二氧化碳技術(shù)方案

1、5萬噸/年食品級液體二氧化碳項目初步技術(shù)方案湘潭弘潤氣體有限公司2014年05月目 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)濟分析82.1投資概算82.2成本估算93.建設(shè)周期94.設(shè)計單位和我公司二氧化碳項目業(yè)績95.天柱宏泰鋇業(yè)相關(guān)投資101.技術(shù)方案1.1氣源條件本項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，后期正式設(shè)計時根據(jù)實際情況再做調(diào)整。1.2產(chǎn)品方案本方案的目標產(chǎn)品定位為食品級液體二氧化碳，產(chǎn)品質(zhì)量按國際飲

2、料技術(shù)學會（ISBT）標準和中國新國家標準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）國家新標準GB10621-2006序號項 目指 標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）,10 -6（V/V） 0.18碳氫化合物總量(以甲烷計),10-6（V/V） 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） 1

3、011乙醇， 10-6（V/V） 1012乙醛, 10-6（V/V） 0.213其它含氧有機物， 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檢驗合格17蒸發(fā)殘渣， 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:其它含氧有機物包括二甲醚、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

4、準（ISBT）及可口可樂標準序號項 目指 標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)，106（V/V） 0.18碳氫化合物總量(以甲烷計)， 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)有機殘留物 106（V/V） 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)殘渣， 106

5、（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)于國家標準），其余指標均達到并部分優(yōu)于上述標準。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)合成氨的實際生產(chǎn)經(jīng)驗理論設(shè)計為6萬噸/年的生產(chǎn)能力，實際以5萬噸/年（每小時6.25噸，日產(chǎn)150噸）的產(chǎn)量，按全年開車8000小時計。1.4工藝技術(shù)方案選擇通常，為了運輸和使用方便，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，只要二氧化碳達到臨界溫度31.

6、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，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、通過精餾無法分離的雜質(zhì)，然后將二氧化碳液化進行低溫精餾提純，除去剩余的輕組分雜質(zhì)。該方法投資省，氣源條件好的情況下產(chǎn)品質(zhì)量能夠達到食品級。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

7、組合法典型案例：我公司在總結(jié)多套裝置經(jīng)驗，并借鑒國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了獨特的“雙級預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氣體2.5萬噸/年食品級液體二氧化碳裝置上，產(chǎn)品質(zhì)量達到并部分優(yōu)于食品級標準。（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。其特點是：利用催化氧化原理，在貴金屬（活性氧化鋁負責鉑、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，特別是那些沸點比二氧化碳高的有毒有害雜質(zhì)，如多碳烴、醛、醇等有機物，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)

8、合使用合理的脫硫技術(shù)和低溫精餾技術(shù)，產(chǎn)品質(zhì)量可以達到國際飲料協(xié)會標準。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，遠遠優(yōu)于國家標準。其中10萬噸裝置正常運行時，日產(chǎn)食品級液體二氧化碳400噸，年產(chǎn)量達到13萬噸，為國內(nèi)單套產(chǎn)能最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)工藝方法進行了簡單的介紹，應(yīng)該說各種

9、方法都有各自的優(yōu)點和缺點，只要選擇運用得當，合適的工藝應(yīng)用于合適的情況，都能夠達到理想的效果。根據(jù)本項目涉及原料氣的自身特點以及食品級產(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)本項目所涉及的原料氣特點，本項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)過預冷緩沖后進入二氧化碳壓縮機，二氧化碳壓縮機為無油潤滑型，三段壓縮，設(shè)計終端壓力為3.0MPa。原料氣從壓縮機二段引出進行預脫硫，脫除其中的大部分硫化氫，然后返回三段壓縮。三段

10、出來的原料氣經(jīng)過脫硫加熱器預熱至6090后進入水解塔，將原料氣中的有機硫水解為無機硫，然后進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熱至380以上，熱量不夠時通過脫烴電加熱器補充，然后進入脫烴塔，在脫烴塔中貴金屬（活性氧化鋁負載鉑、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)過脫烴水冷器冷卻至常溫，然后經(jīng)過除濕器與回冰機系統(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

11、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入冷凝器，與冰機系統(tǒng)來的液氨換熱而被冷凝液化后，進入提純塔進行精餾提純，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后進入產(chǎn)品儲罐。圖1只是一個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)，放熱量取決于原料氣中可燃雜質(zhì)（甲烷、H2、CO等）的含量，如果本項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

12、，則正常運行時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，壓縮機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)量報價(萬元)1CO2壓縮機DW-50/30，3.0MPa，50m3/min臺/套2180.02冰機JJZ2LG20臺/套390.03再生羅茨風機15m3/min P=3000mmH2O臺11.84充車泵40 m3/h，揚程30米臺24.05合計2

13、75.8說明：CO2壓縮機為無油潤滑型；冰機帶經(jīng)濟器、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(萬元)1原料氣冷卻器900Q245R/30418.02緩沖罐2600Q245R15.03預脫硫塔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800304112.011除濕器700304/Q345R18.512分子篩塔1400Q345R224.013冷凝器10

14、00（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20310.0（3）分析儀器序號名 稱規(guī)格或檢測限數(shù)量估價(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512.6（4）輔助材料序號名 稱 及 代 號用 量單價估價(萬元)1預脫硫劑20m3×2臺0.3

15、5萬/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143.0（5）管道閥門配置按設(shè)計規(guī)范進行設(shè)計、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，儀表動力氣源由項目內(nèi)提供。1.6公用工程1.6.1供電用電設(shè)備及負荷一覽表序號用電設(shè)備裝機容量工作負荷（kw）1CO2壓縮機(560kw+3kw)×2臺，10KV2冰機系統(tǒng)(220kw+3kw)×3臺+26.4 kw ，38

16、0V3脫烴電加熱器200 kw，380V4再生羅茨風機18.5 kw，380V5再生電加熱器150kw，380V（間斷運行）6充車泵7.5kw×2臺，380V（間斷運行）7照明及其它20kw，220V8合計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）壓縮機等用冷卻水：200m3/h，循環(huán)水；（2）冰機蒸發(fā)冷用脫鹽水：3.0m3/h；1.6.3蒸汽（也可以采用壓縮機段間的高溫氣加熱，不用蒸汽）用途：用于脫硫加熱器；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

17、放空氣減壓穩(wěn)壓后提供，由設(shè)計院統(tǒng)一設(shè)計。1.6.5占地面積(1)壓縮機廠房(門式輕鋼)：216m2。（12米×18米）；(2)冰機系統(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)濟分析2.1投資概算序號名稱報價備注（萬元）1動設(shè)

18、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安裝費用65.011設(shè)計費30.0包含可研、安全設(shè)施設(shè)計專篇、工藝、非標設(shè)備、儀控、電氣、土建全套施工圖設(shè)計及開車調(diào)試和人員培訓12項目開辦許可50安全、技監(jiān)等13流動資金及其他不可預計費用20014合計(萬元)1319特別說明：（1）上述價格僅用于進行工程預算；（2）壓縮機、冰機等動設(shè)備，是按目前市面上主流產(chǎn)品的價格作為參考進行估算的，采購時選擇不同廠家的產(chǎn)品價格會略有出入；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）序號名稱消耗定額單價/元元/t CO21電200kwh/t0.6120.02脫鹽水0.5t/t3.01.53循環(huán)水25