纯单元内的置换出气阀2依次连通；

分别位于多组变压吸附提纯单元内的控压控制阀3依次连通；

分别位于多组变压吸附提纯单元内的产品气出口阀4依次连通；

分别位于多组变压吸附提纯单元内的预升压逆放阀5依次连通；

分别位于多组变压吸附提纯单元内的抽真空阀6依次连通；

分别位于多组变压吸附提纯单元内的置换进气阀7依次连通；

位于首端的变压吸附提纯单元内的原料气进口阀1与原料气压缩机9连通；

位于尾端的变压吸附提纯单元内的置换出气阀2的输出端处连通有储气罐11，储气罐11与置换出气阀2之间设有第二气动调节阀10；

储气罐11的输出端设有去原料压缩机13。

在本实用新型的一些技术方案中，储气罐11的输出端与去原料压缩机13之间设有第一阀门12。

在本实用新型的一些技术方案中，位于尾端的变压吸附提纯单元内的控压控制阀3以及产品气出口阀4之间通过第二阀门16连通；

储气罐11的输出端与第一阀门12之间设有第三阀门14；

控压控制阀3与第二阀门16连通的连通处与第三阀门14连通；

且控压控制阀3与第三阀门14之间设有第四阀门15；

产品气出口阀4与第二阀门16连通的连通处设有第一气动调节阀17，第一气动调节阀17与第三阀门14通过管道连通。

在本实用新型的一些技术方案中，

位于尾端的变压吸附提纯单元内的预升压逆放阀5的输出端连通有缓冲罐21，位于尾端的变压吸附提纯单元内的预升压逆放阀5与缓冲罐21之间设置有第三气动调节阀19。

在本实用新型的一些技术方案中，

位于尾端的变压吸附提纯单元内的预升压逆放阀5与第三气动调节阀19之间连通有第五阀门18，第五阀门18的输出端与第一气动调节阀17的输出端连通。

在本实用新型的一些技术方案中，位于尾端的变压吸附提纯单元内的抽真空阀6的输出端设有真空泵23，真空泵23与产品气压缩机22连通；

位于尾端的变压吸附提纯单元内的置换进气阀7的输出端设有第四气动调节阀20，第四气动调节阀20与产品气压缩机22连通。

本设备的工作原理为：首先，将来自界外的原料气通入原料气分液罐，原料气经原料气分液罐分液后的气体进入原料气压缩机9，将气体的压力由常压增压至0.4～0.45MPa,并将气体依次通入第一水冷却器冷却、第二机后分离器分离凝液后的气体再送进入变压吸附提纯单元内进行提纯。

来自压缩单元的气体自下而上进入吸附塔8内，吸附塔8将气体携带的水份、二氧化碳等组分吸附，未被吸附的氮气、氧气等从塔顶经压力调节系统后直接放空，塔底解吸气经逆放、抽空进入缓冲罐21，缓冲罐21为解吸气混合缓冲罐21，并且，气体以稳定的压力、流量进入二氧化碳压缩单元。

变压吸附提纯单元采用6-2-1RP/V带顺放置换抽真空再生工艺流程，即装置由六个吸附塔8组成，该流程采用二塔吸附、顺放、一次均压、置换、逆放、抽真空再生的方式进行解吸。

来自提纯单元的解吸二氧化碳产品气进入二氧化碳压缩机，将气体的压力由20KPa增压至0.4MPa,依次进入第二水冷却器冷却、第二机后分离器冷凝分离凝液后的气体进入产品气贮罐，以稳定的压力、流量管道输出界区，其中少部分二氧化碳产品气用于PSA提纯单元的置换气。

变压吸附提纯单元工作原理和基本工作步骤为：

一、变压吸附工作原理：

采用PSA分离气体工艺技术从气体中提纯二氧化碳的原理是利用吸附剂对不同吸附质的选择性和吸附剂对吸附质的吸附容量随压力变化而有差异的特性，在高压下吸附原料中的杂质组分、低压下脱附这些杂质而使吸附剂获得再生。整个操作过程均在环境温度下进行。

二、基本工作步骤：

变压吸附基本工作步骤分为吸附和再生两步。而再生又包括以下三步骤：

1.吸附塔8压力降至低压

首先是顺着吸附的方向进行降压，接着是逆着吸附的方向进行降压。顺向放压时，有一部分吸附剂仍处于吸附状态。逆向放压时，被吸附的部分杂质从吸附剂中解吸，并被排除出吸附塔8。

2.用顺放气冲洗对吸附剂再生，以清除尚残留于吸附剂中的杂质。

3.吸附塔8升至吸附压力，以准备再次分离原料气。

本装置采用6塔吸附1次均压置换抽真空变压吸附过程，每个吸附塔8在一次循环中均需经历吸附、顺放、均压降、置换、逆向放压、抽真空、预升压、均压升以及最终升压等9个步骤。6个吸附塔8在执行程序的安排上相互错开，构成一个闭路循环，以保证原料连续输入和产品不断输出。

整个过程主要由45个程序控制阀及4个调节阀来实现。程序阀编号见流程图或仪表文件。

2:阀门的功能：

6个原料气进口阀1依次为：KV201a、KV201b、KV201c、KV201d、KV201e、KV201f；

6个置换出气阀2依次为：KV202a、KV202b、KV202c、KV202d、KV202e、KV202f；

6个控压控制阀3依次为：KV203a、KV203b、KV203c、KV203d、KV203e、KV203f；控压控制阀3的别称为顺放、均压、终充阀；

6个产品气出口阀4依次为：KV204a、KV204b、KV204c、KV204d、KV204e、KV204f；

6个预升压逆放阀5依次为：KV205a、KV205b、KV205c、KV205d、KV205e、KV205f；预升压逆放阀5的别称为预升压及逆放阀；

6个抽真空阀6依次为：KV206a、KV206b、KV206c、KV206d、KV206e、KV206f；

7个置换进气阀7依次为：KV207a、KV207b、KV207c、KV207d、KV207e、KV207f；

6个吸附塔8的编号依次为：A、B、C、D、E、F；对应的阀门编号：a、b、c、d、e、f；

时序图见下表

第三节、PSA工作过程

每个吸附塔8在一次循环过程中需历吸附、顺放、均压降、置换、逆向放压、抽真空、预升压、均压升以及最终升压等9个步骤。6个吸附塔8在执行程序安排上相互错开，构成一个闭路循环，以保证原料连续输入和产品不断输出。各塔工作关系如下:

现以A塔为例对工作过程进行说明：(阀门的开关只介绍与A塔有关的)

一、吸附

开启KV201a；

来自压缩机原料气通过阀KV201a自下而上进入A塔，在工作压力下吸附杂质组分，未被吸附的产品组分，通过阀KV204a流出，其中大部分作为产品从本系统中输出，小部分通过阀KV208向B塔进行最终升压。阀KV208为第二阀门16。

吸附完毕，关闭阀KV201a，停止进原料气，同时阀KV204a亦无产品气输出。

二、顺向放压

开启阀KV203a及KV209；

A塔的气体通过阀KV203a及KV209放空一部分不需要的气体，进行顺向放低，A塔压力再一步降低，将塔内压力放至0.18MPa。

关闭阀KV209；阀KV209为第四阀门15。

三、均压降

开启KV203d；

A塔剩余的气体通过阀KV203a、KV203d与D塔以出口端相连，进行压力平衡，A塔压力再一步降低，直至两塔压力基本相等。关闭KV203a、KV203d。

四、置换

开启KV207a、KV202a；

从产品气压缩机22出口分流出的部分气体经降温后，通过控制流量从KV207a进入A塔从顶部KV202a流出去返回原料气压缩机9，对A塔进行置换，置换结束后关闭KV207a、KV202a。

五、逆向放压

开启阀KV205a；

A塔平衡降压步骤结束后，将塔内剩余的气体从塔底入口端排出，排放至V202，直至A塔压力接近常压，逆放解吸气去产品气压缩机22，逆放结束后关闭KV205a。

六、抽真空

开启阀KV206a；

A塔逆放后，部分杂质仍残留于吸附剂中，通过开启阀KV206a；A塔与真空泵23相连，对A塔进行抽真空，使吸附剂的到彻底再生，抽真空解吸气排放去产品气压缩机22。

抽真空结束后关闭阀KV206a；

七、预升压

抽真空结束后，开启阀KV210及KV205a；A塔进行预升压，利用V201的气体，通过阀KV210及KV205a与A塔相连，进行压力平衡，回收部分有效气体，预升压结束后关闭KV210及KV205a。阀KV210为第五阀门18。

八、均压升

开启阀KV203a与KV203d；

A塔与D塔相连，进行压力平衡，A塔压力升高，直至两塔压力基本相等。

九、最终升压

继续开启阀KV203a，开启阀KV208，关闭KV203d；

A塔的最终升压是利用出口气进行的，出口气经KV208，由塔顶出口端进入A塔，使A塔最终压力基本接近吸附压力。这一步骤后，再生过程全部结束，紧接着便进行下一次循环。

其它五个塔的操作步骤与A塔相同，不过在时间上是相互错开的。

这些程控阀按设定好的程序操作，使变压吸附工艺过程不断净化原料气，输出解吸产品气，通过上述设备使二氧化碳气体经装置内压缩后的尾气经过脱水和加压至0.4～0.45MPa后，进入六塔不间断运行，CO2被吸附在吸附剂中，杂质气体从塔顶排出。塔底的解吸气最后经过再次压缩，产品气进入缓冲罐21，做为产品气外排。产品气CO2的浓度≥98.0％，CO2回收率≥85％。本实用新型的特点是：其中的阀KV210利用缓冲罐21里残存的高纯CO2从下方通入塔内；该阀门可以提高整个装置的CO2的收率，且残存的气体通入原料气压缩机9的部分减少，使得原料气压缩机9的用电量降低，在生产上也更经济。缓冲罐21为V201缓冲罐。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种二氧化碳提纯装置，其特征在于，包括原料气压缩单元、变压吸附提纯单元及二氧化碳增压单元；

所述原料气压缩单元包括原料气压缩机；

所述变压吸附提纯单元为多组，且多组变压吸附提纯单元依次连通；所述原料气压缩机与位于首端的变压吸附提纯单元连通；

所述二氧化碳增压单元包括与位于尾端的变压吸附提纯单元连通的二氧化碳压缩机，所述二氧化碳压缩机与位于尾端的变压吸附提纯单元之间设有真空泵；所述变压吸附提纯单元包括吸附塔、原料气进口阀、置换出气阀、控压控制阀、产品气出口阀、预升压逆放阀、抽真空阀以及置换进气阀；

所述置换出气阀、控压控制阀以及产品气出口阀依次连通，且所述产品气出口阀与所述吸附塔的顶部连通；

所述原料气进口阀、预升压逆放阀、抽真空阀以及置换进气阀依次连通，且所述原料气进口阀与所述吸附塔的底部连通；

分别位于多组变压吸附提纯单元内的原料气进口阀依次连通；

分别位于多组变压吸附提纯单元内的置换出气阀依次连通；

分别位于多组变压吸附提纯单元内的控压控制阀依次连通；

分别位于多组变压吸附提纯单元内的产品气出口阀依次连通；

分别位于多组变压吸附提纯单元内的预升压逆放阀依次连通；

分别位于多组变压吸附提纯单元内的抽真空阀依次连通；

分别位于多组变压吸附提纯单元内的置换进气阀依次连通；

位于首端的变压吸附提纯单元内的原料气进口阀与所述原料气压缩机连通；

位于尾端的变压吸附提纯单元内的置换出气阀的输出端处连通有储气罐，所述储气罐与所述置换出气阀之间设有第二气动调节阀；

所述储气罐的输出端设有去原料压缩机。

2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳提纯装置，其特征在于，

所述储气罐的输出端与去原料压缩机之间设有第一阀门。

3.根据权利要求2所述的一种二氧化碳提纯装置，其特征在于，

位于尾端的变压吸附提纯单元内的控压控制阀以及产品气出口阀之间通过第二阀门连通；

所述储气罐的输出端与第一阀门之间设有第三阀门；

所述控压控制阀与第二阀门的连通处与第三阀门连通；

且所述控压控制阀与第三阀门之间设有第四阀门；

所述产品气出口阀与第二阀门连通的连通处设有第一气动调节阀，所述第一气动调节阀与所述第三阀门通过管道连通。

4.根据权利要求3所述的一种二氧化碳提纯装置，其特征在于，

位于尾端的变压吸附提纯单元内的预升压逆放阀的输出端连通有缓冲罐，位于尾端的变压吸附提纯单元内的预升压逆放阀与缓冲罐之间设置有第三气动调节阀。

5.根据权利要求4所述的一种二氧化碳提纯装置，其特征在于，

位于尾端的变压吸附提纯单元内的预升压逆放阀与第三气动调节阀之间连通有第五阀门，所述第五阀门的输出端与第一气动调节阀的输出端连通。

6.根据权利要求1所述的一种二氧化碳提纯装置，其特征在于，还包括产品气压缩机，

位于尾端的变压吸附提纯单元内的抽真空阀的输出端设有真空泵，所述真空泵与所述产品气压缩机连通；

位于尾端的变压吸附提纯单元内的置换进气阀设有第四气动调节阀，所述第四气动调节阀与产品气压缩机连通。