【正文】 廠也建成或在建大型 CO2生產(chǎn)裝置 10 余家，約占國內(nèi) CO2商品量的 50%。 煤炭的生產(chǎn)能力不是可以任意提高的，當(dāng)煤炭年產(chǎn)量超過極限時，煤炭的開發(fā)難度加大，成本進(jìn)一步提高及安全生產(chǎn)時時令人擔(dān)憂，可持續(xù)增長難免成問題。該技術(shù)作為一種新型低成本技術(shù) ,將越來越受到人們的青睞，也為 CO2提供了用 ―武 ‖之地。 (3）防腐保鮮行業(yè)： 真正綠色食品的推廣，在食品、蔬菜、水果和水產(chǎn)品的防腐保鮮，糧食的殺蟲與貯存等方面為食品級 CO2提供了新的應(yīng)用領(lǐng)域。 CO2 物理狀態(tài)可分為氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)（干冰）三種形式， 二氧化碳是空氣中常見的化合物，其分子式為 CO2，由兩個氧原子與一個碳原子通過共價鍵連 接而成，相對分子 質(zhì)量 為 。 根據(jù) CO2質(zhì)量，用途不同，可分為 工業(yè) 級和食品級二種。Resource 。 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................... 39 附 錄 ....................................................................................................................................... 40 I 年產(chǎn) 5 萬噸食品級 CO2生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì) 摘要 ： 在煤化工合成氨中， 合成氨 變換氣中含有約 27%的 CO2，在合成氨之前必須將其脫除。 本設(shè)計(jì)主要是針對 CO2的提純而進(jìn)行的常壓填料提純塔的設(shè)計(jì)及相關(guān)設(shè)備選型。在常溫常壓下是無色略帶酸味的氣體，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，一立方米 CO2氣體重 ，在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，其升華 溫度 為 ℃ ，臨界溫度為 ℃ ，臨界壓力為 ，相對 分子 質(zhì)量 為 。目前，二氧化碳的提純工藝尚存在著諸多弊端，執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)落后，工藝技術(shù)落后，檢測手段滯后，投資 大、設(shè)備數(shù)量多，工藝流程繁雜。 食品級 CO2的用途 (1）飲料和啤酒行業(yè)： 飲料和啤酒行業(yè)是食品 CO2主要市場，目前我國飲料和啤酒消費(fèi)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家，隨著我國人民生活水平的日益提高，這一行業(yè)對 食品 CO2的需求將會以每年 25%以上的速度增長。 （ 3） CO2氣肥 CO2 和水是植物光合作用的二種基本原料，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的唯一途徑。中國的能源以煤炭消費(fèi)為主，其比重為 75％，石油約占 17％，水電約占 5％，天然氣、核電約占 ％。 90 年代初，國內(nèi) CO2 產(chǎn)銷量迅速增長到 20 萬噸以上，市場初具規(guī)模。近年，世界各大工業(yè)氣體公司，如英國的 BOC 公司、法國的法液空公司、美國的普萊克斯公司、 CBI 公司、日本的巖谷公司以及我國臺灣的涇福公司等先后投資國內(nèi)，在資源豐富、市場潛力較大的省市紛紛建廠。 國外 CO2的市場概況 美國是世界上 CO2 最大的生產(chǎn)國和消費(fèi)國 ,共有 90 余套生產(chǎn)裝置 ,其生產(chǎn)能力為 800104t/a: 主要原料為合成氨廠、制氫廠、石化廠和天然氣加工廠副產(chǎn)回收的 CO2。 其次是焊接 , 占 8% 。中國的能源以煤炭消費(fèi)為主，其比重為 75％，石油約占 17％，水電約占 5％，天然氣、核電約占 ％。 90 年代初，國內(nèi) CO2 產(chǎn)銷量迅速增長到 20 萬噸 以上，市場初具規(guī)模。近年，世界各大工業(yè)氣體公司，如英國的 BOC 公司、法國的法液空公司、美國的普萊克斯公司、 CBI 公司、日本的巖谷公司以及我國臺灣的涇福公司等先后投資國內(nèi)，在資源豐富、市場潛力較大的省市紛紛建廠。 詳述國內(nèi) CO2消費(fèi)分布和結(jié)構(gòu) 我國國內(nèi)市場需求量、消費(fèi)結(jié)構(gòu)各省市差別較大。 東北地區(qū)主要用于焊接 35%，油田驅(qū)動氣 21%，飲料和啤酒 22%，大棚蔬菜用氣體肥料 18%，其他用途 4%。 綜上所述，隨著 CO2應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大， CO2的工業(yè)需求和食品需求將會大幅度提高，市場前景十分廣闊。按照吸收分離原理不同，分為化學(xué)溶劑吸收法和物理溶劑吸附法。因此，只要將其壓力增加到 ，溫度低于 ℃ ，就可使 CO2變成液態(tài)，從而進(jìn)行有效的分離。由于濃度低，要想在淺低溫下液化，如 12℃ 液化，則要求二氧化碳必須具有約 Mpa(絕壓 )，那么，液化時的總壓至少應(yīng)＞ Mpa。唯有采用燃燒法才可以徹底去除，并不受原料變化影響。雖然這些雜質(zhì)有一定的水溶性，但要靠洗滌和洗附達(dá)到 ppm級，難度大，不易穩(wěn)定，新國家食品二氧化碳和國際飲料技術(shù)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)中要求醇類＜ 10106（ V）、醛類＜ 10其它含氧有機(jī)物＜ 106(有機(jī)酸類、酯類、酮、醚等 )。高壓法和中壓法還存在投資高，電耗高，貯存不安全等缺點(diǎn)，已逐步為低壓法所取代。提純塔的設(shè)計(jì)全部采用自動操作，專用不銹鋼波紋填料和蒸發(fā)換熱管，在液體 CO2進(jìn)入提純塔時采用全回流噴淋方式，使進(jìn)入提純塔的液體 CO2與閃蒸氣進(jìn)行熱量交換，在回收冷量的同時，進(jìn)一步降低 CO2飽和蒸汽壓，既回收了閃蒸氣中的有效組分同時又降低了 CO2飽和蒸汽壓，從而確保產(chǎn)品 CO2的質(zhì)量和回收 率。 冷凝系統(tǒng) ：作用是將干燥后的原料氣冷卻至 –15～ –20℃ 。本工藝采用全自動操作，并通過計(jì)算機(jī)調(diào)整操作指標(biāo) ；將氣態(tài)二氧化碳通過冷凍方式進(jìn)行液化，液化的冷量由冰機(jī)提供；對閃蒸氣和蒸發(fā)氣氨冷量進(jìn)行充分回收，采用二級冷量回收系統(tǒng)；液化后的二氧化碳進(jìn)入提純塔進(jìn)行分離，提純塔工作原理即提純原理，利用二氧化碳與其它氣體雜質(zhì)沸點(diǎn)的不同實(shí)現(xiàn)二氧化碳的提純，經(jīng)提純提純可以從塔釜得到合格的二氧化碳產(chǎn)品。在計(jì)算機(jī)上設(shè)置液體 CO2液位的高低限植，通過液位調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，當(dāng)液位低于下限時，調(diào)節(jié)閥自動關(guān)閉，此時液位會自動上升，當(dāng)液位達(dá)到高限時，調(diào)節(jié)閥自動關(guān)閉，此時液位會自動上升，當(dāng)液位到達(dá)高限時，調(diào)節(jié)閥自動關(guān)閉，從而可防止氣象雜質(zhì)進(jìn)入產(chǎn)品中，污染產(chǎn)品質(zhì)量，液位始終保持在一定范圍內(nèi)波動。 一級脫硫器和二級脫硫器 一級脫硫器和二級脫硫器是脫硫系統(tǒng)的兩個主要設(shè)備。不僅造成物質(zhì)上的一種浪費(fèi)，同時又造成了對大氣的污染。 物料衡算圖，如圖 所示： 圖 物料衡算圖 本設(shè)計(jì)將 2CO 作為重組分，其體積分?jǐn)?shù)約為 98%；其余的組分為輕組分。 焓變 ΔH1=1000 ΔH2=。 2CO :摩爾質(zhì)量為 kmolkg/ 進(jìn)料液： %98? （體積分?jǐn)?shù)） %? （質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 餾出液： %? （體積分?jǐn)?shù)） %? （質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 殘留液： %80? （質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 2N :摩爾質(zhì)量為 kmolkg/ 已知： atD /50000??? 質(zhì)量分?jǐn)?shù)： %??F? %??D? %80??W? km olkgM CO / ? k m o lkgM N / ? 餾出液 流量 D 組成 Dx 進(jìn)料液 流量 F 組成 Fx 殘留液 流量 W 組成 Wx 20 所以，餾出液產(chǎn)品質(zhì)量流量： hkghkgD / 9 4 4/243 0 0 105 0 0 0 0 3 ????? 進(jìn)料液、餾出液、殘留液的摩爾分?jǐn)?shù)分別為 WDF ??? 、 ： ???F? ???D? 7 1 8 ???W? 進(jìn)料液平均摩爾質(zhì)量： k m o lkgM F /)9 8 0 ( 8 0 ?????? 餾出液平均摩爾質(zhì)量： k m olkgM D /)9 9 9 ( 9 9 ?????? 殘留液平均摩爾質(zhì)量： k m o lkgM W /)7 1 8 ( 1 8 ?????? 餾出液： hk m o lD / 9 4 4 ?? 總物料守恒： DWF ?? (32) 2CO 物料守恒： DWF DWF ??? ?? (33) 由式 3式 33 代入數(shù)據(jù)解得： hkmolF /? hkmolW /? 進(jìn)料液產(chǎn)品質(zhì)量流量： hkgFMF F / 4 2 08 4 6 ????? 殘留液產(chǎn)品質(zhì)量流量： hkgWMW W / 7 60 5 ????? 表 物料衡算結(jié)果 進(jìn)料 塔底出料 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。 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。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。 從提純器上部排除的不凝性氣體，我們稱之為閃蒸汽。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(jì)中最主要的設(shè)備。 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。 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(jì)工藝是一個簡單而又經(jīng)濟(jì)的工藝流程。該項(xiàng)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。本工藝以合成氨中多余的氣體為原料氣。外購氧氣，費(fèi)用大，操作復(fù)雜。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。 （ 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)。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(shí)現(xiàn) CO2的分離與回收。排放多余 CO2，不僅破壞了生態(tài)環(huán)境，又浪費(fèi)了大量 CO2資源。主要分布在杭州、溫州、寧波等地。廣東省 CO2 市場較活躍，全省CO2生產(chǎn)能力在 10 萬噸 /年以 上。 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)。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。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。固體 CO2大約占 19% , 用于運(yùn)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。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。 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)。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。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， 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 。卷煙行業(yè)以年產(chǎn) 3000 萬箱計(jì)算約需 CO2190 萬噸 /年。 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。在臨界溫度以下加壓，可使 CO2 氣體液化為無色的液體 CO2。和熱量衡算，通過計(jì)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 C