Технология жидкого диоксида углерода

На спиртовых заводах жидкий диоксид углерода получают по принципу сжижения газа, применяя умеренный холод. Усовершенствованная технологическая схема производства представлена на рисунке.

Из герметически закрытых бродильных аппаратов 1 газы брожения поступают в пеноловушку 2, а из нее в спиртоловушку 3; промытый газ направляют в газгольдер 4. Затем газ проходит водяной скруббер 5, заполненный кольцами Рашига или коксом, в котором его промывают водой, очищают от органических примесей и охлаждают. Из скруббера газ поступает в водокольцевой компрессор 6, где он дополнительно очищается и охлаждается, и, пройдя водоотделитель 7, сжимается в первой ступени трехступенчатого компрессора 12 до давления 0,5 МПа и направляется в холодильник 14. Для очистки и осушки диоксида углерода до и после холодильника установлены маслоотделители 13.

После этого газ очищают в адсорберах 8 и 9 активным углем. Адсорберов два: один находится в работе, другой – на регенерировании. Регенерирование проводят подогретым диоксидом углерода, образующимся при дросселировании.

Из адсорберов диоксид углерода поступает во вторую ступень компрессора, где сжимается до давления 2,4-2,5 МПа, а затем через холодильник 16 и маслоотделитель 15 поступает в третью ступень компрессора. Газ, сжатый примерно до 7 МПа, проходит

холодильник 18, маслоотделитель 77 и последовательно соединенные адсорберы с силикагелем 19 к 20 и цеолитом 21 и 22. В них газ окончательно очищается и осушается.

В связи с необходимостью регенерирования адсорбентов предусмотрены четыре попарно работающих адсорбера с силикагелем и цеолитом. Для регенерирования их используют также диоксид углерода, образующийся при дросселировании в накопительном сосуде, изотермическом хранилище и в транспортном изотермическом резервуаре, который насосом 31 подают для подогрева в теплообменники 23 и 30.

В конденсаторе 35 газ, отдавая теплоту, конденсируется. Сжиженный диоксид углерода заполняет ресиверы 32 высокого давления и поступает в стальные баллоны 33, помещенные на весы 34.

По данной схеме можно производить и сжиженный переохлажденный диоксид углерода с безбалонным хранением и транспортированием. Для этого жидкий диоксид углерода подвергают дросселированию от 6,5-7 до 0,8-1,2 МПа, и он приобретает состояние эмульсии. В вихревом разделителе 24 жидкая и газообразная фазы отделяются одна от другой (газообразной фазы получается около 47%). Жидкий диоксид углерода через окружные каналы вихревой камеры стекает в сосуд отделителя, а из него – в накопительный сосуд 26, изотермическое хранилище 29 или в транспортный изотермический резервуар 28. Газообразная фаза через центральные отверстия вихревой камеры, а затем по соответствующей коммуникации поступает в смеситель 10, где смешивается с газом, нагнетаемым первой ступенью компрессора. Давление углекислого газа определяют манометром 11. Из смесителя газ поступает на вторую ступень компрессора.

Количество наполняемого в изотермическое хранилище сжиженного диоксида углерода контролируют уровнемером 27, давление – манометром 25. Максимальное наполнение изотермического хранилища составляет 85-90% геометрического объема. Параметры жидкого диоксида углерода в изотермическом резервуаре следующие: давление 0,8-1,2 МПа, температура от -43,5 до -33,3ºС, теплота парообразования 326-309 кДж/кг, плотность 1130,8-1087,8 кг/м³, энтальпия 326-346 кДж/кг, энтропия 3,83-3,92 кДж/кг.

Жидкий диоксид углерода можно направлять на производство сухого льда.

Получение твердого диоксида углерода основано на дросселировании жидкого. Дросселирование можно осуществлять по циклу высокого, среднего или низкого давления. Технологическая схема производства сухого льда по циклу высокого давлени приведена на рисунке.

Жидкий диоксид углерода, полученный в конденсаторе третьей ступени 2 компрессора и очищенный в колонке 3, по давлением 6-7 МПа направляют в ресиверы 4, предназначенны для создания запаса жидкого диоксида углерода. Из ресиверов он поступает в двухсекционный теплообменник 15, в котором он лаждается газообразным диоксидом углерода, образующимся первом и втором промежуточных сосудах, и дросселируется регулирующим вентилем до давления 2,4-2,8 МПа.

Часть жидкого диоксида углерода испаряется, вследствие чего температура жидкой фазы снижается до -12 – -8°С. Жидкий диоксид углерода вместе с образовавшимися при дросселировании парами направляют в первый промежуточный сосуд 5. Пары газообразного диоксида углерода из промежуточного сосуда отсасываются через первую секцию теплообменника 15 цилиндром высокого давления дополнительного компрессора 14. Уровень диоксида углерода в первом промежуточном сосуде контролируется ртутным указателем 10.

Посредством второго регулирующего вентиля давление жидкости из первого промежуточного сосуда снижается с 2,4-2,8 до 0,8 МПа и смесь паров и жидкости направляется во второй промежуточный сосуд 6. Пар и жидкость охлаждаются до -44ºС. Из второго промежуточного сосуда газообразный диоксид углерода отсасывается через вторую секцию теплообменника 15 цилиндром среднего давления компрессора 14. Уровень жидкости во втором промежуточном сосуде контролируется по световому указателю 7. Переохлажденный до -44°С жидкий диоксид углерода поступает в поочередно заполняемые льдогенераторы 8.

После заполнения льдогенераторов медленно открывают диафрагму нижнего отсоса. Жидкий диоксид углерода при прохождении через диафрагму теряет давление и, достигнув тройной точки (0,528 МПа), постепенно переходит в твердое состояние. Кристаллы его заполняют диафрагму, а затем и полость льдогенератора. Запас твердого диоксида углерода под давлением 0,8 МПа хранится в сосуде 9, заполнение которого контролируется световым указателем уровня 7. Пары диоксида углерода, которые проходят через диафрагму льдогенератора, имеют температуру -78,9ºС. Они поступают в рубашку льдогенератора, отсасываются ступенью низкого давления компрессора 14, охлаждаются в конденсаторе 13, очищаются в батарее фильтров и маслоотделителей 11 и 12, направляются в ресиверы 4 для повторного использования.

Из льдогенератора блоки сухого льда массой 42-44 кг выгружают на тележки и транспортируют к хранилищу. Наиболее распространены хранилища шахтного типа, углубленные в землю, имеющие большое количество ячеек, отделенных одна от другой термоизолированными перегородками.

Сухой лед транспортируют в изотермических контейнерах.

На производство 1 кг сухого льда расходуется 1,6-2,0 кг жидкого диоксида углерода.