3000ta食品級液體二氧化碳生產(chǎn)裝置

1、3000t_a食品級液體二氧化碳生產(chǎn)裝置2006年第27卷第4期氮肥技術(shù)413000t/a食品級液體二氧化碳生產(chǎn)裝置m青孔慶民張寧寧侯立剛（山東飛達化工科技有限公司泰安271400）摘要效益。關(guān)鍵詞食品級CO2低壓工藝凈化在線分析效益簡述了利用合成氨生產(chǎn)技術(shù)優(yōu)勢，采用低壓法生產(chǎn)工藝，回收氣體co2,制造食品級液體CO2的工藝概況和綜合公司經(jīng)過多年幾度技術(shù)改造，現(xiàn)已擁有合成氨12X104t/a、尿素18X104t/a、甲醇3X104t/a、碳酸氫鉉4X104t/a、食品級液體二氧化碳3000t/a.橡膠防老劑5000t/a,聚丙烯成合劑200t/a的裝置能力。內(nèi)對食品級CO2的需求量將達到100

2、0X104t以上。（2）煙草行業(yè)煙草行業(yè)原來使用氟利昂膨化煙絲，隨著環(huán)保要求的提高，以及對食品添加劑的嚴格要求，為食品級CO2進入煙草行業(yè)提供了很大的機遇，液體食品級CO2用于煙絲膨化，可使每箱香煙節(jié)約2.5kg原料煙絲，而且煙絲膨化質(zhì)量也有很大的提前較多煙廠已于200I年將氟利昂膨化設備改造成C02膨化設備，卷煙行業(yè)以年產(chǎn)2000萬箱計算，每年約需C02260X104to（3）防腐保鮮蔬菜、水果和真正綠色食品的推廣，在食品、水產(chǎn)品的防腐保穌糧食的殺蟲與貯存等方面為食品級CO2提供了新的應用領(lǐng)域。貯存速凍食品、航空食品、長短冷藏運輸，攝影棚及舞臺煙幕效果，電子零件及金屬制冷，醫(yī)療冷凍等均已大量

3、使用食品級CO2或制成干冰。（4）CO2超臨界萃取技術(shù)食CO2為萃取劑的超臨界萃取技術(shù)，在中藥、品、香料、石油化工、生物化工和環(huán)境化工等方面取得了突破性發(fā)展，CO2超臨界萃取作為一項新興、低成本、易分離的萃取技術(shù)將會受到越來越多人們的青睞。1背景我國是能源最大的消費國，也是能源浪費最大的國家。據(jù)相關(guān)資料介紹，高耗能、低效應使得中國的能源以煤炭消我們GDP的成本居高不下。費為主，其比重為75%,石油約占17%,水電約核電約占0.4%。我國能源結(jié)構(gòu)中占5%,天然氣、低效、高污染能源占相當?shù)谋戎?，電能、石油、天然氣等高效清潔能源所占比例太小，這樣的結(jié)構(gòu)不僅造成大量的能源浪費，而且對環(huán)境也造成極大的污

4、染。我國是當今世界上能源結(jié)構(gòu)以煤炭為基礎(chǔ)的少數(shù)國家之一，遠遠偏離了世界能源結(jié)構(gòu)以油、氣為發(fā)展趨勢的主流。煤炭的生產(chǎn)能力不是可以任意提高的，當煤炭年產(chǎn)量超過極限時，煤炭的開發(fā)難度加入成本進一步提高；安全生產(chǎn)時時令人擔憂可持續(xù)增長難免成問題。國家提出的科學發(fā)展觀及國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展精神，其中能源的循環(huán)利用是一個重要的方面。1.1食品級C02的主要用途（1）飲料和啤酒行業(yè)該行業(yè)是食品級CO2的主要市場。目前我國1.2國外工業(yè)美國是世界上C02最大的生產(chǎn)國和消費國，飲料和啤酒消費量遠遠低于發(fā)達國家，人均只有共有90余套生產(chǎn)裝置，其生產(chǎn)能力為800X制氫廠、石化廠和天104t/a：主要原料為合成氨廠、然

5、氣加工廠副產(chǎn)回收的C02。美國46.8%的CO2用于食品的冷卻、冷藏、研磨和惰化，19.5%用于飲料碳酸化，11%用于油井氣井操作，9.6%用于碳酸鹽、青霉素的生產(chǎn)及冷卻，4.9%用于焊接、冷5kg/a,而美國等發(fā)達國家人均達到150kg/a以上。據(jù)文獻報道美國在20世紀80年代CO2的需求量已達到400X104t/ao隨著我國人民生活水平的日益提高，預計對食品級CO2的需求量也將大幅增加。若按美國現(xiàn)行人均消費水平，我國在5年42氮肥技術(shù)2006年第27卷收縮裝配等金屬加工，8.2%用于滅火劑、氣霧劑等其它方面。日本CO2的生產(chǎn)能力為116X104t/a。C02氣體來源大致有五種：重油脫硫、制

6、氫工廠的副產(chǎn)氣、高爐煉鐵副產(chǎn)氣、石化廠副產(chǎn)氣、酒廠副產(chǎn)啤氣。主要用于cO2氣體保護焊接、碳酸飲料、酒、冷藏食品、冷凍和煉鋼（轉(zhuǎn)爐復合吹煉技術(shù)）等。西歐CO2消費量為200X104t/a,其中液體開發(fā)利用CO2資源，變廢為寶的考慮，決定建設食品級二氧化碳項目。2技術(shù)方案項目確定后，公司組織一個技術(shù)小組，全面負責此課題的論證工作。2.1方案選擇目前，二氧化碳的制取方法可分為兩種，分別為:（1）化學法：一類是化學合成，另一類是化學吸收。（2）物理法：有物理吸收法、變壓吸附法和膜分離法等。在以煤（或焦）為原料，生產(chǎn)合成氨或甲醇過程中，不可避免的伴生一定量的C02,經(jīng)分離回收可作為一種C02資源。食品液

7、體CO2生產(chǎn)方法一般分為高壓法（8.0MPa）、中壓法（4.0MPa）和低壓法（1.6MPaC02占80%以上，主要用于飲料碳酸化和食品加工，占68%；其次是焊接，占8%：其它占24%。固體C02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C02o近年來，美國的CO2產(chǎn)量基本上維持穩(wěn)定水平，口本每年則以8%10%的速度增長，西歐CO2市場今后幾年消費增長速度每年在4%8%。70年代初，我國商業(yè)用液體C02和干冰的年產(chǎn)量在20X103t左右；80年代初期，我國合成氨廠、酒精廠開始回收排放的CO2,生產(chǎn)規(guī)模均在3000t/a以下，基本上是自

8、產(chǎn)自用或以銷定產(chǎn)。國內(nèi)CO2產(chǎn)銷量不足30X103t/ae80年代末期，國內(nèi)C02產(chǎn)銷量迅速攀升到200X103t/a,市場已經(jīng)初具規(guī)模：進入90年代，隨著我國工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的多元化發(fā)展，國內(nèi)cO2需求量呈現(xiàn)快速增長，生產(chǎn)能力近600X103t/a,由于市場需求量的快速增長，世界眾多氣體生產(chǎn)廠商先后在我國投資。2.5MPa)oC02在常壓常溫下為無色無味的氣體，氣態(tài)C02加壓到一定壓力并進行冷卻，可變成液體c02oCO2液化溫度隨壓力的降低而降低，8.0MPa下液化溫度37,4.OMPa下液化溫度5,2.5MPa下液化溫度-12C,1.6MPa下液化溫度一25目前國外普遍采用低壓法生產(chǎn)液體CO2,

9、這是因為食品CO2和工業(yè)CO2的純度要求越來越高，很多用戶要求純度在99.9%以上，用高壓法和中壓法生產(chǎn)很難滿足純度要求。另一方面，隨著CO2的用量日趨增大，使用鋼瓶貯運，容量小，運費高，很不經(jīng)濟，廣泛采用槽車運輸，而槽干的工作壓力和溫度可與低壓法生產(chǎn)C02貯槽相匹配。高壓法和中壓法還存在投資高，電耗高，貯存不安全等缺點，已逐步為低壓法所取代。國內(nèi)液體CO2生產(chǎn)裝置過去多采用高壓法，低壓法只能用于啤酒廠回收CO2,一般規(guī)模較小，生產(chǎn)技術(shù)和設備依賴進口，現(xiàn)在低壓法已實現(xiàn)全部國產(chǎn)化，價格僅為國外設備的1/3,最大規(guī)模已達到2t/ho該項目采用低壓法工藝生產(chǎn)，純度高達1 .3國內(nèi)趨勢目前，國內(nèi)市場需

10、求量增長速度為15%2 0%,2000年國內(nèi)的C02市場需求量已達到760860X103t/a,產(chǎn)能與市場需求矛盾日顯突出。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”的罪贓禍首，同時又是用途非常廣泛的原料，應當如以利用。綜上所述，隨著CO2應用領(lǐng)域的不斷擴人，C02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。所以，合成氨企業(yè)利用自身優(yōu)勢，開發(fā)食品級CO2兼產(chǎn)工業(yè)級CO2,是使企業(yè)多種經(jīng)營、降低生產(chǎn)成本、增加企業(yè)效益的一種有效途徑。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。所以，公司根據(jù)大發(fā)展、快發(fā)展、建設經(jīng)濟的總體要求，結(jié)合生產(chǎn)實際，綜合

11、9 9.9%以上，除達到國內(nèi)食品CO2標準外，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不和鋼瓶兩種充裝設施?？紤]到一級氨壓縮機所達到的制冷溫度和裝置內(nèi)c02貯槽與汽車槽相匹配等問題，系統(tǒng)壓力采用2.5MPao公司尿素流程中設碳丙脫碳，CO2有較大富第4期田青，等：3000t/a食品級液體二氧化碳生產(chǎn)裝置43余量，除去閃蒸部分，實際可利用的CO2約行脫除，其原理同一級脫硫。該工序是將有機硫轉(zhuǎn)化成無機硫并進一步脫硫，將中壓蒸汽（1.3MPa）進行減壓，降低蒸汽壓力以滿足二級脫硫所需的反應溫度，生產(chǎn)中根據(jù)指示溫度進行調(diào)節(jié)。維護好壓縮機使各級壓力、溫度控制在指標內(nèi)。（4）產(chǎn)品干燥產(chǎn)品干燥工序

12、與原料氣干燥系統(tǒng)同樣采用新工藝脫除產(chǎn)品氣中的水分所不同的是吸附劑再生是利用待干燥的半成品氣做載體再生了吸附劑經(jīng)冷卻和分離了水分后再回主氣流一起進行干燥。該工序主要是脫除半成品氣中的水。在產(chǎn)品干燥系統(tǒng)中調(diào)節(jié)再生氣量的分配，生產(chǎn)中根據(jù)再生效果調(diào)節(jié)其開度以改變再生氣量的大小。調(diào)節(jié)再生氣加熱蒸汽閥，控制加熱后再生溫度在指標范圍之內(nèi)。（5）產(chǎn)品提純產(chǎn)品純化工序采用精例原理利用二氧化碳與其它雜質(zhì)沸點不同而實現(xiàn)二氧化碳的提純，塔內(nèi)裝有新型不銹鋼金屬壓延板波紋填料，用來均勻分布由塔中部落下的液體二氧化碳和塔底蒸發(fā)起來的低沸點物質(zhì)。提純器采用了二次泄壓工藝，兩次泄壓管線間壓差不得0.8MPa,否則將結(jié)“干冰”堵

13、塞管道。提純器頂部冷卻段的冷源有兩種：一種是直接在冷卻段殼程加入液氨進行冷卻；另一種是利用塔頂排出的閃蒸氣，經(jīng)節(jié)流降溫至一40C左右進行冷卻。2500Nm3/h,考慮市場容量及開發(fā)，日前適宜建設3000t/a的食品級CO2生產(chǎn)裝置。2.2工藝流程液體CO2生產(chǎn)過程為CO2氣體壓縮、凈化、干爆液化和充裝。核心技術(shù)是氣體凈化與干燥氣體凈化使用吸附型活性炭，氣體干燥應用分子篩干燥劑，工藝流程如下：變換氣脫碳f原料cO2一壓縮一凈化一干燥一液化一提純一槽車（或充瓶泵一鋼瓶）流程簡述：來自脫碳系統(tǒng)的CO2,經(jīng)水分器分離水分后，進入無油潤滑C02壓縮機，壓縮后經(jīng)冷卻除濕后，利用CO2冷凝器出口氣氨的冷量將

14、CO2預冷至25c以下，經(jīng)過硅膠干燥塔和分子篩干燥塔進行干燥，然后利用液氨將CO2氣體冷卻、冷凝至一25-12C成液態(tài)，利用自身壓力進入提純塔提純，成為成品液體CO2,純度299.9%。液體CO2貯槽出口液相管和氣相管分別用專用的軟管接通至槽車上的液相管和氣相管，開動槽車上的輸送泵即可為槽車罐裝，另一部分液態(tài)CO2經(jīng)充瓶泵加至81OMPa向鋼瓶充裝，該裝置采用液氨作制冷劑。2.3基本原理項目由原料氣預處理、變壓吸附、精脫硫、產(chǎn)品干燥、產(chǎn)品純化、產(chǎn)品儲存和充瓶六道工序組成。（1）原料氣預處理一級脫硫主要是利用活性炭脫除無機硫原料氣中的硫化氫與空氣中的氧氣作用生成硫，沉積在活性炭微孔中，其反應式為

15、：2.4主要設備材料選擇項目實施中，對主要設備的設計、2H2S+O2=2H2O+2SI（2）原料氣干燥主要是利用吸附劑容量隨溫度的變化而呈現(xiàn)差異的特性在常溫下吸附氣體中的飽和水分：用脫碳氣或干燥氣的原料氣（一般不用原料氣）做載體，高溫下脫附水分后再冷卻吸附劑，從而使吸附劑獲得再生。（3）精脫硫及平面布置等均進行了優(yōu)化，其主要設備情況匯總于表1。3項目建設該項目（為一期工程，屆時二期工程竣工達到規(guī)模能力2X104t/a）于2005年7月開始先后完成了生產(chǎn)廠房的施工、靜止設備及轉(zhuǎn)動設備的招標采購，抽調(diào)專業(yè)人員去云南、杭州、青島等地進行實地考察。2005-10-08,該項目順利竣工一次性開車成功，拿

16、出合格產(chǎn)品，并投放市場，反映良好。該項目總投資為300萬元，其中設備125萬元；基建40萬元；設計費10萬元；精脫硫劑16萬元；工藝管道54萬元；安裝費用28萬元；防腐保溫12萬元；其它費用15萬元。二級脫硫主要是利用有機硫水解催化劑將產(chǎn)品氣中有機硫轉(zhuǎn)化為無機硫，其反應式（有機硫以cos計）為：COS+H2O=CO2+H2S三級脫硫是將二級脫硫生成的硫化氫進44表1序號食品級液體CO2裝置主要設備一覽表名稱原料氣再生加熱器加熱器規(guī)格氮肥技術(shù)2006年第27卷從而確保了出廠檢驗項目得以有效控制。數(shù)量（臺）5效益分析根據(jù)近年來市場價格，以食品級液體CO2銷售12345678910111213141

17、516F=14m2F=5m23Z6.66/100F=20m2F=5.1m2F=15m21121111111211121價500元/t,單位成本200元/t計算，年產(chǎn)3000t食品液體C02的裝置：年銷售收入：500X3000=150萬元年制造成本：200X3000=60萬元年銷售稅金：150X17%=255萬元CO2壓縮機冷卻器產(chǎn)品再生加熱器產(chǎn)品再生冷卻器蒸發(fā)冷凝器提純器中800/200過冷卻器第一水分離器一級脫硫器原料氣干燥器制冷機二級脫硫器三級脫硫器產(chǎn)品干燥器V=25m3H=5015F=16m2V=lm3V=l6.3m3V=lm3LGl6AV=5,1m3V=38.6m3V=0.26m31506025.5=645萬元投資利潤率：64.5/300=21.5%投資回收期：300/64.5=4.65年年利潤：6前景隨著人民生活水平的日益提高，CO2應用領(lǐng)域不斷開發(fā)擴大，工業(yè)和食品等領(lǐng)域的需求將會大幅度提高，市場前景十分廣闊。以CO2為原料，采用化學法合成聚C。2,生產(chǎn)降解塑料，新開發(fā)綠色環(huán)保型包裝物，具有制造成本低廉，衛(wèi)生可靠，原料易得等優(yōu)勢，市