5万吨/年食品级液体二氧化碳项目初步技术方案湘潭弘润气体有限公司2014年05月目录1.技术方案 (1)1.1气源条件 (1)1.2产品方案 (1)1.3生产规模 (2)1.4工艺技术方案选择 (2)1.5工艺流程与配套设施 (3)1.6公用工程 (6)2.技术经济分析 (7)2.1投资概算 (7)2.2成本估算 (7)3.建设周期 (8)4.设计单位和我公司二氧化碳项目业绩 (8)5.天柱宏泰钡业相关投资 (10)精品文档1.技术方案1.1气源条件本项目所用气源来自于煤制合成气干法脱碳尾气，原料气CO2纯度约98%，本方案按总硫（H2S和COS）含量100ppm考虑，后期正式设计时根据实际情况再做调整。
1.2产品方案本方案的目标产品定位为食品级液体二氧化碳，产品质量按国际饮料技术学会（ISBT）标准和中国新国家标准GB10621-2006《食品添加剂液体二氧化碳》执行，具体内容见下表。
（1）国家新标准GB10621-2006序号1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22项目二氧化碳含量，10-2（V/V）≥水份，10-6（V/V）≤酸度一氧化氮，10-6（V/V）≤二氧化氮，10-6（V/V）≤二氧化硫，10-6（V/V）≤总硫（除二氧化硫外，以硫计）,10-6（V/V）≤碳氢化合物总量(以甲烷计),10-6（V/V）≤苯,10-6（V/V）≤甲醇，10-6（V/V）≤乙醇，10-6（V/V）≤乙醛,10-6（V/V）≤其它含氧有机物，10-6（V/V）≤氯乙烯，10-6（V/V）≤油脂，10-6（m/m）≤水溶液气味、味道及外观蒸发残渣，10-6（m/m）≤氧气,10-6（V/V）≤一氧化碳,10-6（V/V）≤氨,10-6（V/V）≤磷化氢,10-6（V/V）≤氰化氢,10-6（V/V）≤指标99.920按5.4检验合格2.52.51.00.150(其中非甲烷烃不超过20)0.0210100.21.00.35按5.10检验合格1030102.50.30.5注:其它含氧有机物包括二甲醚、环氧乙烷、丙酮、正、异丙醇、正、异丁醇、乙酸乙酯、乙酸异戊酯。
（2）国际饮料技术协会标准（ISBT）及《可口可乐》标准序号1项目二氧化碳含量，10－（V/V）≥指标99.92精品文档2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19水分，10－6（V/V）≤酸度一氧化氮，10－6（V/V）≤二氧化氮，10－6（V/V）≤二氧化硫，10－6（V/V）≤总硫(除二氧化硫外,以硫计)，10－6（V/V）≤碳氢化合物总量(以甲烷计)，10－6（V/V）≤苯，10－6（V/V）≤乙醛，10－6（V/V）≤不易挥发有机残留物10－6（V/V）≤不易挥发残留物10－6（V/V）≤水溶液气味、味道及外观蒸发残渣，10－6（m/m）≤氧，10－6（V/V）≤一氧化碳，10－6（V/V）≤氨，10－6（V/V）≤磷化氢，10－6（V/V）≤氰化氢，10－6（V/V）≤20通过测试2.52.51.00.150(其中非甲烷烃不超过20)0.020.25.010通过测试1030102.50.30.5我公司承诺最终产品纯度≥99.95%（优于国家标准），其余指标均达到并部分优于上述标准。
1.3生产规模本方案食品级液体二氧化碳的生产规模根据合成氨的实际生产经验理论设计为6万吨/年的生产能力，实际以5万吨/年（每小时6.25吨，日产150吨）的产量，按全年开车8000小时计。
1.4工艺技术方案选择通常，为了运输和使用方便，生产中一般都把二氧化碳制成液体或固体产品，从理论上讲，只要二氧化碳达到临界温度31.04℃以下，在特定压力下即可液化，压力越高液化温度越高。
但由于不同二氧化碳原料气中都会有各种不同杂质，会在二氧化碳液化时或多或少地一起冷凝，从而对二氧化碳产品质量产生巨大影响。
二氧化碳生产其实就是净化和液化的过程，不同的二氧化碳生产工艺其本质差别就是净化技术的不同。
下面介绍几种净化精制工艺方法：（1）吸附与低温精馏组合法该法综合吸附和精馏的优点，配合使用特定的选择性很强的吸附剂，有针对性地脱除沸点比二氧化碳高、通过精馏无法分离的杂质，然后将二氧化碳液化进行低温精馏提纯，除去剩余的轻组分杂质。
该方法投资省，气源条件好的情况下产品质量能够达到食品级。
但不适用于重组分杂质含量较多的情况。
吸附与低温精馏组合法典型案例：我公司在总结多套装置经验，并借鉴国外先进技术的基础上，开发了独特的“双级预冷吸附与低温精馏组合”的新工艺，成功应用于芷江化肥二氧化碳气体2.5万吨/年食品级液体二氧化碳装置上，产品质量达到并部分优于食品级标准。
（2）催化氧化与低温精馏组合法该方法适用于重组分杂质含量较多，且无法通过吸附剂有效除去的情况。
其特点是：利用催化氧化原理，在贵金属（活性氧化铝负责铂、钯）催化剂存在的条件下，将原料气中的所有可燃性杂质与氧发生燃烧而加以脱除，特别是那些沸点比二氧化碳高的有毒有害杂质，如多碳烃、醛、醇等有机物，燃烧后产物是水和二氧化碳，由于燃烧反应彻底，为这些杂质彻底去除提供了技术保证，再结合使用合理的脱硫技术和低温精馏技术，产品质量可以达到国际饮料协会标准。
该方法产品质量好，品质稳定，是目前生产食品级二氧化碳最可靠的方法。
但投资大，操作复杂，主要用于食品级产品的生产。
催化氧化与低温精馏组合法典型案例：我公司同类设计的山东某气体有限公司15万吨/年食品级液体二氧化碳装置，分别建设一套10万吨和一套5万吨两套装置，均采用催化氧化法脱烃，产品中总烃含量小于10ppm，远远优于国家标准。
其中10万吨装置正常运行时，日产食品级液体二氧化碳400吨，年产量达到13万吨，为国内单套产能最大的食品级液体二氧化碳生产装置。
上面对目前工业上广泛应用的二氧化碳生产工艺方法进行了简单的介绍，应该说各种方法都有各自的优点和缺点，只要选择运用得当，合适的工艺应用于合适的情况，都能够达到理想的效果。
根据本项目涉及原料气的自身特点以及食品级产品的定位，本方案选择采用催化氧化与低温精馏组合法生产食品级液体二氧化碳产品。
1.5工艺流程与配套设施1.5.1工艺流程简述根据本项目所涉及的原料气特点，本项目食品级方案选择催化氧化与低温精馏组合的工艺路线，本工艺流程简图见图1。
从界区外来的原料气，加入少量空气（采用仪表空气）或纯氧，经过预冷缓冲后进入二氧化碳压缩机，二氧化碳压缩机为无油润滑型，三段压缩，设计终端压力为3.0MPa。
原料气从压缩机二段引出进行预脱硫，脱除其中的大部分硫化氢，然后返回三段压缩。
三段出来的原料气经过脱硫加热器预热至60~90℃后进入水解塔，将原料气中的有机硫水解为无机硫，然后进入精脱硫塔脱除原料气中的硫化物，脱硫合格的原料气经过脱烃热交，与从脱烃塔出来的高温气体换热而被预热至380℃以上，热量不够时通过脱烃电加热器补充，然后进入脱烃塔，在脱烃塔中贵金属（活性氧化铝负载铂、钯）催化剂存在的条件下，原料气中的可燃杂质（甲烷、H2、CO等可燃杂质）与O2发生催化燃烧反应，生成CO2和H2O，脱烃过程操作温度为380~500℃。
从脱烃塔出来的高温气体经过脱烃热交回收热量后，经过脱烃水冷器冷却至常温，然后经过除湿器与回冰机系统的低温气氨换热降温除湿，然后经过分子筛干燥塔深度干燥，深度干燥后的原料气经过提纯塔釜加热盘管为精馏提纯塔提供热量后进入冷凝器，与冰机系统来的液氨换热而被冷凝液化后，进入提纯塔进行精馏提纯，原料气中的不凝性杂质（加氧过程加入的过量N2、O2等）从提纯塔顶部出来去再生分子筛塔内的分子筛吸附剂后放空，从提纯塔底部出来的合格的食品级液体二氧化碳产品经过过冷器冷却至约-25℃后进入产品储罐。
图1只是一个简单的工艺流程框图，仅用于说明主要的工艺流程及基本原理，杂质气体放空，去再生分子筛吹冷预脱硫塔空气或纯氧CO2原料气二出三入原料气冷却器缓冲罐CO2压缩机三出脱烃电加热器脱烃塔脱硫加热器精脱硫塔水解塔提纯产品储罐空脱烃热交再生气放空冷凝器塔气脱烃水冷器除湿器分子筛塔过冷器罗茨风机再生电加热器图1工艺流程框图1.5.2工艺说明（1）脱烃过程的操作温度为380℃~500℃，该过程本身为放热反应，放热量取决于原料气中可燃杂质（甲烷、H2、CO等）的含量，如果本项目原料气中可燃杂质的含量能够满足脱烃过程的自热平衡，则正常运行时不需要开脱烃电加热器，脱烃电加热器主要用于脱烃系统开车时系统升温；（2）原料气的加氧量通过分子筛后面设置的在线氧含量分析仪来控制的；（3）当脱烃系统因更换催化剂或食品级产品市场销售不畅等原因停用时，压缩机出来的原料气可以通过副线直接跳过脱烃系统，使装置照常运行生产工业级产品。
1.5.3配套设施（1）动设备序号1 2 3 4名称CO2压缩机冰机再生罗茨风机充车泵规格型号DW-50/30，3.0MPa，50m3/minJJZ2LG2015m3/minΔP=3000mmH2O40m3/h，扬程30米单位台/套台/套台台数量2312报价(万元)180.090.01.84.05合计275.8说明：CO2压缩机为无油润滑型；冰机带经济器、配蒸发冷。
（2）静止设备序号1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18名称原料气冷却器缓冲罐预脱硫塔脱硫加热器水解塔脱烃水冷器精脱硫塔脱烃热交脱烃电加热器脱烃塔除湿器分子筛塔冷凝器提纯塔过冷器再生电加热器储槽合计规格型号Ф900Ф2600Ф2000Ф800Ф1400Ф800Ф1400Ф900200KWФ800Ф700Ф1400Ф1000（卧式）Ф600/1000Ф600（卧式）Ф550150m3/台材料Q245R/304Q245RQ345RQ345R/20Q345RQ245R/304Q345R304304304304/Q345RQ345R304/Q345R304/Q345R304/16MnDRQ345R16MnDR数量1121111111121111220估价(万元)8.05.025.06.512.09.512.022.015.012.08.524.020.018.07.01.5104.0310.0（3）分析仪器序号1 2 3 4 5 6名称常量氧分析仪微量硫分析仪总烃分析仪微量水分析仪纯度快速分析仪规格或检测限检测限0.03ppm－80℃～20℃，在线分析量程99.9%、99.99％各一支合计数量111125估价(万元)0.54.56.01.50.112.6（4）辅助材料序号1 2 3 4 5 6 7名称及代号预脱硫剂水解催化剂精脱硫剂脱烃催化剂分子筛吸附剂瓷球等合计用量20m3×2台10m310m32.5m310m3×2台若干单价0.35万/m31.10万/m30.80万/m335万/m31.1万/m3估价(万元)14.011.08.087.522.00.5143.0（5）管道阀门配置按设计规范进行设计、配置。