3000ta食品级液体二氧化碳生产装置

1、3000t_a食品级液体二氧化碳生产装置2006年第27卷第4期氮肥技术413000t/a食品级液体二氧化碳生产装置m青孔庆民张宁宁侯立刚（山东飞达化工科技有限公司泰安271400）摘要效益。关键词食品级CO2低压工艺净化在线分析效益简述了利用合成氨生产技术优势，采用低压法生产工艺，回收气体co2,制造食品级液体CO2的工艺概况和综合公司经过多年几度技术改造，现已拥有合成氨12X104t/a、尿素18X104t/a、甲醇3X104t/a、碳酸氢铉4X104t/a、食品级液体二氧化碳3000t/a.橡胶防老剂5000t/a,聚丙烯成合剂200t/a的装置能力。内对食品级CO2的需求量将达到100

2、0X104t以上。（2）烟草行业烟草行业原来使用氟利昂膨化烟丝，随着环保要求的提高，以及对食品添加剂的严格要求，为食品级CO2进入烟草行业提供了很大的机遇，液体食品级CO2用于烟丝膨化，可使每箱香烟节约2.5kg原料烟丝，而且烟丝膨化质量也有很大的提前较多烟厂已于200I年将氟利昂膨化设备改造成C02膨化设备，卷烟行业以年产2000万箱计算，每年约需C02260X104to（3）防腐保鲜蔬菜、水果和真正绿色食品的推广，在食品、水产品的防腐保稣粮食的杀虫与贮存等方面为食品级CO2提供了新的应用领域。贮存速冻食品、航空食品、长短冷藏运输，摄影棚及舞台烟幕效果，电子零件及金属制冷，医疗冷冻等均已大量

3、使用食品级CO2或制成干冰。（4）CO2超临界萃取技术食CO2为萃取剂的超临界萃取技术，在中药、品、香料、石油化工、生物化工和环境化工等方面取得了突破性发展，CO2超临界萃取作为一项新兴、低成本、易分离的萃取技术将会受到越来越多人们的青睐。1背景我国是能源最大的消费国，也是能源浪费最大的国家。据相关资料介绍，高耗能、低效应使得中国的能源以煤炭消我们GDP的成本居高不下。费为主，其比重为75%,石油约占17%,水电约核电约占0.4%。我国能源结构中占5%,天然气、低效、高污染能源占相当的比重，电能、石油、天然气等高效清洁能源所占比例太小，这样的结构不仅造成大量的能源浪费，而且对环境也造成极大的污

4、染。我国是当今世界上能源结构以煤炭为基础的少数国家之一，远远偏离了世界能源结构以油、气为发展趋势的主流。煤炭的生产能力不是可以任意提高的，当煤炭年产量超过极限时，煤炭的开发难度加入成本进一步提高；安全生产时时令人担忧可持续增长难免成问题。国家提出的科学发展观及国民经济可持续发展精神，其中能源的循环利用是一个重要的方面。1.1食品级C02的主要用途（1）饮料和啤酒行业该行业是食品级CO2的主要市场。目前我国1.2国外工业美国是世界上C02最大的生产国和消费国，饮料和啤酒消费量远远低于发达国家，人均只有共有90余套生产装置，其生产能力为800X制氢厂、石化厂和天104t/a：主要原料为合成氨厂、然

5、气加工厂副产回收的C02。美国46.8%的CO2用于食品的冷却、冷藏、研磨和惰化，19.5%用于饮料碳酸化，11%用于油井气井操作，9.6%用于碳酸盐、青霉素的生产及冷却，4.9%用于焊接、冷5kg/a,而美国等发达国家人均达到150kg/a以上。据文献报道美国在20世纪80年代CO2的需求量已达到400X104t/ao随着我国人民生活水平的日益提高，预计对食品级CO2的需求量也将大幅增加。若按美国现行人均消费水平，我国在5年42氮肥技术2006年第27卷收缩装配等金属加工，8.2%用于灭火剂、气雾剂等其它方面。日本CO2的生产能力为116X104t/a。C02气体来源大致有五种：重油脱硫、制

6、氢工厂的副产气、高炉炼铁副产气、石化厂副产气、酒厂副产啤气。主要用于cO2气体保护焊接、碳酸饮料、酒、冷藏食品、冷冻和炼钢（转炉复合吹炼技术）等。西欧CO2消费量为200X104t/a,其中液体开发利用CO2资源，变废为宝的考虑，决定建设食品级二氧化碳项目。2技术方案项目确定后，公司组织一个技术小组，全面负责此课题的论证工作。2.1方案选择目前，二氧化碳的制取方法可分为两种，分别为:（1）化学法：一类是化学合成，另一类是化学吸收。（2）物理法：有物理吸收法、变压吸附法和膜分离法等。在以煤（或焦）为原料，生产合成氨或甲醇过程中，不可避免的伴生一定量的C02,经分离回收可作为一种C02资源。食品液

7、体CO2生产方法一般分为高压法（8.0MPa）、中压法（4.0MPa）和低压法（1.6MPaC02占80%以上，主要用于饮料碳酸化和食品加工，占68%；其次是焊接，占8%：其它占24%。固体C02大约占19%,用于运输冷冻，在西欧，德国CO2产量最大，有31家液体CO2工厂，主要利用天然气井分离的C02o近年来，美国的CO2产量基本上维持稳定水平，口本每年则以8%10%的速度增长，西欧CO2市场今后几年消费增长速度每年在4%8%。70年代初，我国商业用液体C02和干冰的年产量在20X103t左右；80年代初期，我国合成氨厂、酒精厂开始回收排放的CO2,生产规模均在3000t/a以下，基本上是自

8、产自用或以销定产。国内CO2产销量不足30X103t/ae80年代末期，国内C02产销量迅速攀升到200X103t/a,市场已经初具规模：进入90年代，随着我国工农业经济的多元化发展，国内cO2需求量呈现快速增长，生产能力近600X103t/a,由于市场需求量的快速增长，世界众多气体生产厂商先后在我国投资。2.5MPa)oC02在常压常温下为无色无味的气体，气态C02加压到一定压力并进行冷却，可变成液体c02oCO2液化温度随压力的降低而降低，8.0MPa下液化温度37,4.OMPa下液化温度5,2.5MPa下液化温度-12C,1.6MPa下液化温度一25目前国外普遍采用低压法生产液体CO2,

9、这是因为食品CO2和工业CO2的纯度要求越来越高，很多用户要求纯度在99.9%以上，用高压法和中压法生产很难满足纯度要求。另一方面，随着CO2的用量日趋增大，使用钢瓶贮运，容量小，运费高，很不经济，广泛采用槽车运输，而槽干的工作压力和温度可与低压法生产C02贮槽相匹配。高压法和中压法还存在投资高，电耗高，贮存不安全等缺点，已逐步为低压法所取代。国内液体CO2生产装置过去多采用高压法，低压法只能用于啤酒厂回收CO2,一般规模较小，生产技术和设备依赖进口，现在低压法已实现全部国产化，价格仅为国外设备的1/3,最大规模已达到2t/ho该项目采用低压法工艺生产，纯度高达1 .3国内趋势目前，国内市场需

10、求量增长速度为15%2 0%,2000年国内的C02市场需求量已达到760860X103t/a,产能与市场需求矛盾日显突出。目前，合成氨行业，一般都有大量的CO2被闲置，CO2是造成“温室效应”的罪赃祸首，同时又是用途非常广泛的原料，应当如以利用。综上所述，随着CO2应用领域的不断扩人，C02的工业需求和食品需求将会大幅度提高，市场前景十分广阔。所以，合成氨企业利用自身优势，开发食品级CO2兼产工业级CO2,是使企业多种经营、降低生产成本、增加企业效益的一种有效途径。排放多余CO2,不仅破坏了生态环境，又浪费了大量CO2资源。所以，公司根据大发展、快发展、建设经济的总体要求，结合生产实际，综合

11、9 9.9%以上，除达到国内食品CO2标准外，还能满足百事可乐公司的质量要求，可为用户提供汽车槽不和钢瓶两种充装设施。考虑到一级氨压缩机所达到的制冷温度和装置内c02贮槽与汽车槽相匹配等问题，系统压力采用2.5MPao公司尿素流程中设碳丙脱碳，CO2有较大富第4期田青，等：3000t/a食品级液体二氧化碳生产装置43余量，除去闪蒸部分，实际可利用的CO2约行脱除，其原理同一级脱硫。该工序是将有机硫转化成无机硫并进一步脱硫，将中压蒸汽（1.3MPa）进行减压，降低蒸汽压力以满足二级脱硫所需的反应温度，生产中根据指示温度进行调节。维护好压缩机使各级压力、温度控制在指标内。（4）产品干燥产品干燥工序

12、与原料气干燥系统同样采用新工艺脱除产品气中的水分所不同的是吸附剂再生是利用待干燥的半成品气做载体再生了吸附剂经冷却和分离了水分后再回主气流一起进行干燥。该工序主要是脱除半成品气中的水。在产品干燥系统中调节再生气量的分配，生产中根据再生效果调节其开度以改变再生气量的大小。调节再生气加热蒸汽阀，控制加热后再生温度在指标范围之内。（5）产品提纯产品纯化工序采用精例原理利用二氧化碳与其它杂质沸点不同而实现二氧化碳的提纯，塔内装有新型不锈钢金属压延板波纹填料，用来均匀分布由塔中部落下的液体二氧化碳和塔底蒸发起来的低沸点物质。提纯器采用了二次泄压工艺，两次泄压管线间压差不得0.8MPa,否则将结“干冰”堵

13、塞管道。提纯器顶部冷却段的冷源有两种：一种是直接在冷却段壳程加入液氨进行冷却；另一种是利用塔顶排出的闪蒸气，经节流降温至一40C左右进行冷却。2500Nm3/h,考虑市场容量及开发，日前适宜建设3000t/a的食品级CO2生产装置。2.2工艺流程液体CO2生产过程为CO2气体压缩、净化、干爆液化和充装。核心技术是气体净化与干燥气体净化使用吸附型活性炭，气体干燥应用分子筛干燥剂，工艺流程如下：变换气脱碳f原料cO2一压缩一净化一干燥一液化一提纯一槽车（或充瓶泵一钢瓶）流程简述：来自脱碳系统的CO2,经水分器分离水分后，进入无油润滑C02压缩机，压缩后经冷却除湿后，利用CO2冷凝器出口气氨的冷量将

14、CO2预冷至25c以下，经过硅胶干燥塔和分子筛干燥塔进行干燥，然后利用液氨将CO2气体冷却、冷凝至一25-12C成液态，利用自身压力进入提纯塔提纯，成为成品液体CO2,纯度299.9%。液体CO2贮槽出口液相管和气相管分别用专用的软管接通至槽车上的液相管和气相管，开动槽车上的输送泵即可为槽车罐装，另一部分液态CO2经充瓶泵加至81OMPa向钢瓶充装，该装置采用液氨作制冷剂。2.3基本原理项目由原料气预处理、变压吸附、精脱硫、产品干燥、产品纯化、产品储存和充瓶六道工序组成。（1）原料气预处理一级脱硫主要是利用活性炭脱除无机硫原料气中的硫化氢与空气中的氧气作用生成硫，沉积在活性炭微孔中，其反应式为

15、：2.4主要设备材料选择项目实施中，对主要设备的设计、2H2S+O2=2H2O+2SI（2）原料气干燥主要是利用吸附剂容量随温度的变化而呈现差异的特性在常温下吸附气体中的饱和水分：用脱碳气或干燥气的原料气（一般不用原料气）做载体，高温下脱附水分后再冷却吸附剂，从而使吸附剂获得再生。（3）精脱硫及平面布置等均进行了优化，其主要设备情况汇总于表1。3项目建设该项目（为一期工程，届时二期工程竣工达到规模能力2X104t/a）于2005年7月开始先后完成了生产厂房的施工、静止设备及转动设备的招标采购，抽调专业人员去云南、杭州、青岛等地进行实地考察。2005-10-08,该项目顺利竣工一次性开车成功，拿

16、出合格产品，并投放市场，反映良好。该项目总投资为300万元，其中设备125万元；基建40万元；设计费10万元；精脱硫剂16万元；工艺管道54万元；安装费用28万元；防腐保温12万元；其它费用15万元。二级脱硫主要是利用有机硫水解催化剂将产品气中有机硫转化为无机硫，其反应式（有机硫以cos计）为：COS+H2O=CO2+H2S三级脱硫是将二级脱硫生成的硫化氢进44表1序号食品级液体CO2装置主要设备一览表名称原料气再生加热器加热器规格氮肥技术2006年第27卷从而确保了出厂检验项目得以有效控制。数量（台）5效益分析根据近年来市场价格，以食品级液体CO2销售12345678910111213141

17、516F=14m2F=5m23Z6.66/100F=20m2F=5.1m2F=15m21121111111211121价500元/t,单位成本200元/t计算，年产3000t食品液体C02的装置：年销售收入：500X3000=150万元年制造成本：200X3000=60万元年销售税金：150X17%=255万元CO2压缩机冷却器产品再生加热器产品再生冷却器蒸发冷凝器提纯器中800/200过冷却器第一水分离器一级脱硫器原料气干燥器制冷机二级脱硫器三级脱硫器产品干燥器V=25m3H=5015F=16m2V=lm3V=l6.3m3V=lm3LGl6AV=5,1m3V=38.6m3V=0.26m31506025.5=645万元投资利润率：64.5/300=21.5%投资回收期：300/64.5=4.65年年利润：6前景随着人民生活水平的日益提高，CO2应用领域不断开发扩大，工业和食品等领域的需求将会大幅度提高，市场前景十分广阔。以CO2为原料，采用化学法合成聚C。2,生产降解塑料，新开发绿色环保型包装物，具有制造成本低廉，卫生可靠，原料易得等优势，市