二氧化碳提纯液化新工艺技术研究（三）

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

   脱重塔顶部设置全回流冷凝器，制冷量由高温位冰机提供，塔顶少量不凝气掺混入天然气净化厂的燃料气系统。脱重塔中段设置侧线，抽出含水率小于0.01‰的液体二氧化碳，经减压后进入脱轻塔中段。脱轻塔塔顶设置全回流冷凝器，制冷量由低温位冰机提供，塔顶不凝气可掺混入天然气净化厂的燃料气系统。塔底设置重沸器，热量由节流前低温位冰机冷剂提供。脱轻塔塔底为高纯液体二氧化碳产品，经低温位冷剂进一步冷却至-20℃后进入液体二氧化碳储罐。低温精馏法提纯液化二氧化碳工艺流程如图3所示。

           图3 低温精馏法制高纯二氧化碳工艺流程

原料气轻杂质中，与二氧化碳沸点最接近的是乙烷，因此脱轻塔的操作压力应优先考虑二氧化碳与乙烷的分离效率。二氧化碳与乙烷的相对挥发度随着组分中二氧化碳含量增加，先减小后增大，在远离共沸组成的位置，相对挥发度随着压力的升高而降低。因此二氧化碳浓度较高时，低压有利于二者的分离。二氧化碳精馏过程正处于浓度较高区域，针对乙烷这种杂质，低压有利于二氧化碳的精制。二氧化碳与乙烷在不同压力下的相对挥发度如图4所示。

            图4 二氧化碳与乙烷在不同压力下的相对挥发度

脱轻塔塔底为提纯后的液体二氧化碳，工业中液体二氧化碳多为中压存储。大庆油田二氧化碳液化站液体二氧化碳存储压力均为2.0MPa，脱轻塔操作压力设定为2.5MPa，提纯液化后的液体二氧化碳经过低温位冷剂过冷后，节流至2.0MPa进入储罐存储，可避免二氧化碳存储过程中的不凝气放空。

2 制冷剂性能分析

二氧化碳在2.0MPa下的液化温度为-20℃，比较了R290 丙烷）、R717（氨）、R134a（氟利昂）[9]三种中温冷剂的性能（表2）。制冷剂的热力学性质是制冷剂选用的基础。由于本工艺最低制冷温度达到-25℃即可，对比的三种制冷剂标准沸点均低于-25℃，可避免制冷剂蒸发制冷过程中产生负压，造成空气和水分漏入制冷系统。R134a气体绝热指数最小，在相同的压缩比下有更低的出口温度，在冷剂压缩机的设计上具有一定优势。以35℃冷凝温度设计，R134a制冷剂具有更低的压缩机出口压力，同时压缩机入口压力为微正压。在-25℃和35℃制冷循环过程中，R717的制冷系数最高，在制冷能效上具有优势，R134a次之。R134a制冷剂在毒性、安全性方面具有更为明显的优势，在工程设计中可采用非防爆设计，更有利于降低设备投资，缩小装置间的安全距离，同时作为环保型的氟利昂制冷剂，ODP值为0，对臭氧层无破坏作用。但R134a的 GWP值明显高于另外2种制冷剂，而根据《蒙特利尔议定书》第五条，缔约方（主要为发展中国家，包括中国）应在2020年至2022年HFCs使用量平均值的基础上，自2029年起开始削减，到2045年后将HFCs使用量削减至其基准值的20%以内[10]。因此在寻找其他的安全无毒类的替代制冷剂方面需做进一步的研究。在低温精馏工艺中以R134a为制冷工质进行模拟计算和工艺研究。

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