吸收空氣中二氧化碳制備干冰的方法及設(shè)備與流程

本發(fā)明涉及一種干冰的制備方法及設(shè)備，尤其是一種吸收二氧化碳用于制備干冰的方法和設(shè)備。

背景技術(shù)：

目前，全球每年因燃燒化石燃料而排放的二氧化碳達(dá)到200億t左右，由化石能源燃燒產(chǎn)生的二氧化碳總量約占溫室氣體總量的82％。隨著世界各國對(duì)地球溫室效應(yīng)問題的關(guān)注，二氧化碳減排日益引起全世界的重視。回收二氧化碳不僅是緩解二氧化碳排放危機(jī)最直接有效的手段，還能降低生產(chǎn)成本，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)工業(yè)二氧化碳的需求不斷增加，此方法必將會(huì)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。但收集生產(chǎn)技術(shù)尚不完善，問題多，因此，二氧化碳的回收技術(shù)將是未來重要的研究課題。

二氧化碳最重要的用途之一即是用于制備干冰，干冰是一種比冰更好的制冷劑。目前，干冰已被廣泛應(yīng)用于石油化工電力、食品制藥行業(yè)、印刷工業(yè)、電子及核工業(yè)、美容行業(yè)、食品行業(yè)、冷藏運(yùn)輸領(lǐng)域、娛樂領(lǐng)域、消防領(lǐng)域等眾多領(lǐng)域多種用途，可見干冰具有很好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

干冰的制作方法通常是對(duì)二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行強(qiáng)制冷卻或者加壓冷卻，因此，要制得干冰，首先要制備純凈的二氧化碳。制備二氧化碳的方法有很多，但是有關(guān)從空氣中分離出二氧化碳用于制備干冰的技術(shù)國內(nèi)的研究還非常之少。

公開號(hào)為CN101857226A的專利文件公開了一種碳酸丙烯酯生產(chǎn)二氧化碳的技術(shù)，其是利用了二氧化碳在碳酸丙烯酯中的溶解度很高，而污染氣體中的其他氣體在碳酸丙烯酯中的溶解度較低，從而將污染氣體中的二氧化碳和少量其他氣體溶解到碳酸丙烯酯溶液中，然后再通過對(duì)吸收了二氧化碳和少量其他污染氣體的吸收液體進(jìn)行閃蒸分離，使得其中的二氧化碳和其他氣體重新釋放出來，然后再經(jīng)過后續(xù)常壓解析、氣提、精制等工序來對(duì)二氧化碳進(jìn)行提純，得到純凈的二氧化碳進(jìn)行回收利用。

但是，該方法的目的在于回收和制備純凈的二氧化碳，而不是直接生產(chǎn)干冰，其中閃蒸分離的本質(zhì)目的在于收集二氧化碳混合氣體，況且如果采用該方法先制得純凈二氧化碳?xì)怏w后在利用二氧化碳?xì)怏w來制備干冰，工藝非常復(fù)雜，生產(chǎn)難度和成本均較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為實(shí)現(xiàn)簡便的通分離二氧化碳來制取干冰，本發(fā)明提供了一種吸收空氣中二氧化碳制備干冰的方法及設(shè)備。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：吸收空氣中二氧化碳制備干冰的方法，包括如下步驟：

（1）將空氣和碳酸丙烯酯循環(huán)液在0.3～1MP的條件下充分接觸，得到吸收液和吸收氣；所述碳酸丙烯酯循環(huán)液至少包括質(zhì)量濃度在0.1%以上的碳酸丙烯酯水溶液；

（2）對(duì)吸收液進(jìn)行閃蒸分離，得到回收氣和回收液；

（3）直接對(duì)回收氣進(jìn)行加壓冷卻，得到干冰混合體；

（4）除去干冰混合體中的除去非固態(tài)物質(zhì)，分割固態(tài)冰層，得到干冰。

本發(fā)明利用碳酸丙烯酯對(duì)二氧化碳進(jìn)行吸收，與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，本發(fā)明并未通過此方法來制備純凈二氧化碳?xì)怏w再制取干冰，而是利用此方法來直接制備干冰。換句話說，本發(fā)明在提取二氧化碳?xì)怏w后不需要專門的氣體提純步驟，而是利用冷卻過程中二氧化碳與其余物質(zhì)熔點(diǎn)的不同，冷卻的同時(shí)實(shí)現(xiàn)二氧化碳的提純。

碳酸丙烯酯在一定壓強(qiáng)下吸附空氣中氣體所形成的吸收液中，含有溶解的大量二氧化碳和少量氮?dú)?、氧氣、一氧化碳等其他雜質(zhì)氣體。對(duì)該吸收液進(jìn)行閃蒸分離，可使得吸收液中吸附的混合氣體解析出來，混合氣體被解析出來的同時(shí)帶出少量碳酸丙烯酯循環(huán)液中的溶質(zhì)和水蒸氣，形成氣液混合體系。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對(duì)該氣液混合體系進(jìn)行冷凍時(shí)，其中含有的少量吸收液（溶劑為水）以及二氧化碳?xì)怏w，會(huì)在一定的溫度和壓強(qiáng)下凍結(jié)成固態(tài)，而以氧氣、氮?dú)狻⒁谎趸紴橹鞯钠渌諝庵械臍怏w成分，由于熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于二氧化碳和水的熔點(diǎn)，將不會(huì)形成固態(tài)。然而由于二氧化碳與水的熔點(diǎn)的不同，兩者會(huì)先后形成固態(tài)冰層。水溶液（含有碳酸丙烯酯循環(huán)液中的一部分溶質(zhì)）將先形成固態(tài)冰層位于下層，二氧化碳后形成干冰層位于上層，兩冰層之間存在一條較為清晰的界限，可將其切割分離，從而得到純凈的干冰。

由于二氧化碳在碳酸丙烯酯溶液中的溶解度隨溫度的降低和壓強(qiáng)的升高而升高，因此在加壓冷卻前需要進(jìn)行閃蒸分離，以使碳酸丙烯酯溶液與二氧化碳分離，防止在冷凍之后無法得到純凈的干冰層。因此本發(fā)明的閃蒸分離的本質(zhì)目的是防止大量二氧化碳在冷凍過程中重新溶解在碳酸丙烯酯循環(huán)液中。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，將步驟（1）得到的吸收氣與碳酸丙烯酯循環(huán)液充分接觸進(jìn)行再次吸收處理。該方案的目的一是在于進(jìn)一步回收吸收氣中的二氧化碳，以制備干冰。二是可起到凈化空氣的作用，例如在二次吸收過程中，可在循環(huán)液中再加入乙二醇二甲謎作為吸收劑，以吸收污染空氣中的H2S、COS等有機(jī)硫，以達(dá)到以吸收污染空氣為原料，制備干冰后再排放凈化空氣的目的，對(duì)環(huán)境做出貢獻(xiàn)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述碳酸丙烯酯循環(huán)液的成分包括碳酸丙烯酯、碘化銀和水，其中碳酸丙烯酯、碘化銀和水的質(zhì)量比為2～5:2～25:1000。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)以城市上空的污染空氣作為干冰的生產(chǎn)原料時(shí)，由于空氣中含有大量帶有異味的污染物，將會(huì)使得最后制得的干冰和循環(huán)液中帶有臭味，嚴(yán)重影響干冰產(chǎn)品的質(zhì)量和循環(huán)液回收，因此發(fā)明人采用加入碘化銀來對(duì)污染空氣進(jìn)行凈化處理，使得該方法可以多種污染空氣為原料生產(chǎn)干冰，且提高了干冰產(chǎn)品的質(zhì)量。在該方案中，還可以向碳酸丙烯酯循環(huán)液中加入芳香劑來去除污染空氣的臭味。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，將步驟（2）得到的回收液按碳酸丙烯酯循環(huán)液的成分重新進(jìn)行成分配比后返回步驟（1）中循環(huán)使用。由于在閃蒸分離過程中，部分溶劑隨水蒸氣被帶出，因此需要對(duì)回收液重新進(jìn)行成分配比再進(jìn)行回收利用，以充分利用循環(huán)液資源。

本發(fā)明還公開了一種吸收空氣中二氧化碳制備干冰的設(shè)備，包括一次吸收系統(tǒng)，所述一次吸收系統(tǒng)包括一次吸收塔，與一次吸收塔上部連通的循環(huán)液導(dǎo)入裝置，設(shè)置于一次吸收塔上部的出氣口，連通于一次吸收塔下部的空氣輸送裝置與連通于一次吸收塔下部的一次回收裝置，所述一次回收裝置底部設(shè)置有排液口。

使用本套設(shè)備時(shí)，將碳酸丙烯酯循環(huán)液注入循環(huán)液導(dǎo)入裝置中，通過設(shè)置在吸收塔頂部的噴頭向吸收塔中循環(huán)噴灑。同時(shí)空氣通過空氣輸送裝置由下而上在吸收塔中與循環(huán)液在一定壓強(qiáng)在逆流接觸，循環(huán)液充分吸收空氣中二氧化碳和其他氣體之后形成吸收液，吸收后的氣體從吸收塔上部的出氣口排出，吸收液則進(jìn)入一次回收裝置中，由于回收裝置的壓強(qiáng)較低（常壓），因此吸收液在其中發(fā)生閃蒸，吸收液中的二氧化碳混合氣體被釋放出來，此時(shí)可通過底部排液口放出回收裝置中的循環(huán)液（保留液封），然后對(duì)其中剩余的氣態(tài)物質(zhì)進(jìn)行加壓冷卻處理。冷凍處理完成后，打開一次回收裝置，分離出非固物質(zhì)，找到水溶液冰層和干冰層的界線進(jìn)行切割分離，得到純凈的干冰層。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，還包括二次吸收系統(tǒng)，所述二次吸收系統(tǒng)包括二次吸收塔，設(shè)置于二次吸收塔上部的排氣口，連通于二次吸收塔上部的循環(huán)液儲(chǔ)存裝置，設(shè)置于二次吸收塔下部的進(jìn)氣口與連通于二次吸收塔下部的二次回收裝置，所述進(jìn)氣口與一次吸收塔的出氣口連通，所述二次回收裝置底部設(shè)置有出液口。該方案的目的一是在于進(jìn)一步回收吸收氣中的二氧化碳，以制備干冰。二是可起到凈化空氣的作用，例如可在二次吸收塔所用循環(huán)液中再加入乙二醇二甲謎作為吸收劑，以吸收污染空氣中的H₂S、COS等有機(jī)硫。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，一次吸收塔、二次吸收塔中的至少一個(gè)吸收塔中設(shè)置填料層。設(shè)置填料層的目的在于預(yù)先回收空氣中可能存在的SO2，H2S等后續(xù)工藝不易分離的氣體，以提高所得干冰的純度，并減少最后排放出的氣體中的有害氣體含量，對(duì)空氣質(zhì)量有一定的凈化作用。更佳的，所述填料層（13）的填料成分包括花瓣、竹根和桉樹枝葉的混合物，所述混合物經(jīng)粉碎處理，發(fā)明人經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)此種天然物質(zhì)形成的復(fù)合填料層對(duì)空氣中SO2，H2S，CO等多種有害氣體有很好的凈化作用。所述花瓣要求對(duì)空氣有較強(qiáng)的凈化能力，可以是月季、薔薇、菊花等花卉的花瓣。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述一次回收裝置和二次回收裝置為可調(diào)節(jié)壓強(qiáng)的冷卻容器。對(duì)回收裝置中的混合氣體進(jìn)行冷卻的方式有很多，例如可將回收裝置放置于冷卻設(shè)備中進(jìn)行冷卻，也可以將回收裝置中的氣體抽到另一冷卻器中進(jìn)行冷卻等；本方案中，回收裝置本身具有冷卻功能，且壓強(qiáng)可調(diào)，更便于對(duì)回收氣進(jìn)行冷卻處理。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在循環(huán)液導(dǎo)入裝置與一次吸收塔之間以及循環(huán)液儲(chǔ)存裝置和二次吸收塔之間還設(shè)置有水冷器。發(fā)明人通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，降低循環(huán)液溫度可以減少閃蒸分離過程中，水蒸氣帶出的碳酸丙烯酯循環(huán)液中溶劑的損失，使溶劑的工藝損耗減少。

本發(fā)明的有益效果是：1）提供了一種通過吸收空氣中二氧化碳來生產(chǎn)干冰的方法，變廢為寶；2）整個(gè)工藝操作簡短，對(duì)設(shè)備的要求很低；3）通過本方法和設(shè)備能有效除去空氣中的其他有害氣體，起到凈化空氣的作用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的吸收空氣中二氧化碳制備干冰的設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)記為：1-一次吸收塔，2-循環(huán)液導(dǎo)入裝置，3-出氣口，4-空氣輸送裝置，5-一次回收裝置，6-二次吸收塔，7-循環(huán)液儲(chǔ)存裝置，8-進(jìn)氣口，9-二次回收裝置，10-水冷器，11-排液口，12-出液口，13-填料層，14-排氣口。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

如圖1所示，本發(fā)明的吸收空氣中二氧化碳制備干冰的設(shè)備，包括一次吸收系統(tǒng)和二次吸收系統(tǒng)。

所述一次吸收系統(tǒng)包括一次吸收塔1，與一次吸收塔1上部連通的循環(huán)液導(dǎo)入裝置2和水冷器10，設(shè)置于一次吸收塔1上部的出氣口3，連通于一次吸收塔1下部的空氣輸送裝置4與連通于一次吸收塔1下部的一次回收裝置5；所述一次回收裝置5底部設(shè)置有排液口11。

所述二次吸收系統(tǒng)包括二次吸收塔6，設(shè)置于二次吸收塔6上部的排氣口14，設(shè)置于二次吸收塔6下部的進(jìn)氣口8與連通于二次吸收塔6下部的二次回收裝置9，所述進(jìn)氣口8與一次吸收塔1的出氣口3連通，所述二次回收裝置9底部設(shè)置有出液口12。所述一次回收裝置5和二次回收裝置9為可調(diào)節(jié)壓強(qiáng)的冷卻容器，且一次吸收塔中設(shè)置有經(jīng)粉碎處理的月季花瓣、竹根和桉樹枝葉組成的填料層。

實(shí)施例：

采用圖1所示的設(shè)備吸收空氣中二氧化碳制備干冰，包括如下步驟：

（1）將碳酸丙酯循環(huán)液（由碳酸丙烯酯、碘化銀、芳香劑和水，按質(zhì)量比2:20:5:1000復(fù)配而成）注入循環(huán)液導(dǎo)入裝置2中，經(jīng)過水冷器10冷卻到15℃后通過設(shè)置于一次吸收塔1頂部的噴頭噴入一次吸收塔1中，控制一次吸收塔1的壓強(qiáng)在0.35MP。

（2）同時(shí)通過設(shè)置于一次吸收塔1底部的空氣輸送裝置4往一次吸收塔中輸送空氣，使空氣和循環(huán)液在吸收塔中逆流接觸，使循環(huán)液充分吸收空氣中的二氧化碳和其他氣體，形成一次吸收液和一次吸收氣。

（3）將一次吸收液送入一次回收裝置5，此時(shí)一次回收裝置5為常壓狀態(tài)，一次吸收液發(fā)生閃蒸分離，使得一次吸收液中吸附的混合氣體解析出來，同時(shí)帶出少量循環(huán)液中的溶質(zhì)和水蒸氣，形成的氣液混合體系（一次回收氣）。并從一次回收裝置5的底部排液口11將一次回收液排出（保留液封）。將一次回收液重新進(jìn)行成分配比（碳酸丙烯酯、碘化銀、芳香劑和水，按質(zhì)量比2:20:5:1000復(fù)配）后返回步驟（1）中作為碳酸丙烯酯循環(huán)液循環(huán)使用。

（4）升高一次回收裝置5的壓強(qiáng)至0.415MPa并降低溫度至-21.1℃對(duì)一次吸收液進(jìn)行冷凍處理1～2h。

（5）打開一次回收裝置5，分離非固態(tài)物質(zhì)，然后找到水溶液冰層和干冰層之間的界線，進(jìn)行切割，得到純凈干冰。

（6）將步驟（2）中得到的一次吸收氣通入二次吸收塔6，對(duì)二次吸收氣進(jìn)行再吸收處理。向二次吸收塔6所用的碳酸丙烯酯循環(huán)液中加入乙二醇二甲謎，除去污染空氣中的H₂S、COS等有機(jī)硫，得到凈化后的空氣后進(jìn)行排放。從出液口12排出的循環(huán)液進(jìn)行重新配比后返回循環(huán)液儲(chǔ)存裝置7中循環(huán)使用。