二氧化碳有限公司工业用二氧化碳设计说明书工业用液体二氧化碳工艺设计

二氧化碳有限公司工业用二氧化碳设计说明书工业用液体二氧化碳工艺设计内容摘要：

液气比小，水量小，吸收温度高，吸收效率 低，除尘效率低，因此本设计考虑可循环利用水量，故取液气比 1： 219，吸收温度为 30℃与 1： 112 吸收温度为 ℃。 ② 脱硫 塔 的空速和温度选择 一 二级 粗 脱硫器的空速的选择同样也直接影响 CO2的生产。 空速小则脱硫器的生产能力低下，空速太大，则硫容减少，有机硫的转化率低，不能满足工艺要求，根据催化剂厂家提供的参数，选择空速为 2500h1，温度的选择对有机硫的脱除也有较大影响，该催化剂的正常操作温度为常温到 100℃（一般高于气体漏点温度为 2030℃），因此温度为 4060℃。 ③ 四 级脱硫器的空速和温 度选择 三 四 级脱硫所选用的催化剂 为活性炭， 选择空速取为 1500h1，温度低于 70℃，以1040℃为最好。 ④ 料气干燥器工艺条件中分析选择 原料气干燥是利用 分子筛 吸附的原理，将原料气中的水分脱除。 分子筛 吸附一般可分为三个步骤：吸附、加热再生和冷吹。 可通过双塔切换操作来实现。 吸附剂有多种，如：活性氧化铝，硅胶，沸石等，本设计采用硅胶吸附剂。 吸收周期的确定，吸收周期的确定需根据吸附质吸附性能，加热冷却所需时间，能耗，投资等各种因素综合考虑，吸收周期长，吸附剂用量大，利用率低，投资高；吸收周期短，吸附剂用 量小，但再生频繁，生产能耗高，吸附剂使用寿命短。 鉴于此本设计的吸附周期选定为 80 小时，其中高燥时间 8 小时，逆放时间 5 分钟，加热时间 3 小时55 分，冷却时间为 3 小时 55 分，升压时间为 5 分钟。 14 再生温度的选择。 再生温度是变温吸附中非常关键的参数。 提吸附剂的再生温度有利于解吸的完全程度，也就是提高了吸附剂的利用率，但再实际操作过程中，再生温度不能任意提高，受吸附剂性能下降以至于失去吸附作用，所以选择的再生温度必须低于吸附剂耐热温度，硅胶吸附剂的耐热温度为 250℃，本设计再生温度为 145℃ 150℃。 空速的选择，空 速的选择也影响着吸附效果。 空速小，则处理时间能力低下，空速太大，则吸附剂的吸附率低，不能满足工艺要求，根据硅胶的物性参数，选择空速为1000h1。 ⑤ 分子筛 吸附工艺条件分析选择 分子筛 吸附是根据吸附量与吸附压力成正比，在较高压力下进行吸附。 吸附量（压力） 由关系图可以看处出，压力越高，吸附量越大。 但吸附量随压力升高而增大的趋势逐渐减小。 因此吸附需在较高压力下进行，但也没必要很大的吸附压力，本设计选择 左右。 空速的选择，空速小则设备生产能力低； 空速大，废气中 CO2含量高， CO2的提取率下降，故选择空速 1000h1。 再生方法的选择。 吸附剂的再生程度影响吸附剂的吸附能力，本文选用 升温还原的方法，当吸附塔降到大气压后 ，用 电炉加热提纯塔放空气反向吹扫 ， 以获得更好的再生效果。 二、工艺流程叙述 1)原料气（二氧化碳）经过水冷器冷却后进入缓冲罐，经萝茨鼓风机提压至 Mpa左右进入复合洗涤塔，去除气体中夹带的 MDEA（脱碳）溶剂，降温并脱除气味； 2)从复合洗涤塔出来的气体进入氨冷器降温至 25℃ 左右分离出气体中的大部分水份，之后进入汽水分离 器分进行汽水分离， 3)从汽水分离器出来的气体进入 CO2 压缩机一级压缩至 Mpa 左右，经一级冷却器、油分离器后进入压缩机二级压缩至 Mpa 左右，经二级冷却器、油分离器后进入第一 15 脱硫塔和第二脱硫塔，脱除大部 H2S； 4)从第二脱硫塔出来的气体进入第三脱硫塔。 在活性碳的作用下吸附有机硫和微量的H2S； 5)从第三脱硫塔出来的气体进入第四脱硫塔，在精脱硫剂的吸附下脱除微量的 H2S 和有机硫，使其达到工艺要求 (总硫在 20ppm 以下 )； 6)从第四脱硫塔出来的气体进入 CO2 压缩机三级压缩至 左右； 7)经三级压缩的气体通过三级冷却器、油分离器冷却、分离 , 进入 1 号净化器或二号净化器，在 3A 分子筛干燥剂的作用下，脱除气体中的湿度水份，使气体中含水量小于20ppm。 8)净化器出来的气体进入氨蒸发冷凝器被液化，然后进入提纯塔 ,经提纯闪蒸后的气体直接进入 CO2 低温贮槽或去充装槽罐车。 三、设备论证 一 .除尘设备 ,其优点有 : (1) 除尘效率高 湿法除尘的效率可与某些高效率的干法除尘的效率相媲美 .如电除尘 ,过滤除尘等方法。 其通过合理的设备结构设计可以达到 99%以上的去除率 ,即 使是效果不是很理想的湿法除尘设备 ,其除尘效率也都在 85%以上。 另外 ,其去除粉尘粒径的范围很广 ,可有效去除粒径在 左右的尘粒。 （ 2）设备构造简单 ,投资少 湿法除尘的设备相对来说窑简单的多。 将一些不规则的或规则的填料 (如拉西环 )装入一个容器即可构成一个简单的填料塔 ,就可用来除掉含尘气流中的大部分颗粒。 另外 ,湿法除尘设备本身一般无可动部件 ,只要制造材料质量好 ,就不易发生故障 ,使得维修管理方便。 （ 3）适用于高温、高湿烟气及非纤维性粉尘的处理 ,可用于净化易燃 ,易爆及有害气体。 这是由于洗涤液一般是水 ,而且是在常温下输入分散 ,在其与气体接触时 ,由于热交换的过程 ,使得含尘气体得到冷却 ,湿度增加。 同时 ,含尘气体中的某些有害有毒气体如硫化氢 ,二氧化碳及易燃易爆气体如醇类、醚类等与水接触时 ,大量溶于水而被一起除去。 : （ 1）消耗大量的水 ,使得运转投资增加 .虽然湿法除尘的基建投资少 ,如上面提到的三种除尘设备 ,但是它们最终的平运转费用和每立方米的总投资费用相当 .这主要是因为湿法中用水带来的一系列问题所致。 （ 2）粉尘回收困难 ,造成有用粉尘资源的浪费。 （ 3）不利于粘性的粉尘去除 .粘性的粉尘遇水 易形成稠状而发生挂灰及堵塞设备现象。 （ 4）在严寒地区 ,冬季需考虑防冻问题。 （ 5）设备腐蚀问题。 这类情况在湿法除尘中较为常见 ,因此采用湿法除尘时 ,应该考虑到设备腐蚀问题 ,如果考虑不周 ,则往往会引起设备严重腐蚀而迫使除尘系统难于正常运行。 （ 6）过程会造成水的二次污染，这也是当前湿法除尘存在的一个主要问题 ,如果对这些废水不做妥善处理就进行排放 ,就会造成污染物转移 ,即把烟气对大气的污染转化为对江河水系的污染。 16 : (1) 厂址选择在水电丰腴 ,气候湿暖的南方 ,故防冻问题及水投资费用影响较 小。 (2) 粉尘为非粘性的尘粒 ,且为有害杂质 ,故不须回收及考虑堵塞设备现象。 (3) 原料中气体含有二氧化硫、硫化氢等杂质 ,采用湿法除尘可吸收这些有害杂质 ,这些有害杂质酸性气体含量较少 ,故设备腐蚀问题可适当考虑。 (4) 对除尘过程中的废水 ,可经沉淀后排放。 二 .吸收装置 ,列表如下 项目 板式塔 填料塔 处理能力与操作弹性 操作弹性大 规整填料处理能力比板式塔大在真空和常压下为 30%～ 50%，新型散装填料处理能力也比板式塔高些。 各块理论板压降 约 1KPa 散装填料约为 Kpa 规整填料约为 Kpa 压降小是填料塔德的主要优点 对腐蚀性物料的适用性 必须用耐蚀材料制作，往往比较重或价格太高。 易用陶瓷一类耐蚀材料制作较合 小直径 以下较难制作 很合适 分离效率（ HETP） 分离效率比较稳定，大塔效率会更高些。 规整填料的 HETP 值比板式塔小，丝网的效率更高，新散装填料与板式塔相同。 塔的检查 容易 较困难，规整填料几乎不可能。 易起泡沫物系 较难，塔径、塔高均需较大值。 比较合适 ,吸收塔和洗涤塔采用填料塔的原因有 : a. 原料气中含有硫化 氢 ,二氧化硫等酸性气体 ,对设备具有腐蚀性 ,而填料塔便于用耐腐蚀性材料制造。 b. 填料塔节约简便 ,占地面积小 ,金属耗量少。 c. 该工艺过程中对除尘要求不是很高 ,采用填料塔可满足要求。 ,其特性指标如下 : 填料 尺寸 Am2/m3 ε 乱堆瓷拉西环 50179。 50179。 93 6000 干法脱硫中传统的催化剂有 :氧化锌 ,氧化铁 ,活性碳等 .比较其性能 ,列于下表中 : 催化剂种类 性能 活性碳 氧化铁 氧化锌 能够脱 除的硫化物 H2S、 RSH、 CS COS H2S、 RSH、 COS H2S、 RSH、 CS COS 净化度 ,出口总硫 ＜ 1 ＜ 1 ＜ 1 脱硫温度 (℃ ) 常温 340～ 400 350～ 400 17 操作压力（ atm） （表） 0～ 30 0～ 30 0～ 50 空时 400 400 硫容量 2 15～ 25 再生情况 可用蒸汽再生 可用蒸汽再生 不再生 新性的催化剂有 :T504 型常温有机硫水解催化剂 ,T101,T102,T103 型活性碳精脱硫剂 ,EAC4 型硫化氢 ,二氧化硫精脱硫剂。 a. T104 型催化剂有以下 特点 : (1) 常温下活性好 30℃ ,空速 600h1,COS 转化率＞ 90%。 (2) 抗硫化氢及二氧化硫中毒能力强 ,使用寿命长。 (3) 机械强度好 ,遇水不粉化 ,床层阻力小 . b. EAC 系列精脱硫剂有以下特点 : (1) 脱硫精度高 普通脱硫精度为出口硫化氢 ,用于粗脱 ,而 EAC 精脱硫剂脱硫精度为出口硫化氢 . (2) 反应速度快 研究表明 ,EAC的穿透空速是普通脱硫剂的 24倍 ,工业使用时 ,普通脱硫剂使用空速是 200500h1左右 . (3) 精脱硫剂的工作 (穿透 )硫容高 研究表明 ,EAC 型精脱硫剂工作硫容为其它常温脱硫 剂的 35 倍 ,EAC4 型解决了在常温下精脱二氧化硫的难题 ,其硫容可达10%. (4) 对有机硫有一定的脱除作用 本设计中 ,预处理器和三级脱硫塔采用 EAC4 型精脱硫剂 ,其性能指标列于下表 : 精脱硫剂 外观 粒度 堆密度（ g/ml） 比表面积（ m3/g） 孔容（ ml/g） 空隙率 EAC4 型 黑色条形 4（ 34） 179。 （ 515） 06177。 ＞ 800 二级脱硫塔采用 T504 型常温有机硫催化剂 ,其性能列于下表中 : 主要成份 外观 粒度（ mm） 堆密度（ g/ml） 比表面积（ m3/g） 空隙率 Al2O3加特种添加剂 白色球状颗粒 42～ 4 43～ 5 44～ 6 ～ 150～ 350 工业上分离提纯 CO2的方法有低温蒸馏法 ,膜分离法 ,溶剂吸收法 . ① 低温蒸馏法 本法由于设备庞大 ,能耗较高 ,分离效果差 ,因而成本较高不适应于中小规模生产 ,一般适用于油田开采现场 ,生产无硫 CO2产品直接注入油井以提高采油率。 ② 分 离和溶剂吸收法 膜分离法具有装置简单 ,操作简单 ,能耗较低等优点 ,是当今世界上发展较迅速的一项节能型气体分离技术 .但是膜分离法的缺点是很难得到高纯 度的 CO2,为了得到高纯度的 CO2,它必须与溶剂吸收法结合起来 ,前者用于粗分离 ,后者做精分离 ,工艺极其复杂 ③ 分子筛 吸附法 分子筛吸附 法具有工艺过程简单 ,能耗低 ,适应能力强 ,自动化程度高 ,技术先进 ,经济合理等优点。 18 CO2 在物理吸附剂上表现出与其他气体具有更强的吸附能力 ,变压吸附法就是利用这种吸附能力的差异达到从混合气体中分离提纯不同纯度的 CO2的目的。 本文设计提纯的目的是从 CO2中除去易挥发组分 NOx、 CO 等杂质。 NOx、 CO 与 CO2的相对挥发度较高 ,本文利用精馏法来提纯 CO2。 提纯装置中采用精密填料 ,为了克服散堆填料层中由于空隙率不均匀而造成的液相壁流现象和沟流现象 ,规定了气液流径 ,改善了填料层内气液分布状况在很低的压降下 ,可以提供更多的比表面积 ,使得处理能力和传质性能得到较大程度的提高。 本设计采用压延制刺孔板浓缩填料。 本填料由于金属表面辗压有十分密集的微小刺孔 ,增强了填料表面的毛细作用 ,液体充分湿润构成成膜 ,刺又强化液膜的湍动 ,利于液膜表面更新 ,这种填料有很好的分离效率。 第三章 物料衡算 一、衡算依据 1. 年产量 工业用 CO210000 吨； 2. 年工作日 300 天； 3. CO2的提取率为 86%； 4. 产品质量标准： 组成 H2S SO2 有机硫 H2O NOX 含量 ≤ 2mg/Nm3 ≤ 2mg/Nm3 ≤ ≤ 30ppm ≤ 5ppm 组成 O2 N2 CO CO2 含量 ≤ 20ppm ≤ 20ppm ≤ 10ppm ≥ % ： 组成 CO CO2 N2 O2 SO2 含量 ～ 2％ 86％ 10％ 2～ 3％ 50 mg/Nm3 组成 NOX H2S CS2 COS 粉尘 含量 20 mg/Nm3 500mg/Nm3 mg/Nm3 200 mg/Nm3 50 mg/Nm3 放空气 出口温度：常温 放空气 出口压力： 3040mm 水柱 放空气 出洗涤塔温度： ≤ 30℃ 放空气 出洗涤塔含尘量： ≤ 5 mg/Nm3 放空气 出吸收塔 H2S 含量： ≤ 500ppm 、预处理工序 预处理器出口无机硫含量： ≤ 500ppm。