二氧化碳提纯液化新工艺技术研究（五）

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

4 与传统工艺对比分析

   某净化厂尾气目前采用站内增压、分子筛脱水后再输往下游液化站进行液化的处理工艺。为与本工艺进行比较，利用ASPEN HYSYS 模拟了同等规模和进料条件下，原料气先增压至2.1MPa，经分子筛脱水后，利用氟利昂冷剂制冷至-20℃液化的传统处理工艺，并与本工艺在装置能耗、产品收率、产品组成等多方面进行对比分析（表4）。

表 4 新工艺与传统工艺参数对比

   从分析结果中可以看出，当进料参数一致的情况下，传统工艺与低温精馏工艺CO2收率均可达到99%以上。于低温精馏过程中可对CO2进一步提纯，因此液体二氧化碳产品中CO2浓度可以达到99.9%以上；传统工艺经分子筛脱水后直接液化，在-20℃温度下，液化后的二氧化碳和未液化的不凝气，没有经过进一步的传质、传热而直接分离，导致液体二氧化碳产品中CO2纯度无法达到很高的指标。由于分子筛脱水工艺中，吸附饱和后的分子筛床层需要利用高温的再生气热吹再生，再生环节再生气加热分子筛床层的同时，也加热了分子筛脱水塔的金属塔身、瓷球、支撑件等附属部件，再生结束后再将分子筛床层冷吹至40℃，反复加热和冷却的过程中造成大量的能量消耗。对比分析结果显示，虽然低温精馏工艺需要更高的操作压力，原料气增压消耗更大的压缩功，但由于省略了分子筛脱水工艺，且更高的操作压力可以降低二氧化碳液化的制冷量，冷剂压缩机的轴功率较传统工艺更低。综合比较，相同处理规模的低温精馏工艺装置比传统工艺装置能耗低15%左右。无分子筛脱水工艺后，整套装置的占地面积和一次性投资更低，在装置平面布置和投资回收期上更占优势。

5 结论

   利用ASPEN HYSYS模拟软件，以某天然气净化厂脱碳尾气为对象，进行了二氧化碳低温精馏和分级制冷工艺模拟研究，建立不同工况下的计算模型，对操作参数进行优化分析，并与传统的二氧化碳脱水液化工艺对比，得出以下结论：

（1） 在含水二氧化碳气源的低温精馏和分级制冷的提纯液化工艺中，需利用脱重塔优先脱除二氧化碳中的饱和水，以免低温液化过程中形成冻堵，脱重塔的操作压力需在4.0MPa 以上，方可保证脱水工艺在0℃以上进行。且随着操作压力的提高，装置能耗逐渐升高。

（2） 低温精馏工艺中无需设置分子筛脱水工艺，可节省装置的占地面积，且与传统的经分子筛脱水再低温液化的工艺相比，在满足相近的产品收率和产量前提下，具有更低的装置能耗、更小的占地面积和更低的一次性投资。

（3） 中温位R134a制冷剂在压缩机选型、毒性、安全性等方面与氨和丙烷制冷剂相比较具有明显优势，但是GWP值更高，在环保型冷剂优化替代方面需要做进一步研究工作。

（4） 低温精馏的二氧化碳提纯液化工艺在天然气脱碳装置尾气回收液化中具有较好的计算结果，根据其精馏液化原理，可将此工艺延伸至其他组成复杂的二氧化碳气源回收处理过程中，如合成氨装置尾气的回收。

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