【文章內(nèi)容簡介】 該法綜合了低壓深冷和精餾的優(yōu)點，分離沸點比二氧化碳相近的雜質(zhì)，配合使用特定的選擇性很強的吸附劑，有針對性地脫除沸點比二氧化碳高、通過精餾仍無法分離的雜質(zhì)。但一般二氧化碳的原料氣中，雜質(zhì)是多種多樣的，該方法在工業(yè)化裝置中一般每種吸附劑獨立設一個塔或幾種吸附劑組合裝填于一個塔中進行吸附分離，從理論上講是可以實現(xiàn)的。但在實際生產(chǎn)中，由于不同吸附劑對不同雜質(zhì)的吸附容量不同，而氣源中不同雜質(zhì)的含量也不同，很難保證多種吸附劑同時穿透失效，可能某一種或幾種吸附劑已經(jīng)穿透失效了而其它吸附劑還未失效，從而難以保證原料中的幾十種雜質(zhì)同時合格。該工藝和變壓吸附一樣，無法保證國際飲料二氧化碳標準和二氧化碳新國標中那些痕量和超痕量雜質(zhì)指標的穩(wěn)定。國內(nèi)采用吸附凈化的企業(yè)都有過失敗教訓，特別是以煤為原料生產(chǎn)合成氨過程中放空的二氧化碳原料氣，要想通過吸附凈化法生產(chǎn)出符合國際飲料協(xié)會和GB106212006標準的CO2產(chǎn)品難度非常大。(5)催化氧化與精餾組合法：其特點是：在特定條件下利用催化氧化的原理，將原料氣中的所有可燃性雜質(zhì)與氧發(fā)生氧化反應而加以脫除（特別是那些沸點比二氧化碳高的有毒有害雜質(zhì)，如多碳烴、醛、醇等含氧有機物），燃燒后的產(chǎn)物是水和二氧化碳，由于燃燒反應徹底，為這些雜質(zhì)的徹底去除提供了技術保證，再結(jié)合使用合理先進的脫硫技術和低溫提純技術，產(chǎn)品質(zhì)量完全可以達到國際飲料協(xié)會（ISBT）和GB106212006標準。由國內(nèi)杭州快凱高效節(jié)能新技術有限公司成功開發(fā)的、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的國際質(zhì)量標準食品級二氧化碳生產(chǎn)技術，采用的是催化氧化脫烴凈化與精餾相組合的工藝，工藝成熟、技術可靠。目前采用該技術建成投產(chǎn)的40多套食品級二氧化碳生產(chǎn)裝置均己成功運行，產(chǎn)品經(jīng)國家化學工業(yè)氣體質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心及美國大西洋實驗室(ALL)檢測，各項質(zhì)量指標均能達到國際飲料協(xié)會（ISBT）標準和GB106212006標準的要求。該成果于2005年通過了由浙江省科技廳主持的省級科技鑒定，鑒定意見認為：“該生產(chǎn)技術生產(chǎn)二氧化碳產(chǎn)品品質(zhì)高，具有節(jié)能、降耗等優(yōu)點，在國內(nèi)處于領先地位、達到國際先進水平”，并已被國家科技部列為中小企業(yè)科技創(chuàng)新項目。綜上所述，昊源化工集團有限公司的食品級液體二氧化碳項目，采用催化氧化與精餾組合法生產(chǎn)食品級二氧化碳的工藝，是目前行之有效的方法。a、通過烴、苯、醛類等有機雜質(zhì)與氧在特定條件下的燃燒反應，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定達到國際飲料協(xié)會（ISBT）標準和GB106212006標準，尤其是烴、苯、醛類穩(wěn)定達標。b、裝置全部國產(chǎn)化，集約化程度高。c、工藝簡單，操作便捷穩(wěn)定。d、節(jié)能降耗，能量利用充分，投資省。e、流程設計做到滿足食品級生產(chǎn)的需要。f、采用組合式提純塔，無需外供熱源，實現(xiàn)無外加動力自動回流，既力求降低消耗又保證產(chǎn)品純度。g、所有工程設計均根據(jù)現(xiàn)場氣源“量身定做”，設置先進合理；力求投資最小化、效益最大化。⑴精脫硫工序：精脫硫工序采用干法常溫精脫硫工藝，根據(jù)昊源公司公司原料氣初步分析中硫化物的形態(tài)，原則采用T10T504精脫硫劑，主要針對原料氣中H2S、COS、CS2與SO2等硫化物，將其可靠脫至指標內(nèi)。⑵有機物脫除（脫烴）工序：二氧化碳原料氣中除HCO可燃無機雜質(zhì)外，還含有超量的、對人體有毒有害的烴、苯等有機雜質(zhì)。本工序采用催化氧化工藝將這些雜質(zhì)徹底穩(wěn)定脫除。根據(jù)產(chǎn)品方案，本項目全部氣體進入本工序，用于生產(chǎn)食品級二氧化碳產(chǎn)品。⑶干燥工序：3A分子篩對氣體中的微量水具有很高的吸附能力。本工序采用裝填一定體積3A分子篩的干燥塔，一開一備。過程通過水分在線分析儀提供的檢測數(shù)據(jù)及時再生，滿足生產(chǎn)要求。分子篩干燥塔通過高溫空氣實現(xiàn)再生。⑷液化工序：經(jīng)干燥、凈化合格后的二氧化碳氣體用氨做致冷劑，二氧化碳氣在冷凝器中得到足夠的冷量而被液化。⑸提純工序：液化后的二氧化碳氣液混合物的提純采用組合式提純塔，無需外供熱源，實現(xiàn)無外加動力自動回流。產(chǎn)品品質(zhì)有保證，消耗低，并可最大限度減低放空損失。提純塔因原料氣組成的原因，二氧化碳以外的不凝性氣體（輕組分）較多，本項目在將其進行放空的同時，將其節(jié)流膨脹后的冷量用于提純塔頂部對放空氣中CO2的進一步冷凝回收上，以求提高總體二氧化碳收率。⑹過冷工序：為確保產(chǎn)品純度、降低存儲蒸發(fā)損失，通過二級氨冷器將提純塔底采出的液體二氧化碳冷卻至20℃以下。由于本項目中二氧化碳原料氣為合成氨工藝中PSA脫碳放空氣，其中氫氣、一氧化碳氣等可燃組份較高，需采用兩步過程，首先將CO2從放空氣中分離，直接液化分離，而后再進一步經(jīng)催化氧化凈化、提純工序精制成符合GB106212006標準的液態(tài)二氧化碳產(chǎn)品，分離出的HCO等有效氣體返回合成氨系統(tǒng)。工藝路線如下方框圖。脫硫加熱器水解塔脫硫塔緩沖器CO2壓縮機 CO2原料氣精脫硫除濕器脫硫冷卻器一級冷凝器預冷卻器干燥器 干燥器 氣氨 冷卻水提純塔 部分液體CO2脫烴凈化凈化熱交換器 空氣放空氣 食品級冷凝器食品級干燥器冷卻器 食品級干燥器 食品級提純塔過冷器 N2放空優(yōu)級CO2貯槽食品級CO2貯槽 主要設備的選擇在滿足工藝要求和保證設備性能、產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，本著技術先進、經(jīng)濟合理、生產(chǎn)安全的原則，裝置中關鍵設備（如壓縮機、冰機、微機儀表系統(tǒng)）及生產(chǎn)過程中關鍵控制閥門采用質(zhì)量可靠的國內(nèi)定型產(chǎn)品。設備選型詳見表4－1《生產(chǎn)工藝設備表》：表41 主 要 工 藝 設 備 表序號設備位號名 稱圖號、規(guī)格材 料數(shù) 量1緩沖器Ф2400Q34512脫硫塔Ф1200Q345R43脫硫加熱器Ф500Q345R30424水解塔Ф1400Q345R2脫硫冷卻器Ф500Q345R25精脫硫塔Ф1400Q345R26除濕器Ф500（板翅式）Q345/30427干燥器Ф1000Q345R48預冷卻器Ф600（板翅式）Q345/30429一級冷凝器Ф1000（板翅式）16MnDR/304210提純塔Ф500/800Q345R/304211過冷器Ф55020/Q345212凈化熱交換器Ф400Q345R/20113凈化塔Ф600Q345/304114凈化冷卻器Ф500Q345/304115食品級干燥器Ф800Q345R216食品級冷凝器Ф600（板翅式）Q345/304117提純塔Ф400/600Q345R/304118再生電加熱器Ф550，100kwQ345119CO2低溫貯罐150m3（單層保溫）16MnDR420二氧化碳壓縮機DW42/30(無油潤滑)421冰機JZVLGA234D422原料氣羅茨風機3L62WC223充車泵40m3/h,H=30m424總硫分析儀HC2B，125總烴分析儀GS2010C,126露 點 儀30～－100℃227純度快速分析儀%，%2氧含量分析儀KY2B1上表中為總能力100kt/a食品級液體二氧化碳設備配置，本項目分兩期實施，首期50kt/a食品級液體二氧化碳生產(chǎn)的設備如下表4－2。表42 首期50kt/a主要工藝設備表序號設備位號名 稱圖號、規(guī)格材 料數(shù) 量1緩沖器Ф2400Q34512脫硫塔Ф1200Q345R23脫硫加熱器Ф500Q345R30414水解塔Ф1400Q345R1脫硫冷卻器Ф500Q345R15精脫硫塔Ф1400Q345R16除濕器Ф500（板翅式）Q345/30417干燥器Ф1000Q345R18預冷卻器Ф600（板翅式）Q345/30419一級冷凝器Ф1000（板翅式）16MnDR/304110提純塔Ф500/800Q345R/304111過冷器Ф55020/Q345112凈化熱交換器Ф400Q345R/20113凈化塔Ф600Q345/304114凈化冷卻器Ф500Q345/304115食品級干燥器Ф800Q345R216食品級冷凝器Ф600（板翅式）Q345/304117提純塔Ф400/600Q345R/304118再生電加熱器Ф550，100kwQ345119CO2低溫貯罐150m3（單層保溫）16MnDR220二氧化碳壓縮機DW42/30(無油潤滑)221冰機JZVLGA234D222原料氣羅茨風機3L62WC223充車泵40m3/h,H=30m224總硫分析儀HC2B，125總烴分析儀GS2010C,126露 點 儀30～－100℃227純度快速分析儀%，%2氧含量分析儀KY2B1 化學藥劑 脫烴催化劑 二氧化碳脫烴催化劑以氧化鋁為載體，以貴金屬為活性組分，采用納米技術制得，具有很高的催化活性、良好的熱穩(wěn)定性和較長的使用壽命。 .催化劑的壽命與使用條件及操作水平有很大的關系，一般壽命為2～4年。脫烴催化劑主要技術指標如下： 1) 尺寸（外徑長）：Φ（～）（5～15）mm2) 表面積：100～140 m2/g3) 抗壓強度≥50N/cm4) 堆密度：～ g/mL5) 催化脫烴后總烴含量：符合GB10621－2006（≤20mL/m3）要求；6) 催化劑使用溫度 ≤600℃7) 操作壓力 ≤8) 氣體空速：2000h1～5000h19) 殘氧含量 ≥ (v/v)% 脫硫劑 原則采用T10T504精脫硫劑，主要針對原料氣中H2S、COS、CS2與SO2等硫化物，將其可靠脫至指標內(nèi)。 干燥吸附劑 采用吸附性能和吸附容量優(yōu)良的3A分子篩為脫水干燥吸附劑。在工業(yè)級和食品級二氧化碳系統(tǒng)各設立兩臺干燥器，一開一備。 主要公用工程消耗表 主要公用工程消耗見表4－2；表42 主要公用工程消耗序號公用工程和化學品規(guī)格單位消耗備注1電60kV；50HzkW/h~2400壓縮機、冰機220V/380V；50HzkW/h~390泵、照明2干燥、無油儀表空氣～m3/h20露點低于35℃3工藝循環(huán)冷卻水P≥；t≤32℃t/h240△t=10℃污垢系數(shù)：設計值PH值：～Cl－：100ppm4過熱蒸汽P≥；t≤250℃t/h間斷使用本自動控制設計根據(jù)工藝要求進行，包括二氧化碳壓縮、脫硫、脫烴、脫水、二氧化碳低溫液化和精餾提純等的儀表和控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)動設備的隨機配套儀表由設備制造廠成套提供。. 控制方式根據(jù)工藝生產(chǎn)的特點和裝置布置情況，本設計采用控制室DCS系統(tǒng)集中監(jiān)控、現(xiàn)場崗位集中監(jiān)控和就地檢測相結(jié)合的控制方式。設計的檢測和控制系統(tǒng)將保證生產(chǎn)裝置的正常、穩(wěn)定、安全、可靠運行以及在異常情況下的緊急處理。為此，本設計設置集中控制室，控制室內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)將對二氧化碳生產(chǎn)裝置的所有工序進行集中監(jiān)控。依托公用工程系統(tǒng)提供的水、電、儀表空氣等供應參數(shù)，輸入DCS系統(tǒng)進行集中顯示和監(jiān)控。 自動控制方案，設立以下自動控制系統(tǒng)（1）凈化塔溫度自動控制系統(tǒng)；（2）提純塔液位自動控制系統(tǒng)；（3）提純塔壓力自動控制系統(tǒng)；（4）一級冷凝器溫度自動控制系統(tǒng)；（5）二級冷凝器溫度自動控制系統(tǒng)。壓縮機、冷凍機在現(xiàn)場崗位集中監(jiān)控，由設備制造廠成套提供就地檢測和監(jiān)控儀表設備，分子篩干燥器采用人工手動切換。重要參數(shù)引入DCS控制室集中監(jiān)控。集散控制系統(tǒng)選用國內(nèi)DCS品牌產(chǎn)品，用一臺UPS不間斷電源給DCS和操作站主機供電。用一臺穩(wěn)壓電源給色譜分析儀供電。本項目是環(huán)保型科技項目，其原料和產(chǎn)品不屬于易燃易爆物質(zhì)，但仍然存在低溫、中壓、中溫和高度連續(xù)生