二氧化碳提純液化新工藝技術研究（五）

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研究：

   二氧化碳提純液化新工藝技術研究

郭闖      大慶油田設計院有限公司

4 與傳統工藝對比分析

   某凈化廠尾氣目前采用站內增壓、分子篩脫水后再輸往下游液化站進行液化的處理工藝。為與本工藝進行比較，利用ASPEN HYSYS 模擬了同等規模和進料條件下，原料氣先增壓至2.1MPa，經分子篩脫水后，利用氟利昂冷劑制冷至-20℃液化的傳統處理工藝，并與本工藝在裝置能耗、產品收率、產品組成等多方面進行對比分析（表4）。

表 4 新工藝與傳統工藝參數對比

   從分析結果中可以看出，當進料參數一致的情況下，傳統工藝與低溫精餾工藝CO2收率均可達到99%以上。于低溫精餾過程中可對CO2進一步提純，因此液體二氧化碳產品中CO2濃度可以達到99.9%以上；傳統工藝經分子篩脫水后直接液化，在-20℃溫度下，液化后的二氧化碳和未液化的不凝氣，沒有經過進一步的傳質、傳熱而直接分離，導致液體二氧化碳產品中CO2純度無法達到很高的指標。由于分子篩脫水工藝中，吸附飽和后的分子篩床層需要利用高溫的再生氣熱吹再生，再生環節再生氣加熱分子篩床層的同時，也加熱了分子篩脫水塔的金屬塔身、瓷球、支撐件等附屬部件，再生結束后再將分子篩床層冷吹至40℃，反復加熱和冷卻的過程中造成大量的能量消耗。對比分析結果顯示，雖然低溫精餾工藝需要更高的操作壓力，原料氣增壓消耗更大的壓縮功，但由于省略了分子篩脫水工藝，且更高的操作壓力可以降低二氧化碳液化的制冷量，冷劑壓縮機的軸功率較傳統工藝更低。綜合比較，相同處理規模的低溫精餾工藝裝置比傳統工藝裝置能耗低15%左右。無分子篩脫水工藝后，整套裝置的占地面積和一次性投資更低，在裝置平面布置和投資回收期上更占優勢。

5 結論

   利用ASPEN HYSYS模擬軟件，以某天然氣凈化廠脫碳尾氣為對象，進行了二氧化碳低溫精餾和分級制冷工藝模擬研究，建立不同工況下的計算模型，對操作參數進行優化分析，并與傳統的二氧化碳脫水液化工藝對比，得出以下結論：

（1） 在含水二氧化碳氣源的低溫精餾和分級制冷的提純液化工藝中，需利用脫重塔優先脫除二氧化碳中的飽和水，以免低溫液化過程中形成凍堵，脫重塔的操作壓力需在4.0MPa 以上，方可保證脫水工藝在0℃以上進行。且隨著操作壓力的提高，裝置能耗逐漸升高。

（2） 低溫精餾工藝中無需設置分子篩脫水工藝，可節省裝置的占地面積，且與傳統的經分子篩脫水再低溫液化的工藝相比，在滿足相近的產品收率和產量前提下，具有更低的裝置能耗、更小的占地面積和更低的一次性投資。

（3） 中溫位R134a制冷劑在壓縮機選型、毒性、安全性等方面與氨和丙烷制冷劑相比較具有明顯優勢，但是GWP值更高，在環保型冷劑優化替代方面需要做進一步研究工作。

（4） 低溫精餾的二氧化碳提純液化工藝在天然氣脫碳裝置尾氣回收液化中具有較好的計算結果，根據其精餾液化原理，可將此工藝延伸至其他組成復雜的二氧化碳氣源回收處理過程中，如合成氨裝置尾氣的回收。

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