本发明属于二氧化碳精馏分离技术领域，尤其涉及二氧化碳精馏分离工艺中的制冷循环系统及方法。
背景技术：
目前，工业生产二氧化碳主要是利用工业含碳废气(co2含量＞80％)分离的方法来生产。主要有两种工艺，一是工业废气逐级通过脱硫工段、氧化脱烃工段、脱水工段分离后、最后通过精馏提纯除去不凝性气体n2、h2、co、o2，得到较高纯度的液体二氧化碳；二是工业废气通过双塔精馏工艺去除co2中的杂质，含杂质的co2原料气从第一精馏塔底部进入，通过精馏分离，比二氧化碳重的组分从塔底排出，其他组分从塔顶出来，进入第二精馏塔上部，通过精馏从塔顶排出比二氧化碳轻的组分，塔底得到高纯度的液体二氧化碳。不论原料气组成及各组分物理性质有何差异、液体二氧化碳的提纯都是在高压、低温的情况下进行。
传统二氧化碳精馏分离工艺中只用氨循环系统制冷，参阅图1，传统冷凝器主要通过液氨气化吸收大量热量，提供冷能，气化后的氨气通过螺杆式压缩机压缩、冷却液化，然后再循环利用。传统的氨循环系统制冷存在能耗较高，分离效率有待提高，产品质量及产量也有待提升。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有二氧化碳精馏分离工艺中只用氨循环系统制冷而存在能耗较高、分离效率较低的问题，提供一种二氧化碳精馏分离工艺中采用氨循环和氟循环共同制冷的循环系统及方法，以提高二氧化碳分离效率及产量和品质。
本发明采用的技术方案如下：
一种二氧化碳精馏分离工艺中的制冷循环系统，包括氨循环系统、氟循环系统、第一气液分离器、第一精馏塔、第二精馏塔、第二气液分离器，第一精馏塔中部设有原料气输入管道，第一精馏塔顶部通过输气管道与氨循环循环系统、第一气液分离器、氟循环系统、第二气液分离器、第二精馏塔顺序连通，第一精馏塔和第二精馏塔的塔底均设有液体二氧化碳输出管道。
进一步，所述氨循环系统包括第一冷凝器、氨气螺杆压缩机，第一冷凝器设于第一精馏塔和第一气液分离器之间，且通过输气管道连通，氨气螺杆压缩机与第一冷凝器通过氨输送管道相连。
进一步，第一精馏塔和第二精馏塔的下部分别设有第一再沸器、第二再沸器，第一再沸器、第二再沸器均为板式再沸器。
进一步，所述氟循环系统包括第二冷凝器、氟利昂螺杆压缩机、氟低压储罐、氟气液换热器，第二冷凝器顶部与第一气液分离器顶部和第二精馏塔顶部分别连通，第二冷凝器底部与第二气液分离器连通，第二冷凝器下部通过氟利昂输送管道与氟气液换热器连通，氟利昂螺杆压缩机通过氟利昂输送管道与第一再沸器和第二再沸器分别连通，氟低压储罐通过氟利昂输送管道与第一再沸器、第二再沸器及氟气液换热器相连，氟气液换热器通过氟利昂输送管道还与氟利昂螺杆压缩机相连。
进一步，第二精馏塔塔底连接的液体二氧化碳输出管道上设有过冷器。
进一步，第二冷凝器中部通过氨输送管道与氨气螺杆压缩机相连。
上述二氧化碳精馏分离工艺中的制冷循环系统在二氧化碳精馏分离工艺中的应用。
本发明还提供了一种基于上述二氧化碳精馏分离工艺中的制冷循环系统制冷的方法，包括以下步骤：
⑴从氟利昂螺杆压缩机出来的氟利昂气体，通过氟利昂输送管道分别进入第一精馏塔和第二精馏塔塔底的板式再沸器，与精馏塔底的液体换热，使部分液体气化，气化的气体与塔顶流下的液体进行传质传热，此时气体氟利昂被冷却液化，液化后的氟利昂进入氟低压储罐，氟低压储罐内的液体通过氟利昂输送管道进入第二精馏塔塔顶的板式冷凝器，与来自第一精馏塔的塔顶气进行换热，使塔顶气冷凝液化，氟利昂吸收大量热量被气化，气化后的氟利昂与氟低压储罐流出的液体氟利昂在氟气液换热器进行换热，使液体氟利昂达到更低的蒸发温度，换热后的气体氟利昂通过氟利昂输送管道进入氟利昂螺杆压缩机压缩，变成高压高温的氟利昂气体，再次进入第一精馏塔和第二精馏塔塔底的板式再沸器，如此循环进行氟利昂制冷；
⑵氨输送管道内的氨气通过螺杆压缩机压缩、冷却液化后液氨分别进入第一冷凝器和第二冷凝器中部，液氨气化，气化后的氨气再通过氨输送管道送入螺杆压缩机，如此循环进行氨制冷；
⑶原料气通过第一精馏塔和第二精馏塔，经步骤⑴和⑵的制冷处理后，不凝性气体作为放空尾气通过第二气液分离器顶部排出，第一精馏塔和第二精馏塔塔底产出液体二氧化碳。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、在生产液体二氧化碳精馏分离工艺中，加入氟循环系统，与氨循环系统共同给分离工艺制冷，使精馏分离的冷凝温度降至-40℃，使精馏分离达到深冷，提高分离效率，使产品质量提升，产量和回收率增加，液体二氧化碳产品纯度由99.99％增为99.999％。
2、使用氟利昂在系统中提供热能与冷能，不仅利用它的气化潜热，也利用它的液化潜热和气体氟利昂的显热，达到能量的多效利用，省去了传统工艺中再沸器的工程热源，不仅简化了系统，减少了设备投资和运行成本，同时也达到了节能降耗目的。
附图说明
图1为现有传统的二氧化碳精馏分离工艺中的氨循环系统示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图中标记：1-第一气液分离器，2-第一冷凝器，3-第一精馏塔，4-第一再沸器，5-氟低压储罐，6-过冷器，7-第二精馏塔，8-第二再沸器，9-第二冷凝器，10-第二气液分离器、11-氟气液换热器，12-氟利昂螺杆压缩机，13-氨气螺杆压缩机。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
请参阅附图2，本发明提供的一种二氧化碳精馏分离工艺中的制冷循环系统，包括氨循环系统、氟循环系统、第一气液分离器、第一精馏塔、第二精馏塔、第二气液分离器，第一精馏塔中部设有原料气输入管道，第一精馏塔顶部通过输气管道与氨循环循环系统、第一气液分离器、氟循环系统、第二气液分离器、第二精馏塔顺序连通，第一精馏塔和第二精馏塔的塔底均设有液体二氧化碳输出管道。所述氨循环系统包括第一冷凝器、氨气螺杆压缩机，第一冷凝器设于第一精馏塔和第一气液分离器之间，且通过输气管道连通，氨气螺杆压缩机与第一冷凝器通过氨输送管道相连。第一精馏塔和第二精馏塔的下部分别设有第一再沸器、第二再沸器，第一再沸器、第二再沸器均为板式再沸器。所述氟循环系统包括第二冷凝器、氟利昂螺杆压缩机、氟低压储罐、氟气液换热器，第二冷凝器顶部与第一气液分离器顶部和第二精馏塔顶部分别连通，第二冷凝器底部与第二气液分离器连通，第二冷凝器下部通过氟利昂输送管道与氟气液换热器连通，氟利昂螺杆压缩机通过氟利昂输送管道与第一再沸器和第二再沸器分别连通，氟低压储罐通过氟利昂输送管道与第一再沸器、第二再沸器及氟气液换热器相连，氟气液换热器通过氟利昂输送管道还与氟利昂螺杆压缩机相连。第二精馏塔塔底连接的液体二氧化碳输出管道上设有过冷器。第二冷凝器中部通过氨输送管道与氨气螺杆压缩机相连。
实施例2
在实施例1的基础上，本发明还提供了一种二氧化碳精馏分离工艺中的制冷循环系统制冷的方法，包括以下步骤：
⑴从氟利昂螺杆压缩机出来的氟利昂气体，通过氟利昂输送管道分别进入第一精馏塔和第二精馏塔塔底的板式再沸器，与精馏塔底的液体换热，使部分液体气化，气化的气体与塔顶流下的液体进行传质传热，此时气体氟利昂被冷却液化，液化后的氟利昂进入氟低压储罐，氟低压储罐内的液体通过氟利昂输送管道进入第二精馏塔塔顶的板式冷凝器，与来自第一精馏塔的塔顶气进行换热，使塔顶气冷凝液化，氟利昂吸收大量热量被气化，气化后的氟利昂与氟低压储罐流出的液体氟利昂在氟气液换热器进行换热，使液体氟利昂达到更低的蒸发温度，换热后的气体氟利昂通过氟利昂输送管道进入氟利昂螺杆压缩机压缩，变成高压高温的氟利昂气体，再次进入第一精馏塔和第二精馏塔塔底的板式再沸器，如此循环进行氟利昂制冷；
⑵氨输送管道内的氨气通过螺杆压缩机压缩、冷却液化后液氨分别进入第一冷凝器和第二冷凝器中部，液氨气化，气化后的氨气再通过氨输送管道送入螺杆压缩机，如此循环进行氨制冷；
⑶原料气通过第一精馏塔和第二精馏塔，经步骤⑴和⑵的制冷处理后，不凝性气体作为放空尾气通过第二气液分离器顶部排出，第一精馏塔和第二精馏塔塔底产出液体二氧化碳。
实施例3
基于实施例1和2，以双精馏塔每小时产7吨液体二氧化碳为例，氟利昂经过螺杆压缩机后变成50℃、2.85bar的气体，分流经过两个精馏塔底再沸器后变成温度-12℃，0.42bar的液体，给系统提供200kw的热能。然后与气化的-40℃低温氟利昂通过换热器换热，使液体氟利昂温度降至-20℃。降温后的液体氟利昂经过第二精馏塔塔顶的板式冷凝器蒸发，使来自第一精馏塔的塔顶气液化，给系统提供155kw的冷能，工艺其余冷能由氨循环制冷系统提供。蒸发后氟利昂变成-40℃、0.086bar的气体，与液体氟利昂通过换热器换热后，进入螺杆压缩机继续循环使用。
氟循环与氨循环共同提供冷能可使冷凝温度降至-38℃。传统用氨循环制冷只能将温度降至-28℃，温度由-28℃提升至-38℃，可使产品纯度由99.99％增至99.999％，这对产品质量来说是质变，同时随着纯度的提高，产品的回收率由之前的30％增至现在的60％，即放空尾气二氧化碳含量由之前的70％降至现在的40％，这样可使二氧化碳产量由原来的每小时产量6吨变成现在的每小时7吨，增加了16.67％。
本发明利用氟循环系统中氟利昂的液化潜热、气化潜热以及气体显热给二氧化碳精馏分离工艺提供热能、冷能。氟循环与氨循环共同制冷使系统达到了深冷，提升了分离效率，降低了尾气排放中二氧化碳的含量，提高了产品收率。另外，不用给系统提供额外的工程热源，降低了能耗、简化了工艺流程，减少了设备投资和运行成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种二氧化碳精馏分离工艺中的制冷循环系统，其特征在于：包括氨循环系统、氟循环系统、第一气液分离器、第一精馏塔、第二精馏塔、第二气液分离器，第一精馏塔中部设有原料气输入管道，第一精馏塔顶部通过输气管道与氨循环循环系统、第一气液分离器、氟循环系统、第二气液分离器、第二精馏塔顺序连通，第一精馏塔和第二精馏塔的塔底均设有液体二氧化碳输出管道。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述氨循环系统包括第一冷凝器、氨气螺杆压缩机，第一冷凝器设于第一精馏塔和第一气液分离器之间，且通过输气管道连通，氨气螺杆压缩机与第一冷凝器通过氨输送管道相连。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：第一精馏塔和第二精馏塔的下部分别设有第一再沸器、第二再沸器，第一再沸器、第二再沸器均为板式再沸器。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述氟循环系统包括第二冷凝器、氟利昂螺杆压缩机、氟低压储罐、氟气液换热器，第二冷凝器顶部与第一气液分离器顶部和第二精馏塔顶部分别连通，第二冷凝器底部与第二气液分离器连通，第二冷凝器下部通过氟利昂输送管道与氟气液换热器连通，氟利昂螺杆压缩机通过氟利昂输送管道与第一再沸器和第二再沸器分别连通，氟低压储罐通过氟利昂输送管道与第一再沸器、第二再沸器及氟气液换热器相连，氟气液换热器通过氟利昂输送管道还与氟利昂螺杆压缩机相连。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：第二精馏塔塔底连接的液体二氧化碳输出管道上设有过冷器。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：第二冷凝器中部通过氨输送管道与氨气螺杆压缩机相连。
7.一种权利要求6所述的系统在二氧化碳精馏分离工艺中的应用。
8.一种利用权利要求6所述的系统在二氧化碳精馏分离工艺中的制冷方法，其特征在于：包括以下步骤：
⑴从氟利昂螺杆压缩机出来的氟利昂气体，通过氟利昂输送管道分别进入第一精馏塔和第二精馏塔塔底的板式再沸器，与精馏塔底的液体换热，使部分液体气化，气化的气体与塔顶流下的液体进行传质传热，此时气体氟利昂被冷却液化，液化后的氟利昂进入氟低压储罐，氟低压储罐内的液体通过氟利昂输送管道进入第二精馏塔塔顶的板式冷凝器，与来自第一精馏塔的塔顶气进行换热，使塔顶气冷凝液化，氟利昂吸收大量热量被气化，气化后的氟利昂与氟低压储罐流出的液体氟利昂在氟气液换热器进行换热，使液体氟利昂达到更低的蒸发温度，换热后的气体氟利昂通过氟利昂输送管道进入氟利昂螺杆压缩机压缩，变成高压高温的氟利昂气体，再次进入第一精馏塔和第二精馏塔塔底的板式再沸器，如此循环进行氟利昂制冷；
⑵氨输送管道内的氨气通过螺杆压缩机压缩、冷却液化后液氨分别进入第一冷凝器和第二冷凝器中部，液氨气化，气化后的氨气再通过氨输送管道送入螺杆压缩机，如此循环进行氨制冷；
⑶原料气通过第一精馏塔和第二精馏塔，经步骤⑴和⑵的制冷处理后，不凝性气体作为放空尾气通过第二气液分离器顶部排出，第一精馏塔和第二精馏塔塔底产出液体二氧化碳。
技术总结