【正文】 23 綜上可知：（以 1kgNH3吸收的熱量為基準(zhǔn)） 一二級(jí)預(yù)冷器將 40℃ 的二氧化碳降低到 18℃ 吸收的熱量為 凝器冷凝到 25℃ 。 一、二級(jí)預(yù)冷器熱量衡算 以 1kgCO2為基準(zhǔn)對(duì)一、二級(jí)預(yù)冷器做熱量衡算： kgkJdtdtcmQ tt p/)4018( 184012???????? ?? 蒸發(fā)冷凝器熱量衡算 以 1kgNH3吸收的熱量為基準(zhǔn)對(duì)蒸發(fā)冷凝器進(jìn)行熱量衡算： 假設(shè)有如下熱力學(xué)途徑： 焓 從手冊(cè)差得正常沸點(diǎn)（ ℃ ）下氨的汽化熱為 molkJH V /)( 1 ?? NH3的臨界溫度 Tc=，其對(duì)比溫度為 Tr1= 1CTT = ?? Tr2= 2CTT = 25273 ? 式中， Tr1― —(℃ )的對(duì)比溫度， K； Tr2― —(25℃ )的對(duì)比溫度， K； ΔHv― —汽化熱， kJ/kg。 進(jìn)料總量 V=4000Nm3/h hNmV H / 32 ??? hk m o ln H / 0 0 02 ?? hkgm H / ??? 18 hNmV N /7 2 41 8 0 0 0 32 ??? hk mo ln N / 2 42 ?? hkgm N / ??? hNmV CO / 4 70 3 6 0 0 0 3??? hkgn CO / 4 7 ?? hkgm CO / ??? hNmV CO / 32 ??? hk mo ln CO / 0 8 02 ?? hkgm CO / 1 2 ??? hNmV CH / 0 7 0 0 0 34 ??? hk m o ln CH / ?? hkgm CH / ??? hNmV SH / 32 ??? hkmo ln SH /3 5 ?? hkgm SH /1 7 5 ??? hNmV OH /40 0 0 0 0 32 ??? hk mo ln OH / 42 ?? hkgm OH / ??? hkgV C O S / 0 0 0 36 ?????? 19 hk m o ln C O S / 53 ?? ???? hkgm C O S / 35 ?? ????? hkgm / 0 0 0 36 ?? ?????高碳烴 提純塔的物料衡算 前面是對(duì)整個(gè)生產(chǎn)工藝物料衡算，下面是就該工藝的主體設(shè)備塔進(jìn)行的料衡算。原料氣輸入壓力： ；原料氣溫度： ≤40℃ ；原料氣輸入流量 4000Nm3/h。 17 第 三 章 物料衡算和熱量衡算 在合成氨生產(chǎn)過(guò)程中，凈化工段脫碳解吸氣送往尿素車(chē)間，一部分被合成尿素生產(chǎn)使用，還剩一部分富裕氣體直接排放到了大氣。 干燥器 干燥器是本設(shè)計(jì)等壓干燥系統(tǒng)的主體設(shè)備。氣氨蒸發(fā)量大小是控制整個(gè)裝置操作壓力的關(guān)鍵因素之一，當(dāng)系統(tǒng)壓力較高時(shí)，可能造成壓縮機(jī)出口壓力偏高，效率降低，應(yīng)及時(shí)調(diào)整氣氨出口閥，使液氨汽化速度加快，隨之系統(tǒng)壓力也會(huì)降低，當(dāng)出現(xiàn)系統(tǒng)壓力較低時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整氣氨出口閥，使液氨氣流速度減慢，隨之系統(tǒng)壓力也會(huì)升高，同時(shí)蒸發(fā)冷凝器的液位也是控制壓力的因素之一，液氨液位太高，會(huì)造成蒸發(fā)空間變小，影響液氨汽化速度，反之液位太低蒸發(fā)空間過(guò)大，會(huì)加速液氨汽化速度，系統(tǒng)壓力過(guò)低造成液體 CO2不易進(jìn)入產(chǎn)品儲(chǔ)槽。氣體通過(guò)，提純塔上部換熱器、手動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、管道回收冷量后排出界外防空。 當(dāng)塔釜液體形成后，通過(guò)液位控制自動(dòng)操作方式。 閃蒸氣 產(chǎn)品 CO2 原料氣 壓縮 等壓干燥 冷凝器 液氨 儲(chǔ)槽 放空廢氣 氣氨 充瓶 槽車(chē) 預(yù)處理 一級(jí)脫硫 二級(jí)脫硫 一級(jí)冷 量回收 二級(jí)冷 量回收 提純 冷卻器 水解脫硫器 加熱器 排放 液氨 氣氨 15 來(lái)自冷凍工序的原料從管道進(jìn)入提純器上部，通過(guò)上部噴淋器向塔釜進(jìn)行噴灑，液體 CO2通過(guò)裝有特殊不銹鋼波紋填料，實(shí)現(xiàn)氣液分離。 生產(chǎn)工藝 過(guò) 程 首先將原料氣進(jìn)行三級(jí)壓縮，由 ；通過(guò)預(yù)處理將原料氣中脫硫和微量高碳烴進(jìn)行脫除；進(jìn)一級(jí)脫硫?qū)⒋罅苛蚧镞M(jìn)行脫除；再進(jìn)二級(jí)脫硫工段將硫化物進(jìn)行精脫，達(dá)到美國(guó)可口可樂(lè)食品級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；進(jìn)入 TSA變溫吸附工段對(duì)微量雜質(zhì)進(jìn)行再一次精脫并對(duì)水分進(jìn)行深度干燥，使產(chǎn)品中水含量達(dá)到 %，滿(mǎn)足美國(guó)可口可樂(lè)食品級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。被冷凝的 CO2中含有少量的不凝氣，經(jīng)提純塔提純分離即可從塔釜得到合格的 CO2產(chǎn)品。 等壓干燥系統(tǒng) ：用變溫吸附（ TSA）方法除去原料氣中的水分，兩塔交替切換操作，保證連續(xù)輸出干燥氣體 ，吸附劑可重復(fù)再生使用。主要包括以下 8 個(gè)部分：壓縮系統(tǒng)、預(yù)處理系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、等壓干燥系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)、提純系統(tǒng)、冷凍系統(tǒng)、充瓶系統(tǒng)。 采用先進(jìn)的提純工藝?？紤]到一級(jí)氨壓縮機(jī)所達(dá)到的制冷溫度和裝置內(nèi) CO2貯槽與汽車(chē)槽相匹配等問(wèn)題，系統(tǒng)壓力采用 。另一方面，隨著 CO2的用 量日趨增大，使用鋼瓶貯運(yùn)，容量小，運(yùn)費(fèi)高，很不經(jīng)濟(jì)，廣泛采用槽車(chē) 12 運(yùn)輸，而槽車(chē)的工作壓力和溫度可與低壓法生產(chǎn) CO2貯槽相匹配。 傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝 食品級(jí)液體 CO2生產(chǎn)方法常用的一般分為高壓法 ()、中壓法 ()和低壓法 (～ )[11~12]。 酒精廠(chǎng)發(fā)酵氣 一般來(lái)說(shuō)，以淀粉質(zhì)為原料的酒精發(fā)酵氣中二氧化碳的濃度可達(dá)到 99％以上，純度較高，同時(shí)含有少量的其它雜質(zhì)，含量分別為：醇類(lèi) ％（ V）、醛類(lèi) ％（ V）、有機(jī)酸類(lèi) ～ ％（ V）、酯類(lèi) %(V)及微量烴類(lèi)和氧氣，這些雜質(zhì)均比新 國(guó)家食品二氧化碳和國(guó)際飲料技術(shù)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)高出幾百甚至上千倍。如采用加空氣的方式補(bǔ)氧又將因空氣加入量太大降低原料氣純度，造成各種消耗急劇上升而不經(jīng)濟(jì)。特別是原料的變化，對(duì)原料二氧化碳中的烴、苯等對(duì)人體有毒有害的雜質(zhì)的影響很大，此類(lèi)雜質(zhì)通過(guò)一般的物理吸附方法難以穩(wěn)定和確保合格。一般采用原料氣預(yù)處理提濃的辦法將原料氣二氧化碳濃度提高到 98%（濃度越高越有利于高品質(zhì)二氧化碳的生產(chǎn)），原料氣預(yù)處理提濃的方法主要為溶液吸收法和變壓吸附法，溶液吸收法所得的二氧化碳純度高，由于采用的溶液大都為有機(jī)物質(zhì)，所得的原料二氧化碳中會(huì)增加含有對(duì)人體有毒有害雜質(zhì)。 生產(chǎn)食品級(jí)液態(tài) CO2的原料氣來(lái)源 石灰窯氣、鍋爐煙道氣等低 CO2濃度原料氣 這類(lèi)二氧碳原料氣的主要特點(diǎn)是二氧化碳濃度低，一般在 30%左右，有機(jī)雜質(zhì)少。其中催化氧化 (燃燒 )法發(fā)展較快[9]。 CO2在常溫常壓下以氣態(tài)形式存在，其臨界壓力為 ，臨界溫度為 ℃ 。 （ 2）吸附分離法 吸附分離法是采用固體吸附混合氣中的 CO2，其原理是根據(jù) CO2分子空 間 結(jié)構(gòu)、分子極性等性質(zhì)，選取對(duì)混合氣體中 CO2組分強(qiáng)于其它組分吸附能力的吸附劑 [6~7]。 （ 1）溶劑吸收法 溶劑吸收法是使用溶劑對(duì) CO2進(jìn)行吸收和解析的過(guò)程。所以，公司根據(jù)大發(fā)展、快發(fā)展、建設(shè)經(jīng)濟(jì)的總體要求，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，綜合開(kāi)發(fā)利用 CO2資源，變廢為寶的考慮，決定建設(shè)食品級(jí)二氧化碳項(xiàng)目。從增長(zhǎng)速度來(lái)看， 19972020 年間年均增長(zhǎng)率最高為集裝箱運(yùn)輸 20%，其次為干冰 19%，冷凍和冷凝16%，糧食包裝 16%，糧食儲(chǔ)存 12%，卷 煙 11%，焊接 10%，啤酒 8%，飲料 5%，其他用途 %。 河北省市場(chǎng)上質(zhì)量指標(biāo)主要執(zhí)行為 GB/T605293[4]（工業(yè)級(jí)）、 GB1062189[5]（食品級(jí)），尚未有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)級(jí) (食品飲料協(xié)會(huì)（可口可樂(lè)）標(biāo)準(zhǔn) )產(chǎn)品。 山東現(xiàn)擁有 CO2生產(chǎn)能力在年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸左右，其中啤酒和碳酸飲料占 30%，煙草30%冷凍，冷藏 15%，焊接 10%，油田驅(qū)動(dòng) 6%，氣體肥料 6%，醫(yī)藥、消防等 3%。 19972020 年間 CO2年均消費(fèi)增長(zhǎng)估計(jì)在 10%左右。國(guó)內(nèi)廣州氮肥廠(chǎng)，江蘇華揚(yáng)液碳公司在九十年代采用催化氧化法凈化 CO2生產(chǎn)獲得成功 [3]， 催化劑 和設(shè)備均立足國(guó)內(nèi)，流程簡(jiǎn)單，自動(dòng)化水平較高，成本大幅度降低，產(chǎn)品質(zhì)量可達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。世界三大工業(yè)氣體公司之一的美國(guó)普萊克斯公司獨(dú)自經(jīng)營(yíng)的固體 CO2項(xiàng)目采用世界最先進(jìn)的技術(shù)回收巴陵石化排放的 CO2，第一期工程投資 800萬(wàn)美元， 設(shè)計(jì) 生產(chǎn)能力 3 萬(wàn)噸 /年。 國(guó)內(nèi) CO2 市場(chǎng)需求量的快速增長(zhǎng)，引起眾多海外 CO2 公司的高度重視，上述 CO2生產(chǎn)裝置的迅速發(fā)展，與海外著名氣體公司的參與密切相關(guān)。國(guó)內(nèi)酒精廠(chǎng)、啤酒廠(chǎng)也有百余家安裝了 CO2回收、精制裝置，總生產(chǎn)能力達(dá) 18 萬(wàn)噸 /年，其中最大規(guī)模為 2 萬(wàn)噸 /年，大部分為 1000 噸 /年；煉油廠(chǎng)、石化廠(chǎng)也建成或在建大型 CO2生產(chǎn)裝置 10 余家，約占國(guó)內(nèi) CO2商品量的 50%。 70 至 80 年代，國(guó)內(nèi)合成氨廠(chǎng)、酒精廠(chǎng)開(kāi)始回收利用 CO2，其生產(chǎn)規(guī)模均在 3000 噸/年以下，基本為自產(chǎn)自用或以銷(xiāo)定產(chǎn)，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi) CO2產(chǎn)銷(xiāo)量不足 3 萬(wàn)噸。 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(guò)極限時(shí)，煤炭的開(kāi)發(fā)難度加大，成本 進(jìn)一步提高及安全生產(chǎn)時(shí)時(shí)令人擔(dān)憂(yōu)，可持續(xù)增長(zhǎng)難免成問(wèn)題。 6 據(jù)相關(guān)資料介紹，高耗能、低效率使得我們 GDP的成本居高不下。近年來(lái) , 美國(guó)的 CO2 產(chǎn)量基本上維持穩(wěn)定水平 , 日本每年則以 8%～ 10% 的速度增長(zhǎng) , 西歐 CO2市場(chǎng)今后幾年消費(fèi)增長(zhǎng)速度每年在 4% ～ 8% 。 西歐 CO2 消費(fèi)量為 200104t/a, 其中液體 CO2 占 80% 以上 , 主要用于飲料碳酸化和食品加工 , 占 68% 。 日本 CO2的生產(chǎn)能力為 116104t/a。國(guó)內(nèi)廣州氮肥廠(chǎng)，江蘇華揚(yáng)液碳公司在九十年 5 代采用催化氧化法凈化 CO2生產(chǎn)獲得成功 [3]， 催化劑 和設(shè)備均立足國(guó)內(nèi)，流程簡(jiǎn)單，自動(dòng)化水平較高，成本大幅度降低，產(chǎn)品質(zhì)量可達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。世界三大工業(yè)氣體公司之一的美國(guó)普萊克斯公司獨(dú)自經(jīng)營(yíng)的固體 CO2項(xiàng)目采用世界最先進(jìn)的技術(shù)回收巴陵石化排放的 CO2，第一期工程投資 800萬(wàn)美元， 設(shè)計(jì) 生產(chǎn)能力 3 萬(wàn)噸 /年。 國(guó)內(nèi) CO2 市場(chǎng) 需求量的快速增長(zhǎng)，引起眾多海外 CO2 公司的高度重視，上述 CO2生產(chǎn)裝置的迅速發(fā)展，與海外著名氣體公司的參與密切相關(guān)。國(guó)內(nèi)酒精廠(chǎng)、啤酒廠(chǎng)也有百余家安裝了 CO2回收、精制裝置，總生產(chǎn)能力達(dá) 18 萬(wàn)噸 /年，其中最大規(guī)模為 2 萬(wàn)噸 /年，大部分為 1000 噸 /年；煉油廠(chǎng)、石化廠(chǎng)也建成或在建大型 CO2生產(chǎn)裝置 10 余家，約占國(guó)內(nèi) CO2商品量的 50%。 70 至 80 年代，國(guó)內(nèi)合成氨廠(chǎng)、酒精廠(chǎng)開(kāi)始回收利用 CO2，其生產(chǎn)規(guī)模均在 3000 噸/年以下，基本為自產(chǎn)自用或以銷(xiāo)定產(chǎn)，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi) CO2產(chǎn)銷(xiāo)量不足 3 萬(wàn)噸。 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(guò)極限時(shí)，煤炭的開(kāi)發(fā)難度加大，成本進(jìn)一步提高及安全生產(chǎn)時(shí)時(shí)令人擔(dān)憂(yōu)，可持續(xù)增長(zhǎng)難免成問(wèn)題。 據(jù)相關(guān)資料介紹，高耗能、低效率使得我們 GDP的成本居高不下。該技術(shù)作為一種新型低成本技術(shù) ,將越來(lái)越受到人們的青睞，也為 CO2提供了用 ―武 ‖之地。 （ 2） CO2滅火裝置 人們生活水平的提高，賓館、高級(jí)住宅、汽車(chē) 、企事業(yè)單位對(duì) CO2滅火裝置得配置也大幅度增長(zhǎng)，所以 CO2在滅火器材中的用量也以年 8%～ 12%的幅度增長(zhǎng)。 (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(chóng)與貯存等方面為食品級(jí) CO2提供了新的應(yīng)用領(lǐng)域。 二氧化碳的用途比較廣泛，廣闊的發(fā)展空間，而且市場(chǎng)前景良好。 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(jiàn)的化合物，其分子式為 CO2，由兩個(gè)氧原子與一個(gè)碳原子通過(guò)共價(jià)鍵連 接而成，相對(duì)分子 質(zhì)量 為 。 國(guó)內(nèi)對(duì)二氧化碳的需求越來(lái)越大。 根據(jù) CO2質(zhì)量，用途不同，可分為 工業(yè) 級(jí)和食品級(jí)二種。根據(jù) CO2物理狀態(tài)可分為氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)（干冰）三種形式。Resource 。本裝置主要采用變溫吸附技術(shù)除去水分，低溫提純技術(shù)除去不凝性氣體。 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................... 39 附 錄 ....................................................................................................................................... 40 I 年產(chǎn) 5 萬(wàn)噸食品級(jí) 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。由于 工藝流程和技術(shù)的 限制，有些 企業(yè)的 CO2被大量放空，既破壞了生態(tài)環(huán)境，引起溫室效應(yīng)，又浪費(fèi)了 CO2這一寶 貴資源。 本設(shè)計(jì)主要是針對(duì) 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。Condensate