二氧化碳提純液化新工藝技術(shù)研究（三）

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(jì)院有限公司

   脫重塔頂部設(shè)置全回流冷凝器，制冷量由高溫位冰機(jī)提供，塔頂少量不凝氣摻混入天然氣凈化廠的燃料氣系統(tǒng)。脫重塔中段設(shè)置側(cè)線，抽出含水率小于0.01‰的液體二氧化碳，經(jīng)減壓后進(jìn)入脫輕塔中段。脫輕塔塔頂設(shè)置全回流冷凝器，制冷量由低溫位冰機(jī)提供，塔頂不凝氣可摻混入天然氣凈化廠的燃料氣系統(tǒng)。塔底設(shè)置重沸器，熱量由節(jié)流前低溫位冰機(jī)冷劑提供。脫輕塔塔底為高純液體二氧化碳產(chǎn)品，經(jīng)低溫位冷劑進(jìn)一步冷卻至-20℃后進(jìn)入液體二氧化碳儲(chǔ)罐。低溫精餾法提純液化二氧化碳工藝流程如圖3所示。

           圖3 低溫精餾法制高純二氧化碳工藝流程

原料氣輕雜質(zhì)中，與二氧化碳沸點(diǎn)最接近的是乙烷，因此脫輕塔的操作壓力應(yīng)優(yōu)先考慮二氧化碳與乙烷的分離效率。二氧化碳與乙烷的相對(duì)揮發(fā)度隨著組分中二氧化碳含量增加，先減小后增大，在遠(yuǎn)離共沸組成的位置，相對(duì)揮發(fā)度隨著壓力的升高而降低。因此二氧化碳濃度較高時(shí)，低壓有利于二者的分離。二氧化碳精餾過程正處于濃度較高區(qū)域，針對(duì)乙烷這種雜質(zhì)，低壓有利于二氧化碳的精制。二氧化碳與乙烷在不同壓力下的相對(duì)揮發(fā)度如圖4所示。

            圖4 二氧化碳與乙烷在不同壓力下的相對(duì)揮發(fā)度

脫輕塔塔底為提純后的液體二氧化碳，工業(yè)中液體二氧化碳多為中壓存儲(chǔ)。大慶油田二氧化碳液化站液體二氧化碳存儲(chǔ)壓力均為2.0MPa，脫輕塔操作壓力設(shè)定為2.5MPa，提純液化后的液體二氧化碳經(jīng)過低溫位冷劑過冷后，節(jié)流至2.0MPa進(jìn)入儲(chǔ)罐存儲(chǔ)，可避免二氧化碳存儲(chǔ)過程中的不凝氣放空。

2 制冷劑性能分析

二氧化碳在2.0MPa下的液化溫度為-20℃，比較了R290 丙烷）、R717（氨）、R134a（氟利昂）[9]三種中溫冷劑的性能（表2）。制冷劑的熱力學(xué)性質(zhì)是制冷劑選用的基礎(chǔ)。由于本工藝最低制冷溫度達(dá)到-25℃即可，對(duì)比的三種制冷劑標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)均低于-25℃，可避免制冷劑蒸發(fā)制冷過程中產(chǎn)生負(fù)壓，造成空氣和水分漏入制冷系統(tǒng)。R134a氣體絕熱指數(shù)最小，在相同的壓縮比下有更低的出口溫度，在冷劑壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)上具有一定優(yōu)勢(shì)。以35℃冷凝溫度設(shè)計(jì)，R134a制冷劑具有更低的壓縮機(jī)出口壓力，同時(shí)壓縮機(jī)入口壓力為微正壓。在-25℃和35℃制冷循環(huán)過程中，R717的制冷系數(shù)最高，在制冷能效上具有優(yōu)勢(shì)，R134a次之。R134a制冷劑在毒性、安全性方面具有更為明顯的優(yōu)勢(shì)，在工程設(shè)計(jì)中可采用非防爆設(shè)計(jì)，更有利于降低設(shè)備投資，縮小裝置間的安全距離，同時(shí)作為環(huán)保型的氟利昂制冷劑，ODP值為0，對(duì)臭氧層無破壞作用。但R134a的 GWP值明顯高于另外2種制冷劑，而根據(jù)《蒙特利爾議定書》第五條，締約方（主要為發(fā)展中國家，包括中國）應(yīng)在2020年至2022年HFCs使用量平均值的基礎(chǔ)上，自2029年起開始削減，到2045年后將HFCs使用量削減至其基準(zhǔn)值的20%以內(nèi)[10]。因此在尋找其他的安全無毒類的替代制冷劑方面需做進(jìn)一步的研究。在低溫精餾工藝中以R134a為制冷工質(zhì)進(jìn)行模擬計(jì)算和工藝研究。

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