二氧化碳預(yù)冷液化提純一體化設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種二氧化碳預(yù)冷液化提純一體化設(shè)備，目的是提供一種構(gòu)造簡單，能實(shí)現(xiàn)預(yù)冷液化提純一體化的二氧化碳提純?cè)O(shè)備。包括兩端用封頭密封的空心柱體，封頭與空心柱體封合處設(shè)置能將空心柱體橫截?cái)嗟墓馨?，兩管板之間用列管連通；在空心柱體列管殼程中上部設(shè)置原料進(jìn)口，在空心柱體下部設(shè)置產(chǎn)品出口，原料進(jìn)口與產(chǎn)品出口之間的空心柱體內(nèi)部設(shè)置折流板；上封頭頂部設(shè)置冷媒出口，下封頭上設(shè)置冷媒進(jìn)口，冷媒在管程中流動(dòng)。本實(shí)用新型僅利用一臺(tái)換熱設(shè)備便實(shí)現(xiàn)了二氧化碳的預(yù)冷液化、分離、提純四個(gè)工藝，降低了設(shè)計(jì)成本、制作費(fèi)用，減少了占地面積、控制儀器儀表數(shù)量，可實(shí)現(xiàn)長周期穩(wěn)定生產(chǎn)，確保質(zhì)量和收率。
【專利說明】二氧化碳預(yù)冷液化提純一體化設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣體提純?cè)O(shè)備，具體涉及一種二氧化碳預(yù)冷液化提純一體化設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的二氧化碳提純技術(shù)是將壓縮后的含有二氧化碳的氣體送入預(yù)冷器，通過與冷媒進(jìn)行熱交換后達(dá)到此壓力下的液化溫度，再將液化后的氣體送入蒸發(fā)冷凝器中，達(dá)到液化點(diǎn)后的氣相二氧化碳繼續(xù)吸收冷媒相變產(chǎn)生的冷量，使氣體逐步達(dá)到露點(diǎn)被冷卻成液相，此氣液相混合物再被送入氣液分離器進(jìn)行氣液相分離，分離得到的液相再進(jìn)入精提純器,通過閃蒸精餾將液相中夾帶的氣相再次液化,通過底部局部加熱,將溶入液相中的少量不凝氣體充分釋放出來排出系統(tǒng)，以提高二氧化碳的收率和產(chǎn)品純度。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)的具有以下缺點(diǎn):
[0004]1、設(shè)備數(shù)量多，至少需要一臺(tái)預(yù)冷器、一臺(tái)蒸發(fā)冷凝器、一臺(tái)氣液相分離器和一臺(tái)精提純器，每臺(tái)設(shè)備的換熱面積都需要單獨(dú)計(jì)算，設(shè)計(jì)成本及制作費(fèi)用大，設(shè)備的占地面積也大,投資成本高；
[0005]2、設(shè)備多，控制儀器也多，導(dǎo)致維檢修及周期檢定工作量也相應(yīng)增加，費(fèi)用相對(duì)也聞;
[0006]3、工藝路線長，控制參數(shù)多，因而極大地增加了工藝控制的難度，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，產(chǎn)品收率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種構(gòu)造簡單，能實(shí)現(xiàn)預(yù)冷液化提純一體化的二氧化碳提純?cè)O(shè)備。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:二氧化碳預(yù)冷液化提純一體化設(shè)備，包括兩端分別用上封頭和下封頭密封的空心柱體，上封頭與空心柱體封合處設(shè)置能將空心柱體橫截?cái)嗟纳瞎馨?，下封頭與空心柱體封合處設(shè)置能將空心柱體橫截?cái)嗟南鹿馨澹瞎馨搴拖鹿馨逯g用列管連通；在空心柱體長度方向中間位置與上管板之間的空心柱體上設(shè)置能將空心柱體內(nèi)外連通的原料進(jìn)口，在空心柱體長度方向中間位置與下管板之間的空心柱體上設(shè)置能將空心柱體內(nèi)外連通的產(chǎn)品出口，原料進(jìn)口與產(chǎn)品出口之間的空心柱體內(nèi)部設(shè)置多塊折流板；上封頭頂部設(shè)置連通上封頭內(nèi)外的冷媒出口，下封頭上設(shè)置連通下封頭內(nèi)外的冷媒進(jìn)口。所述的空心柱體即呈管狀的柱體，其內(nèi)部是貫通的。
[0009]也就是說本設(shè)備為豎直放置的列管式換熱器，上封頭與上管板之間構(gòu)成空腔、下封頭與下管板之間構(gòu)成空腔，兩個(gè)空腔用列管連通，而含二氧化碳的氣體即原料從設(shè)備的上部進(jìn)入殼程，由下部離開設(shè)備，冷媒由下封頭進(jìn)入管程，由頂部離開設(shè)備。
[0010]本發(fā)明二氧化碳預(yù)冷液化提純一體化設(shè)備內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有技術(shù)中的四個(gè)功能:預(yù)冷、蒸發(fā)冷凝、氣液相分離器、閃蒸精餾，這四種功能的換熱過程在設(shè)備的各個(gè)部位均在交叉同時(shí)發(fā)生。氣液相轉(zhuǎn)換控制著內(nèi)部流體的流動(dòng)方向:無論是二氧化碳還是冷媒，均是上部為氣相，下部為液相，中間為氣液相的混合，因而形成設(shè)備內(nèi)物料和冷媒的逆向相對(duì)的流動(dòng)。相變發(fā)生的冷量傳遞，導(dǎo)致流動(dòng)過程中的逆向相變，冷媒從下部進(jìn)入，此時(shí)幾乎全部為液相，冷量十分充足，沿管程往上走時(shí)，與在殼程的二氧化碳進(jìn)行冷量的交換，使冷媒中的液相不斷吸熱而變?yōu)闅庀?，形成氣液混合相態(tài)，最終冷量幾乎全部釋放完畢，變成氣相從設(shè)備頂部排出，而同時(shí)原料中的二氧化碳從上部進(jìn)入殼程時(shí)，從冷媒處獲取冷量后逐步由氣相變成氣液混合物，最終變成液體，在這相向流動(dòng)過程中實(shí)現(xiàn)氣液相的分離。
[0011]進(jìn)一步的，所述的列管數(shù)為1806根，換熱面積為800m2。換熱面積即列管數(shù)、^、列管外徑、上管板與下管板之間的距離的乘積。
[0012]進(jìn)一步的，所述的折流板為5塊，折流板所在平面與空心柱體中心軸垂直，相鄰的折流板沿空心柱體長度的間距相等。
[0013]在進(jìn)一步的，所述的折流板通過多根定位管固定，所述的空心柱體為圓柱體，所述的折流板形狀為圓缺形，且折流板的直徑與空心圓柱體的橫截面直徑相等。也就是說折流板是單弓形折流板，折流板所在平面與列管軸向垂直，而換熱器殼體為圓柱形，這樣可以使得殼程內(nèi)的流體流動(dòng)更均勻。
[0014]進(jìn)一步的，所述的空心柱體在其長度方向的中間位置處設(shè)置溫度計(jì)中部接口，在上封頭處設(shè)置溫度計(jì)上部接口，在下封頭處設(shè)置溫度計(jì)下部接口。
[0015]進(jìn)一步的，所述的空心柱體近上管板處設(shè)置殼程氣體排空口，所述空心柱體近下管板處設(shè)置殼程液體排 空口，所述下封頭底部設(shè)置底部排空口。設(shè)置排空口是為了將不凝氣體和廢液排走，避免對(duì)破壞系統(tǒng)工藝的穩(wěn)定性，對(duì)設(shè)備造成危害。
[0016]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的殼程氣體排空口與上管板平齊，所述的殼程液體排空口與下管板平齊，殼程氣體排空口和殼程液體排空口在空心柱體上的開口處設(shè)置補(bǔ)強(qiáng)裝置，殼程氣體排空口為兩個(gè)且關(guān)于空心柱體中心軸對(duì)稱分布。也就是說殼程氣體排空口設(shè)置的高度與上管板高度一致，殼程液體排空口設(shè)置的高度與下管板高度一致。補(bǔ)強(qiáng)裝置可以是焊接的金屬加強(qiáng)塊，也可以焊接的金屬加強(qiáng)板。這樣可以在保證設(shè)備的整體穩(wěn)定性時(shí)，讓殼程中的廢液和不凝氣體更易排出設(shè)備。
[0017]利用上述二氧化碳預(yù)冷液化提純一體化設(shè)備提純二氧化碳的工藝:所述的冷媒為液氨，控制原料進(jìn)口處和產(chǎn)品出口處設(shè)備內(nèi)部溫度溫差大于或等于50°C。也就是保持原料氣體進(jìn)入設(shè)備的溫度和提純后的二氧化碳液體的溫度差不小于50°C，這樣可以保證二氧化碳在設(shè)備的殼程中能夠順利進(jìn)行預(yù)冷、蒸發(fā)冷凝、氣液相分離器、閃蒸精餾這四個(gè)步驟順利進(jìn)行。
[0018]進(jìn)一步的，所述的列管內(nèi)液氨的高度不高于列管長度的四分之一。也就是說設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，保持液氨在列管內(nèi)部的高度小于或等于列管長度的四分之一。
[0019]更進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的冷媒入口溫度為常溫，壓力控制在1.1-1.2MPa，冷媒出口溫度為_20°C，壓力控制在0.1MPa以下。
[0020]上述技術(shù)方案中各組分的用量是參與反應(yīng)的最佳原料比例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)進(jìn)行等同的變化。例如:因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)本身的誤差導(dǎo)致的參數(shù)變化與本發(fā)明的技術(shù)方案等同。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):[0022]1、設(shè)備數(shù)量大大減少，由現(xiàn)有的至少四臺(tái)減為一臺(tái)，隨之控制儀器儀表數(shù)量也少了許多，直接設(shè)計(jì)成本、制作費(fèi)用、占地面積、設(shè)備維檢修費(fèi)用、儀表周期費(fèi)用、人工費(fèi)用等均可大幅度降低；
[0023]2、本設(shè)備科學(xué)地利用流體力學(xué)及熱傳遞等化工原理，各單元操作交叉進(jìn)行，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，效率極高；
[0024]3、大幅度縮短了工藝路線，控制參數(shù)減少，控制能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)長周期穩(wěn)定生產(chǎn)，確保質(zhì)量和收率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明二氧化碳預(yù)冷液化提純一體化設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更加清楚和明確本發(fā)明的技術(shù)方案，特提供下面優(yōu)選的實(shí)施例，但本發(fā)明的技術(shù)思想并不限于以下實(shí)施例。
[0027]本設(shè)備是總高8米的圓柱形空心柱體即圓柱空心體，上下兩端用橢圓封頭密封，上封頭2與圓柱空心體封合處設(shè)置能將圓柱空心體橫截?cái)嗟纳瞎馨?6，下封頭9與圓柱空心體封合處設(shè)置能將圓柱空心體橫截?cái)嗟南鹿馨?3，上管板16和下管板13之間用列管連通。在圓柱空心體長度方向中間位置與上管板16之間的圓柱空心體上設(shè)置能將圓柱空心體內(nèi)外連通的原料進(jìn)口 5，在圓柱空心體長度方向中間位置與下管板13之間的圓柱空心體上設(shè)置能將圓柱空心體內(nèi)外連通的產(chǎn)品出口 7 ;上封頭2頂部設(shè)置連通上封頭2內(nèi)外的冷媒出口 1，下封頭9上設(shè)置連通下封頭9內(nèi)外的冷媒進(jìn)口 11，下封頭9底部設(shè)置底部排空口10。
[0028]原料進(jìn)口 5與產(chǎn)品出口 7之間的圓柱空心體內(nèi)部設(shè)置多塊折流板15，折流板15數(shù)量為5塊，折流板15所在平面與圓柱空心體中心軸垂直，相鄰的折流板15沿圓柱空心體長度的間距相等。所述的列管數(shù)為1806根，換熱面積為800m2。定位管14與折流板和管板固接將折流板15位置固定,折流板形狀為缺口面積為圓柱空心體內(nèi)部橫截面積的25%的單弓形折流板，且折流板的直徑與圓柱空心體的橫截面直徑相等。
[0029]圓柱空心體在其長度方向的中間位置處設(shè)置溫度計(jì)中部接口 6，在上封頭處設(shè)置溫度計(jì)上部接口 3，在下封頭9處設(shè)置溫度計(jì)下部接口 8。通過這三個(gè)溫度計(jì)接口將溫度傳感器置于圓柱空心體內(nèi)部。
[0030]圓柱空心體近上管板16處設(shè)置殼程氣體排空口 4，圓柱空心體近下管板13處設(shè)置殼程液體排空口 12,殼程氣體排空口 4與上管板16平齊,殼程液體排空口 12與下管板13平齊，殼程氣體排空口 4和殼程液體排空口 12在圓柱空心體上的開口處增焊一塊不銹鋼板。殼程氣體排空口 4為兩個(gè)且關(guān)于圓柱空心體的中心軸對(duì)稱分布。
[0031]在設(shè)備處于工作狀態(tài)時(shí)，前工序凈化后的含二氧化碳的氣體從原料進(jìn)口 5進(jìn)入設(shè)備殼程內(nèi)向下流動(dòng)，與管程中的冷媒進(jìn)行逆向換熱，最后相變成液態(tài)，從產(chǎn)品出口 7排出設(shè)備。冷媒在從冷媒進(jìn)口 11進(jìn)入管程，在由下而上的流動(dòng)的過程中，由液態(tài)漸變成氣態(tài)，將其相變產(chǎn)生的冷量去冷卻殼程中的二氧化碳，最后從設(shè)備頂部的冷媒出口 I離開，再去冰機(jī)重獲冷量，液化成液相后循環(huán)使用。[0032]在原料進(jìn)口 5與上管板16之間主要側(cè)重精提純，隨著氣體的上升，溶入液體二氧化碳中的不凝氣體也逐漸聚集并上升，向列管殼程的上部集中，通過與上管板16平齊的殼程氣體排空口 4兩排空；原料進(jìn)口 5以下，第一、二塊折流板15之間區(qū)域主要側(cè)重于二氧化碳?xì)怏w的預(yù)冷，此時(shí)氣態(tài)物料溫度較高，不能被液化，在此與冷媒初次進(jìn)行熱交換，獲取冷量降低氣體溫度，達(dá)到液化點(diǎn)；液體設(shè)備中下部區(qū)域第三、第四、第五塊折流板15之間區(qū)域主要側(cè)重在物料的液化，同時(shí)進(jìn)行氣液分離，在此期間二氧化碳?xì)怏w與由下而上的冷媒進(jìn)行熱交換，在冷媒處獲取冷量，部分氣體冷卻為液體，與從下部上升的氣液混合物匯集，在多塊折流板15的干預(yù)下，使氣液混合物成曲線流動(dòng)上升，多重障礙使物流不斷改變流動(dòng)方向，加上很大的分離空間，使氣液相在此實(shí)現(xiàn)了兩相的分離。
[0033]設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，冷媒入口溫度為常溫，壓力控制在1.1-1.2MPa，冷媒出口 I溫度為-20°C，壓力控制在0.1MPa以下，二氧化碳進(jìn)口溫度28°C，出口溫度_25°C，壓力2.5MPa。液氨在列管內(nèi)部的高度小于列管長度的四分之一。
【權(quán)利要求】
1.二氧化碳預(yù)冷液化提純一體化設(shè)備，包括兩端分別用上封頭(2)和下封頭(9)密封的空心柱體，其特征在于:上封頭(2)與空心柱體封合處設(shè)置能將空心柱體橫截?cái)嗟纳瞎馨?16)，下封頭(9)與空心柱體封合處設(shè)置能將空心柱體橫截?cái)嗟南鹿馨?13)，上管板(16)和下管板(13)之間用列管連通；在空心柱體長度方向中間位置與上管板(16)之間的空心柱體上設(shè)置能將空心柱體內(nèi)外連通的原料進(jìn)口(5)，在空心柱體長度方向中間位置與下管板(13)之間的空心柱體上設(shè)置能將空心柱體內(nèi)外連通的產(chǎn)品出口(7);上封頭(2)頂部設(shè)置連通上封頭(2)內(nèi)外的冷媒出口(1)，下封頭(9)上設(shè)置連通下封頭(9)內(nèi)外的冷媒進(jìn)口(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳預(yù)冷液化提純一體化設(shè)備，其特征在于:所述的列管數(shù)為1806根,換熱面積為800m2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳預(yù)冷液化提純一體化設(shè)備，其特征在于:所述的原料進(jìn)口(5)與產(chǎn)品出口(7)之間的空心柱體內(nèi)部設(shè)置多塊折流板(15)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二氧化碳預(yù)冷液化提純一體化設(shè)備，其特征在于:所述的折流板(15)為5塊，折流板(15)所在平面與空心柱體中心軸垂直，相鄰的折流板(15)沿空心柱體長度的間距相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二氧化碳預(yù)冷液化提純一體化設(shè)備，其特征在于:所述的折流板(15)通過多根定位管(14)固定，所述的空心柱體為圓柱體，所述的折流板(15)形狀為圓缺形，且折流板(15)的直徑與空心圓柱體的橫截面直徑相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳預(yù)冷液化提純一體化設(shè)備，其特征在于:所述的空心柱體在其長度方向的中間位置處設(shè)置溫度計(jì)中部接口(6)，在上封頭(2)處設(shè)置溫度計(jì)上部接口( 3 )，在下封頭(9 )處設(shè)置溫度計(jì)下部接口( 8 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳預(yù)冷液化提純一體化設(shè)備，其特征在于:所述的空心柱體近上管板(16)處設(shè)置殼程氣體排空口(4)，所述空心柱體近下管板(13)處設(shè)置殼程液體排空口(12)，所述下封頭(9)底部設(shè)置底部排空口(10)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的二氧化碳預(yù)冷液化提純一體化設(shè)備，其特征在于:所述的殼程氣體排空口(4)與上管板(16)平齊，所述的殼程液體排空口( 12)與下管板(13)平齊，殼程氣體排空口(4)和殼程液體排空口(12)在空心柱體上的開口處設(shè)置補(bǔ)強(qiáng)裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的二氧化碳預(yù)冷液化提純一體化設(shè)備，其特征在于:所述的殼程氣體排空口(4)為兩個(gè)且關(guān)于空心柱體中心軸對(duì)稱分布。
【文檔編號(hào)】F28F9/02GK203586673SQ201320664351
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】尹愛華, 張森, 王小波, 何靜霞 申請(qǐng)人:蘭州裕隆氣體有限責(zé)任公司