【正文】 底出料 塔頂出料 質(zhì)量流量 / hkg/ 質(zhì)量分?jǐn)?shù) /% 摩爾流量 / hkmol/ 摩爾分?jǐn)?shù) /% 21 熱量衡算 由于本流程設(shè)備較多，而主要熱量變換集中在冷凝階段。 根據(jù)產(chǎn)量和原料氣的組分，計算出整個工藝流程中的各組分的流量。 原料氣條件：原料氣為合成氨脫碳解吸氣，其組成（體 積分?jǐn)?shù)，下同）為： CO2，27%； N2， %； H2， %； CO， %； CH4， %； H2S， %；脫碳液，微量。 前面 主要是選擇各個工段 所需設(shè)備，以及這些設(shè)備在各個工段的重要作用，下面本設(shè)計就整個工藝流程進(jìn)行了物料衡算和熱量衡算，以及該對工藝主體設(shè)備提純塔進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計和計算。主要目的將原料氣中的微量硫化物脫至產(chǎn)品質(zhì)量要求。 蒸發(fā)冷凝器 蒸發(fā)冷凝器是冷凍系統(tǒng)的主要設(shè)備。 從提純器上部排除的不凝性氣體，我們稱之為閃蒸汽。在低純度產(chǎn)品 CO2（ %）過程可以不使用再沸過程，因為 通過提純器正常操作即可很容易得到我們所需要的產(chǎn)品，當(dāng)要生產(chǎn)食品級 CO2（ %～ %）時，如果某些微量雜質(zhì)存在，就必須采用再沸方式進(jìn)行提純。工藝流程方框圖如圖 圖 流程方框圖 主要生產(chǎn)設(shè)備 提純塔 提純塔是是提純系統(tǒng)的主體設(shè)備，也是本設(shè)計中最主要的設(shè)備。 充瓶系統(tǒng) ：作用是將已儲存在液體 CO2儲槽中的合格產(chǎn)品充入鋼瓶中。 提純系統(tǒng) ：將冷凍系統(tǒng)冷卻的 CO2送至提純工序，大部分 CO2被冷凝，未冷凝的不凝性氣體（含 CO2飽和蒸汽）經(jīng)冷量回收后放空。 脫硫系統(tǒng) ：作用是將原料氣中的微量硫化物脫除至產(chǎn)品要求。 13 表 食品添加劑液體二氧化碳標(biāo)準(zhǔn) [17] 組分名稱 組分含量 /% 二氧化碳 水分 總硫 總烴 氧氣 氨 氮氧化物 一氧化碳 硫氧化碳 硫化氫 二氧化硫 ≤ ≤ ≤（其中 CH4≤%） ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ 生產(chǎn)工藝的簡述 本設(shè)計工藝是一個簡單而又經(jīng)濟(jì)的工藝流程。常規(guī)的 TSA 工藝通常需要大 量的再生氣量，直接導(dǎo)致產(chǎn)品生產(chǎn)成本增高，而該工藝采用先進(jìn)的 TSA 等壓變溫吸附方法對微量雜質(zhì)精脫和對 CO2進(jìn)行提純，真正實現(xiàn)無損耗過程，本等壓吸附工藝流程的再生氣是充分利用本系統(tǒng)的原料氣反復(fù)循環(huán)使用 [13]。該項目采用低壓法工藝生產(chǎn)，純度高達(dá) ％ 以上，除達(dá)到國內(nèi)食品 CO2標(biāo)準(zhǔn)外，還能滿足百事可樂公司的質(zhì)量要求，可為用戶提供汽 車槽車和鋼瓶兩種充裝設(shè)施。 目前國外普遍采用低壓法生產(chǎn)液體 CO2，這是因為食品 CO2的純度要求越來越高，很多用戶要求純度在 ％以上，用高壓法和中壓法生產(chǎn)很難滿足純度要求。本工藝以合成氨中多余的氣體為原料氣。 高濃度二氧化碳原料氣 此類原料氣的純度一般都在 98%以上，雜質(zhì)少，特別是可燃性的氫、一氧化碳雜質(zhì)少，在脫烴凈化補(bǔ)氧時，可以采取加空氣的形式補(bǔ)氧，少量的空氣對各類消耗影響小，流程相對簡單，投資省，有尿素生產(chǎn)的企業(yè)特別適合生產(chǎn)生產(chǎn)國際標(biāo)準(zhǔn)食品級二氧化碳。外購氧氣，費用大，操作復(fù)雜。 合成氨廠變壓吸附脫碳排放的二氧化碳原料氣 此類原料氣二氧化碳濃度一般在 20～ 30%，主要是合成氨廠變壓吸附脫碳?xì)?，其最大的特點是原料中烴、苯等對人體有毒有害的雜質(zhì)都嚴(yán)重超標(biāo)，一般都超出指標(biāo)幾百甚至幾千倍。而且由于操作壓力高，雜質(zhì)分壓也高，會大量溶解在液體二氧化碳中，產(chǎn)品純度低。 比較以上各種提純 CO2的方法，本設(shè)計采用低溫提純法來提純 CO2。 （ 5）復(fù)合分離法 復(fù)合分離法是采用兩種以上的 CO2分離回收技術(shù)。 （ 4）低溫 精餾 法 低溫提純法是利用 CO2與其它雜質(zhì)氣體在一定溫度下沸點的不同，利用提純的原理，低沸點的組分從提純塔頂部放空，液體 CO2在底部聚集提高產(chǎn)品純度的方法 [8]。物理溶劑吸附法是根據(jù)亨利定律，在一定溫度下， CO2在某些溶液中的濃度與液面上該氣體的平衡壓力成正比，依此規(guī)律按照物理溶解的方法實現(xiàn) CO2的分離與回收。 食品級液態(tài) CO2的生產(chǎn)方法 根據(jù)生產(chǎn)原理，工業(yè)上從廢氣中分離回收生產(chǎn) CO2的常用方法有：溶劑吸收法、吸附分離法、膜分離法、低溫 精餾 法和其它方法等。排放多余 CO2，不僅破壞了生態(tài)環(huán)境，又浪費了大量 CO2資源。 從消費領(lǐng)域來看，今后幾年仍以飲料、食品保鮮、卷煙、焊接為主。主要分布在杭州、溫州、寧波等地。而上海 2020 年消費在 5 萬噸 /年以上，近幾年年均增長在 11%左右。廣東省 CO2 市場較活躍，全省CO2生產(chǎn)能力在 10 萬噸 /年以 上。與國外公司的合作，使我國行業(yè)的整體技術(shù)水平上了一個臺階。 BOC 公司以其開發(fā)的新型 CO2生產(chǎn) 設(shè)備 作為資本投入方式，在我國已引進(jìn) 8 套 1 萬噸 /年的液體 CO2生產(chǎn)設(shè)備，其中 6 套已在撫順、大連、遷安、膠南、興甲、資江等正式投產(chǎn)。預(yù)計今后幾年平均增長消費速度為 15%～ 20%。至 1997 年底，國內(nèi) 50 多家中型合成氨廠已建成了 34 套 CO2回收裝置，總產(chǎn)能約 23 萬噸 /年，其中最小規(guī)模僅 1000 噸 /年，最大規(guī)模為3 萬噸 /年，萬噸以上 9 套。主要來源為： ① 合成氨廠脫碳工序排放氣； ② CO2氣田氣； ③ 酒精廠、啤酒廠排放廢氣； ④ 制氫裝置副產(chǎn)氣； ⑤ 石灰石鍛燒窯氣； ⑥ 石油化工副產(chǎn)氣。我國是當(dāng)今界上能源結(jié)構(gòu)以煤炭為基礎(chǔ)的少數(shù)國家之一，遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離了世界能源結(jié)構(gòu)以油、氣為發(fā)展趨勢的主流。目前 , 合成氨行業(yè) , 一般都有大量的 CO2被閑置 , CO2是造成 ―溫室效應(yīng) ‖的罪魁禍?zhǔn)?, 同時又是用途非常廣泛的原料 , 應(yīng)當(dāng)如以利用。固體 CO2大約占 19% , 用于運輸冷凍 , 在西歐 , 德國 CO2 產(chǎn)量最大 , 有 31 家液體 CO2 工廠 , 主要利用天然氣井分離的 CO2。主要用于 CO2氣體保護(hù)焊接、碳酸飲料、啤酒、冷藏食品、冷凍和煉鋼 ( 轉(zhuǎn)爐復(fù)合吹煉技術(shù) )等。美國 CO2生產(chǎn)裝置的利用率在 60%左右，近幾年產(chǎn)量基本維持在 450 萬噸 /年。與國外公司的合作，使我國行業(yè)的整體技術(shù)水平上了一個臺階。 BOC 公司以其開發(fā)的新型 CO2生產(chǎn) 設(shè)備 作為資本投入方式，在我國已引進(jìn) 8 套 1 萬噸 /年的液體 CO2生產(chǎn)設(shè)備，其中 6 套已在 撫順、大連、遷安、膠南、興甲、資江等正式投產(chǎn)。預(yù)計今后幾年平均增長消費速度為 15%～ 20%。至 1997 年底，國內(nèi) 50 多家中型合成氨廠已建成了 34 套 CO2回收裝置，總產(chǎn)能約 23 萬噸 /年，其中最小規(guī) 模僅 1000 噸 /年，最大規(guī)模為3 萬噸 /年，萬噸以上 9 套。 主要來源為： ① 合成氨廠脫碳工序排放氣； ② CO2氣田氣； ③ 酒精廠、啤酒廠排放廢氣； ④ 制氫裝置副產(chǎn)氣； ⑤ 石灰石鍛燒窯氣； ⑥ 石油化工副產(chǎn)氣。我國是當(dāng)今界上能源結(jié)構(gòu)以煤炭為基礎(chǔ)的少數(shù)國家之一，遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離了世界能源結(jié)構(gòu)以油、氣為發(fā)展趨勢的主流。目前 , 合成氨行業(yè) , 一般都有大量的 CO2被閑置 , CO2是造成 ―溫室效應(yīng) ‖的罪魁禍?zhǔn)?, 同時又是用途非常廣泛的原料 , 應(yīng)當(dāng)如以利用。 目前， CO2 在中藥、食品、香料、石油化工、生物化工、石油開采等方面已取得突破性 進(jìn)展 。 工業(yè)級 CO2的用途 （ 1） CO2氣體保護(hù)焊 CO2 氣體保護(hù)焊是我國 焊接行業(yè) 重點推廣的技術(shù)項目之一，隨著推廣速度的遞增，預(yù)計年增長幅度在 10%左右。卷煙行業(yè)以年產(chǎn) 3000 萬箱計算約需 CO2190 萬噸 /年。 CO2的用途 根據(jù) CO2質(zhì)量，性質(zhì)，有不同用途，可分為食品級 CO2和 工業(yè) 級 CO2二種。 2 第 一 章 緒論 二氧化碳（ CO2）是較豐富的 化學(xué) 物質(zhì)之一，其來源分為天然的和化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的兩種。目前，已形成 5l04t/a 食品級二氧化碳的能力，用于飲料、卷煙、氣體保護(hù)焊等行業(yè)，運行效果良好，經(jīng)濟(jì)效益可觀，年創(chuàng)效益 1000 萬 元。在臨界溫度以下加壓，可使 CO2 氣體液化為無色的液體 CO2。Distillation 1 引 言 二氧化碳（ CO2）是較豐富的 化學(xué) 物質(zhì)之一，其來源分為天然的和化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的兩種。和熱量衡算，通過計算，提純塔為的塔徑取 800mm，塔高約為 ， 關(guān)鍵詞： 二氧化碳 ； 資源 ； 冷凝 ； 提純 ； 提純 II The process design of 50kt/a foodgrade CO2 Abstract: In synthetic ammonia coal chemical,Transformation gas in synthetic ammonia contains about 27% of CO2, and before ammonia, CO2 must be removed. The CO2 of some enterprises is evacuated, because of the control of the process flow, which destructs the ecological environment and leads to the greenhouse effect, also wastes the valuable resource. A simple process about how to recycle CO2 is provided and designed. Recycling carbon dioxide and producing foodgrade liquid carbon dioxide, waste is turned into treasure. After application, it can play a dual effect of protecting environmental and recycling economy． The production of 50 kt/a of liquid food grade CO2 is designed. Decarbonization of desorption food grade is used to purification liquid CO2. This design has many advantages. For example, its process is short, simple, saving energy, economical, making full use of energy, and so on. The temperature swing adsorption technology to remove water is used in this device, low temperature distillation to remove noncondensable gases． Atmospheric pressure padding rectifying tower and selected interrelated equipment mainly for purification CO2 are designed. In this design, material balance and thermal balance of the entire process flow and the main equipment purification tower are calculated. By calculation, the diameter of the purification tower is selected 800mm, and the height of the purification tower is selected , total feed is 4000 hNm/3 ． Key words： Carbon dioxide 。 本設(shè)計是生產(chǎn) 5 萬噸 /年的食品級液態(tài) CO2工藝流程設(shè)計，采用低溫提純法提純食品級液態(tài) CO2，具有流程短、工藝簡單、節(jié)約能源、經(jīng)濟(jì)合理、回收率高、能耗底等優(yōu)點。 年產(chǎn) 5 萬噸食品級 CO2生產(chǎn)工藝的設(shè)計 The Process Design of 50kt/a Foodgrade CO2 摘要 ................................................................................................................................................. I Abstract ......................................................................................................................................... II 引言 .................