二氧化碳提純液化新工藝技術(shù)研究（一）

今天德潤正明的小編和大家分享二氧化碳提純液化新工藝技術(shù)研究：

  二氧化碳提純液化新工藝技術(shù)研究

郭闖      大慶油田設(shè)計院有限公司

摘要：利用二氧化碳氣源組分之間相對揮發(fā)度的差異，采用低溫精餾和分級制冷工藝，實現(xiàn)二氧化碳與其他雜質(zhì)的分離及液化；同時脫除氮氣、氫氣、甲烷、水、重烴等組分。對丙烷、氨及氟利昂制冷劑的制冷性能進行系統(tǒng)對比和分析，與常規(guī)分子篩脫水后直接制冷液化工藝相比，該工藝具有裝置占地面積小、單位產(chǎn)品能耗低、液體二氧化碳產(chǎn)品純度高等優(yōu)點。采用ASPEN HYSYS 工藝模擬軟件，以某天然氣凈化廠 MDEA 脫碳裝置再生尾氣為研究對象，對比了不同工況下，低溫精餾裝置能耗、產(chǎn)品純度的變化。計算在不添加防凍劑的條件下，保證脫重塔不發(fā)生凍堵的臨界操作壓力。該研究對合成氨裝置和天然氣脫碳裝置的二氧化碳尾氣回收、提純及液化具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：二氧化碳；提純液化；低溫精餾；制冷劑；ASPEN HYSYS

我國是世界上最大的化石能源消費國和碳排放國，在能源安全、生態(tài)保護和應對氣候變化中面臨著巨大壓力[1]。2020年，我國在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論會上正式提出“碳中和”目標，是首次向全球明確實現(xiàn)“凈零排放”的時間節(jié)點。倡議在氣候治理上各國合作共贏、各盡所能，采取更加有力的政策和措施，為全球應對氣候變化作出更大貢獻[2] 。

大慶油田外圍低滲透油田、致密油油田二氧化碳驅(qū)及頁巖油開發(fā)過程中需要大量液體二氧化碳。二氧化碳增能壓裂施工工藝具有良好的增產(chǎn)作用，且對二氧化碳的減排與封存提供了極大的幫助，但同時也對液體二氧化碳的供應帶來了挑戰(zhàn)。

目前液體二氧化碳多采用增壓、制冷、液化的工藝手段獲取[3]。從理論上講，當二氧化碳達到臨界溫度 31.1 ℃以下時，在特定壓力下即可液化，壓力越高，液化溫度越高。但是不同來源的二氧化碳原料氣中的雜質(zhì)及其含量不同，液化后對產(chǎn)品質(zhì)量有重大影響[4]。依據(jù)二氧化碳原料氣來源的不同，分成不同生產(chǎn)工藝路線，根據(jù)具體情況選擇不同的液化方法。二氧化碳液化生產(chǎn)工藝按系統(tǒng)壓力不同，主要分為高壓法、中壓法和低壓法[5]。中壓法適合于二氧化碳純度≥90%的二氧化碳原料氣的液化，操作壓力為 1.8~2.5 MPa，冷凝操作溫度為-25 ℃ ~-12 ℃。由于該工藝對原料氣適應性較廣（原料氣品質(zhì)波動對產(chǎn)品質(zhì)量影響較小），目前被國內(nèi)大多數(shù)二氧化碳生產(chǎn)企業(yè)所采用[6] 。

二氧化碳低溫液化前需脫除水、重烴等，以免液化過程中發(fā)生凍堵，同時盡量脫除二氧化碳中的輕組分雜質(zhì)，以達到更大的液化率。常規(guī)二氧化碳脫水都采用分子篩干燥吸附法，分子篩型號為3A、5A，采用兩塔或三塔吸附，吸附飽和則需再生氣加熱，加熱完成后再利用干燥氣吹冷，裝置能耗較高，分子篩使用壽命 3~5 年。常規(guī)二氧化碳脫

醇類、烴類、苯類都采用催化燃燒法，脫烴催化劑使用壽命約為5年[7]。而更換后的分子篩和催化劑均為固廢，需有資質(zhì)單位回收處理。

本文以某天然氣凈化廠尾氣為原料，利用ASPEN HYSYS模擬軟件，研究分級制冷和低溫精餾工藝在高濃度二氧化碳尾氣提純、液化中的應用效果，并與傳統(tǒng)二氧化碳液化工藝在裝置能耗、占地面積、安全運行方面進行對比分析。

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