二氧化碳提純液化新工藝技術(shù)研究（五）

今天德潤(rùn)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

4 與傳統(tǒng)工藝對(duì)比分析

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

表 4 新工藝與傳統(tǒng)工藝參數(shù)對(duì)比

   從分析結(jié)果中可以看出，當(dāng)進(jìn)料參數(shù)一致的情況下，傳統(tǒng)工藝與低溫精餾工藝CO2收率均可達(dá)到99%以上。于低溫精餾過(guò)程中可對(duì)CO2進(jìn)一步提純，因此液體二氧化碳產(chǎn)品中CO2濃度可以達(dá)到99.9%以上；傳統(tǒng)工藝經(jīng)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(méi)有經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的傳質(zhì)、傳熱而直接分離，導(dǎo)致液體二氧化碳產(chǎn)品中CO2純度無(wú)法達(dá)到很高的指標(biāo)。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(huán)節(jié)再生氣加熱分子篩床層的同時(shí)，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(jié)束后再將分子篩床層冷吹至40℃，反復(fù)加熱和冷卻的過(guò)程中造成大量的能量消耗。對(duì)比分析結(jié)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(jī)的軸功率較傳統(tǒng)工藝更低。綜合比較，相同處理規(guī)模的低溫精餾工藝裝置比傳統(tǒng)工藝裝置能耗低15%左右。無(wú)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(yōu)勢(shì)。

5 結(jié)論

   利用ASPEN HYSYS模擬軟件，以某天然氣凈化廠脫碳尾氣為對(duì)象，進(jìn)行了二氧化碳低溫精餾和分級(jí)制冷工藝模擬研究，建立不同工況下的計(jì)算模型，對(duì)操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析，并與傳統(tǒng)的二氧化碳脫水液化工藝對(duì)比，得出以下結(jié)論：

（1） 在含水二氧化碳?xì)庠吹牡蜏鼐s和分級(jí)制冷的提純液化工藝中，需利用脫重塔優(yōu)先脫除二氧化碳中的飽和水，以免低溫液化過(guò)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(jìn)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(wú)需設(shè)置分子篩脫水工藝，可節(jié)省裝置的占地面積，且與傳統(tǒng)的經(jīng)分子篩脫水再低溫液化的工藝相比，在滿足相近的產(chǎn)品收率和產(chǎn)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(jī)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(yōu)勢(shì)，但是GWP值更高，在環(huán)保型冷劑優(yōu)化替代方面需要做進(jìn)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(jì)算結(jié)果，根據(jù)其精餾液化原理，可將此工藝延伸至其他組成復(fù)雜的二氧化碳?xì)庠椿厥仗幚磉^(guò)程中，如合成氨裝置尾氣的回收。

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