[发明专利]一种二氧化碳原料气的处理方法及装置

说明书

本发明涉及制备食品级、高纯级二氧化碳的技术领域，尤其涉及一种二氧化碳原料气的处理方法及装置。本发明利用氢气的反应热来提高床层的温升，从而降低脱烃反应器前电加热器的负荷，高效脱硫的方法降低脱烃前总硫的浓度，提高脱烃催化剂的使用寿命，同时降低脱烃预热器硫化物应力腐蚀的风险。将原料气进行脱硫后的部分原料气不进入脱烃工序而是进入干燥工序除水后直接液化进入中间储罐，由于氢气的沸点远低于COsubgt;2/subgt;，氢气在中间储罐闪蒸浓缩，闪蒸气含有7％左右氢气。将闪蒸气按比例掺入到原料气中，控制原料气中氢气比例提升1.5％左右，脱烃塔前电加热器出口的温度从之前的320℃左右降低至260℃左右，能耗降低。

技术领域

本发明涉及制备食品级、高纯级二氧化碳的技术领域，尤其涉及一种二氧化碳原料气的处理方法及装置。

背景技术

来自上游的原料气中含有高浓度的CO₂、少量硫、H₂、烷烃、苯、烯烃、醇烃等杂质，为确保将原料气中的硫和烃类杂质脱除至食品级二氧化碳国家标准规定的指标以下(硫0.1ppm，总烃≤50ppm，非甲烷烃≤20ppm)，在原料气中加入微过量的氧，经过压缩工序后进入脱硫工序，使原料气中的硫降至0.1ppm以下，然后进入脱烃工序，使烷烃、苯、醇类等碳氢化合物与氧气在装有催化剂的脱烃反应器内进行氧化反应，将碳氢化合物转化为CO₂。即原料气经过压缩工序，再经过脱硫后进入脱烃预热器，与脱烃反应器出口的高温CO₂换热升温，升温后的原料气经过电加热器后达到脱烃床层反应的温度确保烃类物质能高效脱除。正常工况下，为保证脱烃效果，电加热器在60％左右的负荷将脱烃反应器前的温度提高至320℃左右，在上游工况的波动导致原料气中烃浓度较低的情况下，电加热器负荷由60％上升至80％甚至100％，因此脱烃工序能耗较高，而且，在硫化物和脱烃反应后有凝结水的环境下，脱烃预热器就有应力腐蚀开裂的风险。图1为原料气现有的处理工艺采用的处理装置图，具体包括以下步骤：

(1)压缩工序

将来自上游的含有少量硫、H₂、烷烃、苯、烯烃、醇烃等杂质的二氧化碳含量90％的原料气体，与流量计控制的调节阀D-1调节进入的化学反应稍微过量的氧气混合，一起进入压缩工序，经一级压缩机D-2升压至0.3Mpa左右，经二级压缩机D-3升压至0.9MPa左右，三级压缩机D-4升压至2.3MPa左右，从三级压缩机D-4出来的含有硫、H₂、烷烃、苯、烯烃、醇烃等杂质的二氧化碳气体和氧气的温度为40℃，然后送到脱硫工序。

(2)脱硫工序

来自压缩工序的含有少量硫、H₂、烷烃、苯、烯烃、醇烃等杂质的二氧化碳含量90％的原料气体经过脱硫塔D-5后将总硫浓度降至0.1ppm以下，在上游工况波动的情况下，脱硫后总硫浓度无法降至0.1ppm以下。

(3)脱烃工序

来自脱硫工序列的含有微量硫，少量H₂、烷烃、苯、烯烃、醇烃等杂质的二氧化碳原料气体脱烃预热器D-6预热到260℃左右，然后经过脱烃加热器D-7加热到320℃左右，最后进入脱烃反应器D-8。在脱经反应器D-8内，H₂、烷烃、苯、烯烃、醇烃等杂质与氧气在催化剂的作用下发生化学反应生成二氧化碳和水。脱烃后，高温的原料气经过脱烃预热器D-6与未脱烃前的原料气进行换热，因高温原料气仍含有微量硫化物，在换热后有凝结水的环境下，脱烃预热器存在硫化物应力腐蚀的风险，有硫化物中毒的情况下，根据中毒的严重性而定，严重的时候，脱烃催化剂的使用寿命一般不超过1年。经过脱烃后的原料气的纯度高于99.9％，脱烃后二氧化碳原料气中总烃降至50ppm以下，进入到后续处理系统。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种二氧化碳原料气的处理方法及装置，本发明提供的处理方法能耗较低，脱烃催化剂的使用寿命较长，且脱烃预热器不易发生过硫化物应力腐蚀开裂的情况。