二氧化碳技術(shù)方案

1、5萬噸/年食品級液體二氧化碳項(xiàng)目初步技術(shù)方案湘潭弘潤氣體有限公司2014年05月湘潭弘潤氣體有限公司 TELFAX: 初步方案目 錄1.技術(shù)方案21.1氣源條件21.2產(chǎn)品方案21.3生產(chǎn)規(guī)模31.4工藝技術(shù)方案選擇31.5工藝流程與配套設(shè)施41.6公用工程72.技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析82.1投資概算82.2成本估算93.建設(shè)周期94.設(shè)計(jì)單位和我公司二氧化碳項(xiàng)目業(yè)績95.天柱宏泰鋇業(yè)相關(guān)投資109 1.技術(shù)方案1.1氣源條件本項(xiàng)目所用氣源來自于煤制合成氣干法脫碳尾氣，原料氣CO2純度約98%，本方案按總硫（H2S和COS）含量100ppm考慮，后

2、期正式設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)實(shí)際情況再做調(diào)整。1.2產(chǎn)品方案本方案的目標(biāo)產(chǎn)品定位為食品級液體二氧化碳，產(chǎn)品質(zhì)量按國際飲料技術(shù)學(xué)會（ISBT）標(biāo)準(zhǔn)和中國新國家標(biāo)準(zhǔn)GB10621-2006食品添加劑 液體二氧化碳執(zhí)行，具體內(nèi)容見下表。（1）國家新標(biāo)準(zhǔn)GB10621-2006序號項(xiàng) 目指 標(biāo)1二氧化碳含量，10-2（V/V） 99.92水份， 10-6（V/V） 203酸度按5.4檢驗(yàn)合格4一氧化氮， 10-6（V/V） 2.55二氧化氮， 10-6（V/V） 2.56二氧化硫， 10-6（V/V） 1.07總硫（除二氧化硫外，以硫計(jì)）,10 -6（V/V） 0.18碳?xì)浠衔锟偭?以甲烷計(jì)),10-6（V/V

3、） 50(其中非甲烷烴不超過20)9苯, 10 -6（V/V） 0.0210甲醇， 10-6（V/V） 1011乙醇， 10-6（V/V） 1012乙醛, 10-6（V/V） 0.213其它含氧有機(jī)物， 10-6（V/V） 1.014氯乙烯， 10-6（V/V） 0.315油脂， 10-6（m/m） 516水溶液氣味、味道及外觀按5.10檢驗(yàn)合格17蒸發(fā)殘?jiān)?10-6（m/m） 1018氧氣, 10 -6（V/V） 3019一氧化碳, 10 -6（V/V） 1020氨, 10 -6（V/V） 2.521磷化氫, 10 -6（V/V） 0.322氰化氫, 10 -6（V/V） 0.5注:其它含

4、氧有機(jī)物包括二甲醚、環(huán)氧乙烷、丙酮、正、異丙醇、正、異丁醇、乙酸乙酯、乙酸異戊酯。（2）國際飲料技術(shù)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)（ISBT）及可口可樂標(biāo)準(zhǔn)序號項(xiàng) 目指 標(biāo)1二氧化碳含量，102（V/V） 99.92水分， 106（V/V） 203酸度通過測試4一氧化氮， 106（V/V） 2.55二氧化氮， 106（V/V） 2.56二氧化硫， 106（V/V） 1.07總硫(除二氧化硫外,以硫計(jì))，106（V/V） 0.18碳?xì)浠衔锟偭?以甲烷計(jì))， 106（V/V） 50(其中非甲烷烴不超過20)9苯， 106（V/V） 0.0210乙醛， 106（V/V） 0.211不易揮發(fā)有機(jī)殘留物 106（V/V）

5、5.012不易揮發(fā)殘留物 106（V/V） 1013水溶液氣味、味道及外觀 通過測試14蒸發(fā)殘?jiān)?106（m/m） 1015氧， 106（V/V） 3016一氧化碳，106（V/V） 1017氨， 106（V/V） 2.518磷化氫， 106（V/V） 0.319氰化氫， 106（V/V） 0.5我公司承諾最終產(chǎn)品純度99.95%（優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)），其余指標(biāo)均達(dá)到并部分優(yōu)于上述標(biāo)準(zhǔn)。1.3生產(chǎn)規(guī)模本方案食品級液體二氧化碳的生產(chǎn)規(guī)模根據(jù)合成氨的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)理論設(shè)計(jì)為6萬噸/年的生產(chǎn)能力，實(shí)際以5萬噸/年（每小時(shí)6.25噸，日產(chǎn)150噸）的產(chǎn)量，按全年開車8000小時(shí)計(jì)。1.4工藝技術(shù)方案選擇通常

6、，為了運(yùn)輸和使用方便，生產(chǎn)中一般都把二氧化碳制成液體或固體產(chǎn)品，從理論上講，只要二氧化碳達(dá)到臨界溫度31.04以下，在特定壓力下即可液化，壓力越高液化溫度越高。但由于不同二氧化碳原料氣中都會有各種不同雜質(zhì)，會在二氧化碳液化時(shí)或多或少地一起冷凝，從而對二氧化碳產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生巨大影響。二氧化碳生產(chǎn)其實(shí)就是凈化和液化的過程，不同的二氧化碳生產(chǎn)工藝其本質(zhì)差別就是凈化技術(shù)的不同。下面介紹幾種凈化精制工藝方法：（1）吸附與低溫精餾組合法該法綜合吸附和精餾的優(yōu)點(diǎn)，配合使用特定的選擇性很強(qiáng)的吸附劑，有針對性地脫除沸點(diǎn)比二氧化碳高、通過精餾無法分離的雜質(zhì)，然后將二氧化碳液化進(jìn)行低溫精餾提純，除去剩余的輕組分雜質(zhì)。

7、該方法投資省，氣源條件好的情況下產(chǎn)品質(zhì)量能夠達(dá)到食品級。但不適用于重組分雜質(zhì)含量較多的情況。吸附與低溫精餾組合法典型案例：我公司在總結(jié)多套裝置經(jīng)驗(yàn)，并借鑒國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了獨(dú)特的“雙級預(yù)冷吸附與低溫精餾組合”的新工藝，成功應(yīng)用于芷江化肥二氧化碳?xì)怏w2.5萬噸/年食品級液體二氧化碳裝置上，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到并部分優(yōu)于食品級標(biāo)準(zhǔn)。（2）催化氧化與低溫精餾組合法該方法適用于重組分雜質(zhì)含量較多，且無法通過吸附劑有效除去的情況。其特點(diǎn)是：利用催化氧化原理，在貴金屬（活性氧化鋁負(fù)責(zé)鉑、鈀）催化劑存在的條件下，將原料氣中的所有可燃性雜質(zhì)與氧發(fā)生燃燒而加以脫除，特別是那些沸點(diǎn)比二氧化碳高的有毒有害雜質(zhì)，如

8、多碳烴、醛、醇等有機(jī)物，燃燒后產(chǎn)物是水和二氧化碳，由于燃燒反應(yīng)徹底，為這些雜質(zhì)徹底去除提供了技術(shù)保證，再結(jié)合使用合理的脫硫技術(shù)和低溫精餾技術(shù)，產(chǎn)品質(zhì)量可以達(dá)到國際飲料協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)。該方法產(chǎn)品質(zhì)量好，品質(zhì)穩(wěn)定，是目前生產(chǎn)食品級二氧化碳最可靠的方法。但投資大，操作復(fù)雜，主要用于食品級產(chǎn)品的生產(chǎn)。催化氧化與低溫精餾組合法典型案例：我公司同類設(shè)計(jì)的山東某氣體有限公司15萬噸/年食品級液體二氧化碳裝置，分別建設(shè)一套10萬噸和一套5萬噸兩套裝置，均采用催化氧化法脫烴，產(chǎn)品中總烴含量小于10ppm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)。其中10萬噸裝置正常運(yùn)行時(shí)，日產(chǎn)食品級液體二氧化碳400噸，年產(chǎn)量達(dá)到13萬噸，為國內(nèi)單套產(chǎn)能最

9、大的食品級液體二氧化碳生產(chǎn)裝置。上面對目前工業(yè)上廣泛應(yīng)用的二氧化碳生產(chǎn)工藝方法進(jìn)行了簡單的介紹，應(yīng)該說各種方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，只要選擇運(yùn)用得當(dāng)，合適的工藝應(yīng)用于合適的情況，都能夠達(dá)到理想的效果。根據(jù)本項(xiàng)目涉及原料氣的自身特點(diǎn)以及食品級產(chǎn)品的定位，本方案選擇采用催化氧化與低溫精餾組合法生產(chǎn)食品級液體二氧化碳產(chǎn)品。1.5工藝流程與配套設(shè)施1.5.1工藝流程簡述根據(jù)本項(xiàng)目所涉及的原料氣特點(diǎn)，本項(xiàng)目食品級方案選擇催化氧化與低溫精餾組合的工藝路線，本工藝流程簡圖見圖1。從界區(qū)外來的原料氣，加入少量空氣（采用儀表空氣）或純氧，經(jīng)過預(yù)冷緩沖后進(jìn)入二氧化碳壓縮機(jī)，二氧化碳壓縮機(jī)為無油潤滑型，三段壓縮，設(shè)

10、計(jì)終端壓力為3.0MPa。原料氣從壓縮機(jī)二段引出進(jìn)行預(yù)脫硫，脫除其中的大部分硫化氫，然后返回三段壓縮。三段出來的原料氣經(jīng)過脫硫加熱器預(yù)熱至6090后進(jìn)入水解塔，將原料氣中的有機(jī)硫水解為無機(jī)硫，然后進(jìn)入精脫硫塔脫除原料氣中的硫化物，脫硫合格的原料氣經(jīng)過脫烴熱交，與從脫烴塔出來的高溫氣體換熱而被預(yù)熱至380以上，熱量不夠時(shí)通過脫烴電加熱器補(bǔ)充，然后進(jìn)入脫烴塔，在脫烴塔中貴金屬（活性氧化鋁負(fù)載鉑、鈀）催化劑存在的條件下，原料氣中的可燃雜質(zhì)（甲烷、H2、CO等可燃雜質(zhì)）與O2發(fā)生催化燃燒反應(yīng)，生成CO2和H2O，脫烴過程操作溫度為380500。從脫烴塔出來的高溫氣體經(jīng)過脫烴熱交回收熱量后，經(jīng)過脫烴水冷

11、器冷卻至常溫，然后經(jīng)過除濕器與回冰機(jī)系統(tǒng)的低溫氣氨換熱降溫除濕，然后經(jīng)過分子篩干燥塔深度干燥，深度干燥后的原料氣經(jīng)過提純塔釜加熱盤管為精餾提純塔提供熱量后進(jìn)入冷凝器，與冰機(jī)系統(tǒng)來的液氨換熱而被冷凝液化后，進(jìn)入提純塔進(jìn)行精餾提純，原料氣中的不凝性雜質(zhì)（加氧過程加入的過量N2、O2等）從提純塔頂部出來去再生分子篩塔內(nèi)的分子篩吸附劑后放空，從提純塔底部出來的合格的食品級液體二氧化碳產(chǎn)品經(jīng)過過冷器冷卻至約-25后進(jìn)入產(chǎn)品儲罐。圖1只是一個(gè)簡單的工藝流程框圖，僅用于說明主要的工藝流程及基本原理， 圖1 工藝流程框圖1.5.2工藝說明（1）脫烴過程的操作溫度為380500，該過程本身為放熱反應(yīng)，放熱量取決

12、于原料氣中可燃雜質(zhì)（甲烷、H2、CO等）的含量，如果本項(xiàng)目原料氣中可燃雜質(zhì)的含量能夠滿足脫烴過程的自熱平衡，則正常運(yùn)行時(shí)不需要開脫烴電加熱器，脫烴電加熱器主要用于脫烴系統(tǒng)開車時(shí)系統(tǒng)升溫；（2）原料氣的加氧量通過分子篩后面設(shè)置的在線氧含量分析儀來控制的；（3）當(dāng)脫烴系統(tǒng)因更換催化劑或食品級產(chǎn)品市場銷售不暢等原因停用時(shí)，壓縮機(jī)出來的原料氣可以通過副線直接跳過脫烴系統(tǒng)，使裝置照常運(yùn)行生產(chǎn)工業(yè)級產(chǎn)品。1.5.3 配套設(shè)施（1）動設(shè)備序號名 稱規(guī) 格 型 號單位數(shù)量報(bào)價(jià)(萬元)1CO2壓縮機(jī)DW-50/30，3.0MPa，50m3/min臺/套2180.02冰機(jī)JJZ2LG20臺/套390.03再生羅茨

13、風(fēng)機(jī)15m3/min P=3000mmH2O臺11.84充車泵40 m3/h，揚(yáng)程30米臺24.05合計(jì)275.8說明：CO2壓縮機(jī)為無油潤滑型；冰機(jī)帶經(jīng)濟(jì)器、配蒸發(fā)冷。（2）靜止設(shè)備序號名 稱規(guī) 格 型 號材料數(shù)量估價(jià)(萬元)1原料氣冷卻器900Q245R/30418.02緩沖罐2600Q245R15.03預(yù)脫硫塔2000Q345R225.04脫硫加熱器800Q345R/2016.55水解塔1400Q345R112.06脫烴水冷器800Q245R/30419.57精脫硫塔1400Q345R112.08脫烴熱交900304122.09脫烴電加熱器200KW304115.010脫烴塔800304

14、112.011除濕器700304/Q345R18.512分子篩塔1400Q345R224.013冷凝器1000（臥式）304/Q345R120.014提純塔600/1000304/Q345R118.015過冷器600（臥式）304/16MnDR17.016再生電加熱器550Q345R11.517儲槽150m3/臺16MnDR2104.018合計(jì)20310.0（3）分析儀器序號名 稱規(guī)格或檢測限數(shù)量估價(jià)(萬元)1常量氧分析儀10.52微量硫分析儀檢測限0.03ppm14.53總烴分析儀16.04微量水分析儀8020，在線分析11.55純度快速分析儀量程99.9%、99.99各一支20.16合計(jì)5

15、12.6（4）輔助材料序號名 稱 及 代 號用 量單價(jià)估價(jià)(萬元)1預(yù)脫硫劑20m3×2臺0.35萬/m314.02水解催化劑10m31.10萬/m311.03精脫硫劑10m3 0.80萬/m38.04脫烴催化劑2.5m3 35萬/m387.55分子篩吸附劑10m3×2臺1.1萬/m322.06瓷球等若干0.57合計(jì)143.0（5）管道閥門配置按設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)、配置。（6）自控技術(shù)及儀表方案采用DCS控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)閥采用氣動薄膜調(diào)節(jié)閥，儀表動力氣源由項(xiàng)目內(nèi)提供。1.6公用工程1.6.1供電用電設(shè)備及負(fù)荷一覽表序號用電設(shè)備裝機(jī)容量工作負(fù)荷（kw）1CO2壓縮機(jī)(560kw+

16、3kw)×2臺，10KV2冰機(jī)系統(tǒng)(220kw+3kw)×3臺+26.4 kw ，380V3脫烴電加熱器200 kw，380V4再生羅茨風(fēng)機(jī)18.5 kw，380V5再生電加熱器150kw，380V（間斷運(yùn)行）6充車泵7.5kw×2臺，380V（間斷運(yùn)行）7照明及其它20kw，220V8合計(jì)2224.9kw1500kw1.6.2供水要求水溫：40，壓力：0.20.3MPa潔凈水，主要有以下兩種用水需求：（1）壓縮機(jī)等用冷卻水：200m3/h，循環(huán)水；（2）冰機(jī)蒸發(fā)冷用脫鹽水：3.0m3/h；1.6.3蒸汽（也可以采用壓縮機(jī)段間的高溫氣加熱，不用蒸汽）用途：用于脫硫

17、加熱器；要求：0.5Mpa飽和蒸汽（150）；用量：150kg/h。1.6.4儀表動力氣源儀表動力采用儲槽放空氣減壓穩(wěn)壓后提供，由設(shè)計(jì)院統(tǒng)一設(shè)計(jì)。1.6.5占地面積(1)壓縮機(jī)廠房(門式輕鋼)：216m2。（12米×18米）；(2)冰機(jī)系統(tǒng)（混凝土框架）：96m2。（12米×8米）；(3)靜止設(shè)備（室外布置）：300m2。（20米×15米）；(4)貯槽（按150m3立式2臺）：50m2。（5米×10米）；(5)控制室（包括控制室、分析室、配電室、備件室）：144m2以上裝置實(shí)占地約806m2，考慮車間通道及充車回車場地，總占地1500m2，含裝置內(nèi)部安全

18、間距，廠房等基建工程根據(jù)用戶要求現(xiàn)場協(xié)商確定。2.技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析2.1投資概算序號名稱報(bào)價(jià)備注（萬元）1動設(shè)備275.82靜止設(shè)備310.03分析儀器12.64催化劑及輔助材料143.05管道、閥門及緊固件等45.06土建(設(shè)備基礎(chǔ)壓縮機(jī)廠房等)50.07儀表及控制系統(tǒng)38.08界區(qū)內(nèi)配電80.010KV進(jìn)線，含干變及高低壓柜9防腐保溫19.6含儲槽現(xiàn)場發(fā)泡保溫10安裝費(fèi)用65.011設(shè)計(jì)費(fèi)30.0包含可研、安全設(shè)施設(shè)計(jì)專篇、工藝、非標(biāo)設(shè)備、儀控、電氣、土建全套施工圖設(shè)計(jì)及開車調(diào)試和人員培訓(xùn)12項(xiàng)目開辦許可50安全、技監(jiān)等13流動資金及其他不可預(yù)計(jì)費(fèi)用20014合計(jì)(萬元)1319特別說明：（1）上述價(jià)格僅用于進(jìn)行工程預(yù)算；（2）壓縮機(jī)、冰機(jī)等動設(shè)備，是按目前市面上主流產(chǎn)品的價(jià)格作為參考進(jìn)行估算的，采購時(shí)選擇不同廠家的產(chǎn)品價(jià)格會略有出入；2.2成本估算2.2.1 動力及原輔材料（以每噸液體二氧化碳產(chǎn)品消耗為基準(zhǔn)）序號名稱消耗定額單價(jià)/元元/t CO21電200kwh/t0.6120.02脫鹽水0.5t/t3.01.53