二氧化碳回收精制裝置操作要領(lǐng)＊

胡曉艷，張永春，季麗萍

(1．大連理工大學(xué)化工學(xué)院，遼寧大連凌工路2號 116024; 2．大連石油化工工程公司，遼寧大連甘井子北山街 116000）

二氧化碳回收精制裝置操作要領(lǐng)＊

胡曉艷1，張永春1，季麗萍2

(1．大連理工大學(xué)化工學(xué)院，遼寧大連凌工路2號 116024; 2．大連石油化工工程公司，遼寧大連甘井子北山街 116000）

主要概述了二氧化碳回收裝置的工藝原理及操作規(guī)程。該裝置采用吸附精餾法精制二氧化碳專利技術(shù)，分別生產(chǎn)工業(yè)級和食品級兩種二氧化碳產(chǎn)品。此工藝流程主要分為三個部分:吸附干燥系統(tǒng)、冷凍液化系統(tǒng)、精餾儲存系統(tǒng)。對三個系統(tǒng)的工藝流程、開工操作規(guī)則和操作過程中存在的風(fēng)險進(jìn)行了系統(tǒng)地概述。

二氧化碳;回收裝置;工藝流程;操作規(guī)程

本裝置以95%以上的粗二氧化碳?xì)怏w為原料，采用中壓吸附精餾工藝技術(shù)［1］，生產(chǎn)出符合國家標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)級和食品級液體二氧化碳產(chǎn)品。

工業(yè)級產(chǎn)品:利用物理的方法，用干燥劑除去原料氣中的水分，再利用精餾的原理，將原料氣中的輕組分雜質(zhì)分離出來，得到純度為99.5%的工業(yè)級液體二氧化碳產(chǎn)品［2］。

食品級產(chǎn)品:利用物理的方法，用干燥劑除去原料氣中的水分，再用高效吸附劑除去原料氣中的重組分雜質(zhì)，最后利用精餾的原理，將原料氣中的輕組分雜質(zhì)分離出來，從而得到純度為99.9%以上的食品級液體二氧化碳產(chǎn)品［3］。

1 工藝原理

本裝置采用目前最先進(jìn)的方法—吸附精餾法［4］，利用二氧化碳的沸點與其他氣體不同進(jìn)行分離，將原料氣中比二氧化碳沸點高的重組分硫化物、氧化物、烯烴烷烴芳烴、大分子油脂等雜質(zhì)用不同的吸附劑脫除，比二氧化碳沸點低的輕組分一氧化碳、氫氣、甲烷、氧氣、氮氣等雜質(zhì)用精餾的方法脫除，最后剩余純度99.9%以上的二氧化碳。

2 工藝流程及說明

整套裝置主要分為三個系統(tǒng)，分別是:吸附干燥系統(tǒng)、冷凍液化系統(tǒng)、精餾儲存系統(tǒng)。工藝流程圖見圖1、2。

2.1 干燥吸附系統(tǒng)

二氧化碳原料氣在壓力約為2.6 MPa，溫度約40℃條件下，進(jìn)入緩沖罐，經(jīng)過穩(wěn)壓、冷卻、分水后，冷凝水從緩沖罐底部由人工定期排除。原料氣從緩沖罐上部引出，首先進(jìn)入干燥器。干燥器設(shè)計為兩個同樣大小體積的圓柱形容器，每個干燥器內(nèi)都裝有等重量的干燥劑，在某一時間內(nèi)，原料氣進(jìn)入第一干燥器中，在壓力作用下，油、水分等雜質(zhì)被干燥器內(nèi)的干燥劑吸附，初步干燥凈化的二氧化碳?xì)怏w從干燥器底部引出，進(jìn)入二氧化碳冷卻器中，用循環(huán)水對其冷卻降溫［5］。

二氧化碳?xì)怏w經(jīng)過冷卻器后，可分為兩部分:

1．當(dāng)生產(chǎn)工業(yè)級產(chǎn)品時，二氧化碳?xì)怏w直接進(jìn)入預(yù)冷器進(jìn)行預(yù)冷，再通過冷凍液化、精餾提純系統(tǒng)，生產(chǎn)出工業(yè)級產(chǎn)品;

2．當(dāng)生產(chǎn)食品級產(chǎn)品時，二氧化碳?xì)怏w由吸附器底部送入吸附器中。吸附器同樣設(shè)計為兩個同樣大小體積的圓柱形容器，每個吸附器內(nèi)都裝有等重量的吸附劑，原料氣中的硫化物、氧化物、輕烴及其它雜質(zhì)被吸附劑脫除，得到凈化的二氧化碳?xì)怏w，經(jīng)過預(yù)冷器后，再通過冷凍液化、精餾提純系統(tǒng)，生產(chǎn)出食品級產(chǎn)品。

預(yù)冷器的冷量來自精餾塔頂?shù)臍垰馀欧拧Ｍㄟ^節(jié)流，殘氣的溫度可降至－53℃左右。凈化后的二氧化碳?xì)怏w，經(jīng)預(yù)冷器冷卻降溫到20℃左右后送入液化器中進(jìn)行液化。

2.2 冷凍液化系統(tǒng)

使二氧化碳降溫液化的液氨是由制冷系統(tǒng)提供的。制冷系統(tǒng)設(shè)計為兩臺螺桿式氨壓縮機(jī)，一用一備。氣氨進(jìn)入螺桿式氨壓縮機(jī)中被壓縮到約1.5 MPa后，進(jìn)入氨冷卻器中，被冷卻水冷凝為液氨，儲存在儲氨器中。由儲氨器引出的液氨分成兩路。

1．一路液氨經(jīng)過節(jié)流后壓力降到約0.1 MPa，溫度降到約－20℃，進(jìn)入液化器中，通過熱量交換，把氣體二氧化碳液化，液氨本身則被氣化，氣化后的氨進(jìn)入氨液分離器中。

2．另一路液氨經(jīng)過節(jié)流后壓力降到約0.1 MPa，溫度降到約－20℃，進(jìn)入塔頂冷凝器中用于冷凝塔頂餾分，液氨經(jīng)熱量交換后本身被氣化，氣化后的氨進(jìn)入到氨液分離器中，使液態(tài)氨與氣態(tài)氨分離，經(jīng)分離的氣氨同樣返回到氨壓縮機(jī)中循環(huán)使用，液氨則被送入液化器中。

2.3 精餾儲存系統(tǒng)

凈化后的氣態(tài)二氧化碳進(jìn)入液化器中，在壓力和溫度的作用下被液化，液體二氧化碳送入精餾塔中進(jìn)一步提純。經(jīng)過干燥、吸附、液化的二氧化碳中，還含有部分氫氣、氧氣、氮氣、甲烷等輕組分，則需要在精餾塔中分離出來。含有少量輕組分雜質(zhì)的液體二氧化碳進(jìn)入精餾塔底部，經(jīng)塔底再沸器加熱后，輕組分氣體逸出，同時有少量二氧化碳隨輕組分雜質(zhì)被氣化，氣體升至塔頂，塔頂?shù)臍庀囵s分在塔頂冷凝器中，用－20℃液氨降溫冷凝，液相餾分繼續(xù)在精餾塔內(nèi)進(jìn)行提純操作，更多地回收被氣化的二氧化碳，分離出的輕組分由塔頂?shù)臍庀嗫谂懦觯厥蘸蟮亩趸剂魅胨祝?］。塔底得到純度為99.99%以上的液體二氧化碳，達(dá)到國家食品級標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過節(jié)流降壓到2.2 MPa，經(jīng)化驗分析合格后，作為食品級產(chǎn)品送到食品級專用二氧化碳儲罐中儲存。

塔底再沸器所用的熱源是由冷凍液化系統(tǒng)中，經(jīng)過氨壓縮機(jī)壓縮后，沒有經(jīng)過氨冷凝器液化的氣氨。氣氨把熱量傳給塔釜液，使部分液體二氧化碳連同混合的輕組分一起被蒸發(fā)，輕組分物質(zhì)被分離出來，進(jìn)一步提純液體二氧化碳。氣氨本身被液化后引入塔頂冷凝器中。

3 操作概述

根據(jù)生產(chǎn)工藝原理和實際生產(chǎn)操作，裝置主要分為干燥吸附系統(tǒng)、冷凍液化系統(tǒng)、精餾儲存系統(tǒng)和公用工程系統(tǒng)，各工段有著密切的聯(lián)系，切換操作時應(yīng)相互通知溝通，避免因溝通不夠而影響裝置平穩(wěn)運行。

3.1 操作策略

1.嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，按生產(chǎn)方案要求執(zhí)行工藝指標(biāo)，保證整個裝置的平穩(wěn)運行。系統(tǒng)出現(xiàn)波動要及時匯報和處理，保證裝置“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運行。

2．調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整個參數(shù)在規(guī)定范圍內(nèi)。

3.2 操作原則

1．正常生產(chǎn)時，本崗位操作嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程和工藝卡片。

2．變換生產(chǎn)工藝參數(shù)時，要及時通知相關(guān)崗位人員，避免對其它崗位產(chǎn)生影響。

3．在保證連續(xù)生產(chǎn)的前提下，經(jīng)常檢查相關(guān)配套設(shè)施的工作狀況以及二氧化碳原料氣和產(chǎn)品的各項組分指標(biāo)。

4．經(jīng)常檢查各設(shè)備以及控制閥的液位和壓力是否正常，保證各參數(shù)不產(chǎn)生較大波動。

5．為防止生產(chǎn)事故的發(fā)生，應(yīng)隨時檢查有無二氧化碳泄漏，防止人員中毒、凍傷等傷害。

6．裝置內(nèi)問題處理原則:在操作不正常或生產(chǎn)發(fā)生異常時，要沉著冷靜，主要針對事故部位采取就地處理措施，如果局部工藝不能切除，可采用大部分工藝切除的辦法，裝置普遍采用停產(chǎn)保壓或停產(chǎn)卸壓。處理問題時，首先要保證人身安全，其次盡可能保住主要設(shè)備，防止事故擴(kuò)大。

4 開工方案

4.1 開工過程中的風(fēng)險分析

1．吹掃、試壓過程中風(fēng)險分析［7］。1）吹掃、試壓前，必須將安全閥 (包括氨系統(tǒng)及裝瓶泵自身所帶，共計14個）入口手閥關(guān)閉，以防止安全閥跳起。2）凡拆法蘭處，應(yīng)將法蘭開口寬度調(diào)整到20～30 mm，并用擋板塊固定，防止寬度不夠，致使雜物無法排出。3）擋扳應(yīng)選擇厚度為0.5～0.8 mm鐵皮，防止法蘭面損傷。4）吹掃時，操作人員應(yīng)遠(yuǎn)離法蘭開口處，并同時設(shè)置警示標(biāo)識，以免造成傷害。5）仔細(xì)檢查風(fēng)線與蒸氣線相連接的閥門，確保必須關(guān)閉。6）通風(fēng)時，嚴(yán)禁風(fēng)進(jìn)入泵體，以防止泵倒轉(zhuǎn)，造成傷害。

2．開工前準(zhǔn)備過程中的風(fēng)險分析。1）嚴(yán)格執(zhí)行開工方案，明確各自職責(zé)。2）協(xié)調(diào)各崗位操作人員，做好開工準(zhǔn)備。3）按照工藝流程，檢查工藝管線、設(shè)備連接是否正確，進(jìn)出裝置及與設(shè)備相連的位置是否符合設(shè)計要求。4）開工用具、閥門扳手、潤滑油、勞保用品要準(zhǔn)備齊全。5）若氨壓機(jī)中的潤滑油發(fā)生火災(zāi)、氣體泄漏，應(yīng)立即用滅火器消滅著火點，并報火警，操作人員佩戴好氣體防護(hù)罩關(guān)閉氣體泄漏處的上下游閥門，氨壓機(jī)減載，直至緊急停機(jī)，維修人員佩戴好防護(hù)面罩到現(xiàn)場維修。6）若下水井堵塞，氣體倒串，應(yīng)立即疏通下水井，用蒸汽保護(hù)。7）若連接壓力表的管道堵塞，應(yīng)立即關(guān)閉壓力表手閥，拆下壓力表檢修。8）若各轉(zhuǎn)動設(shè)備出現(xiàn)運轉(zhuǎn)故障，應(yīng)查找故障原因，凡危害到人身及設(shè)備安全立即停止設(shè)備運轉(zhuǎn)，切換至備用設(shè)備。9）將裝置內(nèi)平臺、框架、走梯、設(shè)備、管線上的障礙物及時清理干凈，以防止現(xiàn)場有障礙物危害人身安全。

3．開車過程中的風(fēng)險分析。1）在開車過程中若二氧化碳大量泄漏，應(yīng)立即疏散無關(guān)人員，人員位于上風(fēng)口。操作人員無防護(hù)措施禁止靠近泄漏點，必須佩戴好防護(hù)面具關(guān)閉泄漏處上下游閥門，降低系統(tǒng)壓力，停止裝車裝瓶操作，維修人員佩戴好防護(hù)面具進(jìn)行搶修，如有人員窒息應(yīng)立即搶救，并迅速送往醫(yī)院。2）外界溫度升高，系統(tǒng)憋壓，安全閥失靈，容器內(nèi)二氧化碳?xì)饣瑝涸斐杀ǎ瑧?yīng)立即打開排空閥，降低系統(tǒng)壓力，檢查安全閥。3）當(dāng)控制閥、流量計損壞，拆修時沒有關(guān)閉出口入口閥門，造成二氧化碳泄漏，應(yīng)將流量計、控制閥轉(zhuǎn)至側(cè)線，操作人員立即關(guān)閉出入口閥門，降低流量計、控制閥處壓力、維修人員佩戴好防護(hù)面具進(jìn)行搶修。4）二氧化碳容器泄壓過程中，排空閥開度過大，噪音過大，為防止介質(zhì)突然噴出傷害到操作人員，應(yīng)按照要求戴耳塞，按操作規(guī)程要求緩慢打開排空閥，操作人員必須佩戴防護(hù)罩操作。5）緩慢打開采樣閥，防止采樣閥開度過大造成液態(tài)二氧化碳飛濺引起凍傷，按要求佩戴防護(hù)用具。不得違章操作。6）當(dāng)發(fā)生氨泄漏時，操作人員應(yīng)佩戴防護(hù)面具，立即關(guān)閉相應(yīng)閥門，泄壓搶修。7）操作人員上崗前必須按規(guī)定穿戴好勞保護(hù)具，沒按規(guī)定穿戴者禁止上崗操作。8）進(jìn)入有毒有害空間必須佩戴氣體報警器，沒有佩戴氣體報警器禁止進(jìn)入有毒有害空間操作，必須兩人以上，—人監(jiān)護(hù)。9）所有危險源必須掛牌標(biāo)識清楚，警示牌必須放置在醒目的位置上。10）設(shè)備、管線、閥門、導(dǎo)淋出現(xiàn)故障后，進(jìn)行處理時必須先泄壓，確定無壓力時方可拆卸操作。

4.2 定期工作規(guī)定

1．對各部分進(jìn)氣和產(chǎn)品氣體要定期采樣。

2．定期檢查二氧化碳緩沖罐、緊急泄氨池和集油器、各機(jī)泵及特閥油箱油等的液位。

3．對干燥器和吸附器每兩天再生一次，且干燥劑和吸附劑要每幾年更換一次。

4．對冷凍液化系統(tǒng)每月兩次為設(shè)備潤滑，并及時添加或更換符合型號的潤滑油。

5．定期檢測機(jī)泵運行情況并對備用泵盤車。

5 結(jié) 論

1．本裝置采用目前最先進(jìn)的方法—吸附精餾法，不僅提高了產(chǎn)品質(zhì)量，還大量節(jié)約能耗，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

2．靈活的工藝流程，可根據(jù)市場需求得到工業(yè)級和食品級的二氧化碳產(chǎn)品，經(jīng)濟(jì)效益明顯提高。

3．操作過程中要嚴(yán)格按照操作規(guī)程執(zhí)行，防止事故的發(fā)生。

［1］周艷欣．吸附精餾法回收二氧化碳工藝 ［D］．天津大學(xué)，2004．

［2］GB 10621—89(石灰窯和合成氨法）食品添加劑二氧化碳標(biāo)準(zhǔn)［S］．

［3］GB 1917—94(發(fā)酵法）食品添加劑二氧化碳標(biāo)準(zhǔn)［S］．

［4］黃漢生．溫室效應(yīng)氣體二氧化碳的回收與利用 ［J］．現(xiàn)代化工，2001，21(9）:53-57．

［5］金宇．CO2的回收和捕集技術(shù)進(jìn)展［J］．化學(xué)工程師，2008(1）:40-41，64．

［6］朱炳辰．化學(xué)反應(yīng)工程［M］．3版．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2001．

［7］李江．石油化工裝置管道系統(tǒng)吹掃［J］．石油化工建設(shè)，2007，29(2）:43-47．

The Introduction of Carbon Dioxide Recovery Equipment Operation

HU Xiaoyan1，ZHANG Yongchun1，JILiping2

(1．Department of Chemistry，Dalian University of Technology，No．2 Linggong Road，Ganjingzi，Dalian 116024，China; 2．Dalian Petrochemical Engineering Corporation，Dalian 116000，China）

The articlemainly describes the process principle and operation of carbon dioxide recovered．This device uses adsorption distillation to get industrial grade and food grade carbon dioxide．The process consists of threemajor sections: dry adsorption，refrigeration liquefaction，distillation storage．It has a brief overview of the process，operation principles and risk analysis．

CO2;recovery system;process principle;operation

TQ116.3

A

1007-7804(2012）03-0028-03

10.3969/j.issn.1007-7804.2012.03.007

2012-02-24;

2012-05-02

胡曉艷 (1985），女，大連理工大學(xué)在讀碩士研究生，主要研究方向是二氧化碳回收工藝的設(shè)計與計算。