食品添加劑液體CO2的生產技術研究及改進

王會串 王 紅 陳芃娜

(1.運城職業技術學院 山西運城044000； 2.山西天宇氣體有限公司 山西臨猗044100;3.山西陽煤豐喜肥業〔集團〕有限責任公司 山西運城044000)

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食品添加劑液體CO2的生產技術研究及改進

王會串1王 紅2陳芃娜3

(1.運城職業技術學院 山西運城044000； 2.山西天宇氣體有限公司 山西臨猗044100;3.山西陽煤豐喜肥業〔集團〕有限責任公司 山西運城044000)

在煤化工、合成氨及甲醇的生產中，變換氣中含體積分數27%左右的CO2，在進合成系統之前必須將其脫除。大部分企業的CO2被直接排放，既破壞了生態環境，引起溫室效應，又浪費了資源。為了將CO2氣體回收利用，山西天宇氣體有限公司于2008年采用國內先進的工藝和設備建成年產20 kt高純度工業級CO2生產線；2009年，又建成年產50 kt食品級液體CO2生產線，使山西陽煤豐喜肥業(集團)臨猗分公司甲醇系統排放的CO2氣體變廢為寶，既取得了環保與循環經濟雙重效果，又獲得了較好的經濟效益。

1 工藝技術

在不同溫度、壓力情況下，CO2存在著氣、液、固3種狀態，在1.6 MPa和-25℃、2.5 MPa和-12 ℃、4.0 MPa和5 ℃、8.0 MPa和37 ℃條件下，氣體CO2均可轉化成液體，因此，工業上生產液體CO2技術可分為高壓法(8.0 MPa)、中壓法(4.0 MPa)和低壓法(1.6～2.5 MPa)。

1.1 高、中壓法

CO2經預處理后，進CO2壓縮機加壓至4.0 MPa 或8.0 MPa，再經干燥脫除水分及雜質，用液氨冷卻液化為液體CO2。

1.2 低壓法

純凈CO2氣體壓縮至1.6～2.5 MPa，用液氨在-30～-25 ℃下冷卻、精制，再冷卻至-20 ℃液化得到液體CO2。

一般企業多采用低壓法，可大大減少CO2壓縮機的電耗，從而降低成本，提高經濟效益。另外，采用低壓法設備投資也較低，在2.1 MPa、-20 ℃下，CO2位于液態區，可采用液氨制冷。

2 工藝流程

山西陽煤豐喜肥業(集團)有限責任公司臨猗分公司送來的壓力為0.01～0.02 MPa、流量為1 980～2 000 m3/h(標態)的原料氣[其中φ(CO2)≥96%，ρ(COS)≤2 mg/m3，ρ(H2S)≤50 mg/m3，ρ(CS2)≤2 mg/m3，φ(SO2)≤3.0×10-6，φ(總烴)≤1 000×10-6]與微量氧氣混合后經CO2壓縮機一級壓縮，壓力升至0.28～0.30 MPa 后進入預脫硫塔；經初次脫硫后的CO2[ρ(H2S)≤5 mg/m3]經過CO2壓縮機二、三級壓縮，壓力達到2.5～3.0 MPa后進入水解加熱器，氣體溫度升至50～80 ℃后進入水解塔，將氣體中的有機硫轉化為無機硫；出水解塔的CO2[ρ(COS)≤0.04 mg/m3]進入精脫硫塔進行再脫硫，然后進入脫烴預熱器，氣體溫度升高至110～130 ℃后進入蒸汽加熱器，氣體溫度升高至120～160 ℃后進入CS2脫除塔進行第3次脫硫；經3次脫硫后的CO2氣體[φ(總硫)≤0.07×10-6]進入脫烴凈化塔，凈化后的CO2氣體[φ(總烴)≤20×10-6，φ(C6H6)≤15×10-9，φ(O2)為0.2%～0.5%]進入脫烴預熱器與新來的氣體進行熱交換，然后進入脫烴水冷器，氣體溫度降至50 ℃左右進入氨冷器，氣體溫度降至25～35 ℃后依次進入冷卻除濕器、水分離器進一步降溫、除濕，然后進入3A分子篩干燥塔脫水干燥；干燥后的CO2氣體分3路，其中一路進入提純塔底部盤管層對塔底液體CO2進行閃蒸提純，另一路進入精餾塔底部盤管層對塔底液體CO2進行閃蒸提純，最后3路匯合進入一級氨冷器冷卻至-10 ℃左右成為液體CO2并進入提純塔；經提純后的液體CO2純度≥99.99%(體積分數，下同)，再進入精餾塔進行二次提純，使液體CO2純度≥99.993%，最后經過冷器降溫至-20 ℃左右進入成品貯槽。

3 存在的問題

改造前，提純工藝存在以下問題：冷卻后的液體CO2僅在提純塔和精餾塔的頂部進行提純，提純后的液體CO2純度只能達到99.9%，無法將液體CO2中多余的雜質排除，無法滿足高端客戶(液體CO2純度≥99.99%)的要求，因此，有必要對其進行改進。

4 改造方案及產品技術指標

為了解決上述問題，在提純塔和精餾塔的底部均增設盤管，通過蒸汽伴熱管來供熱(見圖1)，

圖1 改造流程示意

提純塔和精餾塔底部的液體CO2升溫1～3 ℃，使液體CO2中的雜質有效閃蒸出來，然后在提純塔和精餾塔頂部放空，以達到提純的目的(CO2純度≥99.993%)。經改造后，在精餾塔后進行測試，CO2純度為99.993%～99.997%。

改造后，食品級液體CO2產品主要技術指標如下：φ(CO2)≥99.995%，φ(H2O)≤1.2×10-6，φ(總硫)≤0.02×10-6，φ(苯)≤0.015×10-6，φ(CO)≤9.3×10-6，φ(NH3)≤2.0×10-6，φ(PH3)≤0.21×10-6，φ(HCN)≤0.43×10-6，w(油脂)≤1×10-6，SO2未檢出，水溶液的氣味、味道以及外觀檢測合格。以上檢測指標均符合GB 10621—2006要求。

5 結語

食品級液體CO2質量關系到人們的身體健康，山西天宇氣體有限公司始終把產品質量保持與國際接軌。為了進一步提高產品質量，近年來與運城職業技術學院有機系協作對生產系統進行研究并加以改造，使食品級液體CO2產品純度達到了99.995%，因此，食品級液體CO2產品能用于雪花啤酒、百事可樂、娃哈哈、青島啤酒等知名食品企業多年，反映效果良好，完全滿足客戶要求，為企業創造了良好的經濟效益和社會效益。

2016- 04- 01)