二氧化碳提纯液化新工艺技术研究（一）

今天德润正明的小编和大家分享二氧化碳提纯液化新工艺技术研究：

  二氧化碳提纯液化新工艺技术研究

郭闯      大庆油田设计院有限公司

摘要：利用二氧化碳气源组分之间相对挥发度的差异，采用低温精馏和分级制冷工艺，实现二氧化碳与其他杂质的分离及液化；同时脱除氮气、氢气、甲烷、水、重烃等组分。对丙烷、氨及氟利昂制冷剂的制冷性能进行系统对比和分析，与常规分子筛脱水后直接制冷液化工艺相比，该工艺具有装置占地面积小、单位产品能耗低、液体二氧化碳产品纯度高等优点。采用ASPEN HYSYS 工艺模拟软件，以某天然气净化厂 MDEA 脱碳装置再生尾气为研究对象，对比了不同工况下，低温精馏装置能耗、产品纯度的变化。计算在不添加防冻剂的条件下，保证脱重塔不发生冻堵的临界操作压力。该研究对合成氨装置和天然气脱碳装置的二氧化碳尾气回收、提纯及液化具有借鉴意义。

关键词：二氧化碳；提纯液化；低温精馏；制冷剂；ASPEN HYSYS

我国是世界上最大的化石能源消费国和碳排放国，在能源安全、生态保护和应对气候变化中面临着巨大压力[1]。2020年，我国在第七十五届联合国大会一般性辩论会上正式提出“碳中和”目标，是首次向全球明确实现“净零排放”的时间节点。倡议在气候治理上各国合作共赢、各尽所能，采取更加有力的政策和措施，为全球应对气候变化作出更大贡献[2] 。

大庆油田外围低渗透油田、致密油油田二氧化碳驱及页岩油开发过程中需要大量液体二氧化碳。二氧化碳增能压裂施工工艺具有良好的增产作用，且对二氧化碳的减排与封存提供了极大的帮助，但同时也对液体二氧化碳的供应带来了挑战。

目前液体二氧化碳多采用增压、制冷、液化的工艺手段获取[3]。从理论上讲，当二氧化碳达到临界温度 31.1 ℃以下时，在特定压力下即可液化，压力越高，液化温度越高。但是不同来源的二氧化碳原料气中的杂质及其含量不同，液化后对产品质量有重大影响[4]。依据二氧化碳原料气来源的不同，分成不同生产工艺路线，根据具体情况选择不同的液化方法。二氧化碳液化生产工艺按系统压力不同，主要分为高压法、中压法和低压法[5]。中压法适合于二氧化碳纯度≥90%的二氧化碳原料气的液化，操作压力为 1.8~2.5 MPa，冷凝操作温度为-25 ℃ ~-12 ℃。由于该工艺对原料气适应性较广（原料气品质波动对产品质量影响较小），目前被国内大多数二氧化碳生产企业所采用[6] 。

二氧化碳低温液化前需脱除水、重烃等，以免液化过程中发生冻堵，同时尽量脱除二氧化碳中的轻组分杂质，以达到更大的液化率。常规二氧化碳脱水都采用分子筛干燥吸附法，分子筛型号为3A、5A，采用两塔或三塔吸附，吸附饱和则需再生气加热，加热完成后再利用干燥气吹冷，装置能耗较高，分子筛使用寿命 3~5 年。常规二氧化碳脱

醇类、烃类、苯类都采用催化燃烧法，脱烃催化剂使用寿命约为5年[7]。而更换后的分子筛和催化剂均为固废，需有资质单位回收处理。

本文以某天然气净化厂尾气为原料，利用ASPEN HYSYS模拟软件，研究分级制冷和低温精馏工艺在高浓度二氧化碳尾气提纯、液化中的应用效果，并与传统二氧化碳液化工艺在装置能耗、占地面积、安全运行方面进行对比分析。

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