二氧化碳回收精制装置操作要领＊

胡晓艳，张永春，季丽萍

(1．大连理工大学化工学院，辽宁大连凌工路2号 116024; 2．大连石油化工工程公司，辽宁大连甘井子北山街 116000）

二氧化碳回收精制装置操作要领＊

胡晓艳1，张永春1，季丽萍2

(1．大连理工大学化工学院，辽宁大连凌工路2号 116024; 2．大连石油化工工程公司，辽宁大连甘井子北山街 116000）

主要概述了二氧化碳回收装置的工艺原理及操作规程。该装置采用吸附精馏法精制二氧化碳专利技术，分别生产工业级和食品级两种二氧化碳产品。此工艺流程主要分为三个部分:吸附干燥系统、冷冻液化系统、精馏储存系统。对三个系统的工艺流程、开工操作规则和操作过程中存在的风险进行了系统地概述。

二氧化碳;回收装置;工艺流程;操作规程

本装置以95%以上的粗二氧化碳气体为原料，采用中压吸附精馏工艺技术［1］，生产出符合国家标准的工业级和食品级液体二氧化碳产品。

工业级产品:利用物理的方法，用干燥剂除去原料气中的水分，再利用精馏的原理，将原料气中的轻组分杂质分离出来，得到纯度为99.5%的工业级液体二氧化碳产品［2］。

食品级产品:利用物理的方法，用干燥剂除去原料气中的水分，再用高效吸附剂除去原料气中的重组分杂质，最后利用精馏的原理，将原料气中的轻组分杂质分离出来，从而得到纯度为99.9%以上的食品级液体二氧化碳产品［3］。

1 工艺原理

本装置采用目前最先进的方法—吸附精馏法［4］，利用二氧化碳的沸点与其他气体不同进行分离，将原料气中比二氧化碳沸点高的重组分硫化物、氧化物、烯烃烷烃芳烃、大分子油脂等杂质用不同的吸附剂脱除，比二氧化碳沸点低的轻组分一氧化碳、氢气、甲烷、氧气、氮气等杂质用精馏的方法脱除，最后剩余纯度99.9%以上的二氧化碳。

2 工艺流程及说明

整套装置主要分为三个系统，分别是:吸附干燥系统、冷冻液化系统、精馏储存系统。工艺流程图见图1、2。

2.1 干燥吸附系统

二氧化碳原料气在压力约为2.6 MPa，温度约40℃条件下，进入缓冲罐，经过稳压、冷却、分水后，冷凝水从缓冲罐底部由人工定期排除。原料气从缓冲罐上部引出，首先进入干燥器。干燥器设计为两个同样大小体积的圆柱形容器，每个干燥器内都装有等重量的干燥剂，在某一时间内，原料气进入第一干燥器中，在压力作用下，油、水分等杂质被干燥器内的干燥剂吸附，初步干燥净化的二氧化碳气体从干燥器底部引出，进入二氧化碳冷却器中，用循环水对其冷却降温［5］。

二氧化碳气体经过冷却器后，可分为两部分:

1．当生产工业级产品时，二氧化碳气体直接进入预冷器进行预冷，再通过冷冻液化、精馏提纯系统，生产出工业级产品;

2．当生产食品级产品时，二氧化碳气体由吸附器底部送入吸附器中。吸附器同样设计为两个同样大小体积的圆柱形容器，每个吸附器内都装有等重量的吸附剂，原料气中的硫化物、氧化物、轻烃及其它杂质被吸附剂脱除，得到净化的二氧化碳气体，经过预冷器后，再通过冷冻液化、精馏提纯系统，生产出食品级产品。

预冷器的冷量来自精馏塔顶的残气排放。通过节流，残气的温度可降至－53℃左右。净化后的二氧化碳气体，经预冷器冷却降温到20℃左右后送入液化器中进行液化。

2.2 冷冻液化系统

使二氧化碳降温液化的液氨是由制冷系统提供的。制冷系统设计为两台螺杆式氨压缩机，一用一备。气氨进入螺杆式氨压缩机中被压缩到约1.5 MPa后，进入氨冷却器中，被冷却水冷凝为液氨，储存在储氨器中。由储氨器引出的液氨分成两路。

1．一路液氨经过节流后压力降到约0.1 MPa，温度降到约－20℃，进入液化器中，通过热量交换，把气体二氧化碳液化，液氨本身则被气化，气化后的氨进入氨液分离器中。

2．另一路液氨经过节流后压力降到约0.1 MPa，温度降到约－20℃，进入塔顶冷凝器中用于冷凝塔顶馏分，液氨经热量交换后本身被气化，气化后的氨进入到氨液分离器中，使液态氨与气态氨分离，经分离的气氨同样返回到氨压缩机中循环使用，液氨则被送入液化器中。

2.3 精馏储存系统

净化后的气态二氧化碳进入液化器中，在压力和温度的作用下被液化，液体二氧化碳送入精馏塔中进一步提纯。经过干燥、吸附、液化的二氧化碳中，还含有部分氢气、氧气、氮气、甲烷等轻组分，则需要在精馏塔中分离出来。含有少量轻组分杂质的液体二氧化碳进入精馏塔底部，经塔底再沸器加热后，轻组分气体逸出，同时有少量二氧化碳随轻组分杂质被气化，气体升至塔顶，塔顶的气相馏分在塔顶冷凝器中，用－20℃液氨降温冷凝，液相馏分继续在精馏塔内进行提纯操作，更多地回收被气化的二氧化碳，分离出的轻组分由塔顶的气相口排出，回收后的二氧化碳流入塔底［6］。塔底得到纯度为99.99%以上的液体二氧化碳，达到国家食品级标准，经过节流降压到2.2 MPa，经化验分析合格后，作为食品级产品送到食品级专用二氧化碳储罐中储存。

塔底再沸器所用的热源是由冷冻液化系统中，经过氨压缩机压缩后，没有经过氨冷凝器液化的气氨。气氨把热量传给塔釜液，使部分液体二氧化碳连同混合的轻组分一起被蒸发，轻组分物质被分离出来，进一步提纯液体二氧化碳。气氨本身被液化后引入塔顶冷凝器中。

3 操作概述

根据生产工艺原理和实际生产操作，装置主要分为干燥吸附系统、冷冻液化系统、精馏储存系统和公用工程系统，各工段有着密切的联系，切换操作时应相互通知沟通，避免因沟通不够而影响装置平稳运行。

3.1 操作策略

1.严格执行操作规程，按生产方案要求执行工艺指标，保证整个装置的平稳运行。系统出现波动要及时汇报和处理，保证装置“安、稳、长、满、优”运行。

2．调节系统的整个参数在规定范围内。

3.2 操作原则

1．正常生产时，本岗位操作严格执行操作规程和工艺卡片。

2．变换生产工艺参数时，要及时通知相关岗位人员，避免对其它岗位产生影响。

3．在保证连续生产的前提下，经常检查相关配套设施的工作状况以及二氧化碳原料气和产品的各项组分指标。

4．经常检查各设备以及控制阀的液位和压力是否正常，保证各参数不产生较大波动。

5．为防止生产事故的发生，应随时检查有无二氧化碳泄漏，防止人员中毒、冻伤等伤害。

6．装置内问题处理原则:在操作不正常或生产发生异常时，要沉着冷静，主要针对事故部位采取就地处理措施，如果局部工艺不能切除，可采用大部分工艺切除的办法，装置普遍采用停产保压或停产卸压。处理问题时，首先要保证人身安全，其次尽可能保住主要设备，防止事故扩大。

4 开工方案

4.1 开工过程中的风险分析

1．吹扫、试压过程中风险分析［7］。1）吹扫、试压前，必须将安全阀 (包括氨系统及装瓶泵自身所带，共计14个）入口手阀关闭，以防止安全阀跳起。2）凡拆法兰处，应将法兰开口宽度调整到20～30 mm，并用挡板块固定，防止宽度不够，致使杂物无法排出。3）挡扳应选择厚度为0.5～0.8 mm铁皮，防止法兰面损伤。4）吹扫时，操作人员应远离法兰开口处，并同时设置警示标识，以免造成伤害。5）仔细检查风线与蒸气线相连接的阀门，确保必须关闭。6）通风时，严禁风进入泵体，以防止泵倒转，造成伤害。

2．开工前准备过程中的风险分析。1）严格执行开工方案，明确各自职责。2）协调各岗位操作人员，做好开工准备。3）按照工艺流程，检查工艺管线、设备连接是否正确，进出装置及与设备相连的位置是否符合设计要求。4）开工用具、阀门扳手、润滑油、劳保用品要准备齐全。5）若氨压机中的润滑油发生火灾、气体泄漏，应立即用灭火器消灭着火点，并报火警，操作人员佩戴好气体防护罩关闭气体泄漏处的上下游阀门，氨压机减载，直至紧急停机，维修人员佩戴好防护面罩到现场维修。6）若下水井堵塞，气体倒串，应立即疏通下水井，用蒸汽保护。7）若连接压力表的管道堵塞，应立即关闭压力表手阀，拆下压力表检修。8）若各转动设备出现运转故障，应查找故障原因，凡危害到人身及设备安全立即停止设备运转，切换至备用设备。9）将装置内平台、框架、走梯、设备、管线上的障碍物及时清理干净，以防止现场有障碍物危害人身安全。

3．开车过程中的风险分析。1）在开车过程中若二氧化碳大量泄漏，应立即疏散无关人员，人员位于上风口。操作人员无防护措施禁止靠近泄漏点，必须佩戴好防护面具关闭泄漏处上下游阀门，降低系统压力，停止装车装瓶操作，维修人员佩戴好防护面具进行抢修，如有人员窒息应立即抢救，并迅速送往医院。2）外界温度升高，系统憋压，安全阀失灵，容器内二氧化碳气化，超压造成爆炸，应立即打开排空阀，降低系统压力，检查安全阀。3）当控制阀、流量计损坏，拆修时没有关闭出口入口阀门，造成二氧化碳泄漏，应将流量计、控制阀转至侧线，操作人员立即关闭出入口阀门，降低流量计、控制阀处压力、维修人员佩戴好防护面具进行抢修。4）二氧化碳容器泄压过程中，排空阀开度过大，噪音过大，为防止介质突然喷出伤害到操作人员，应按照要求戴耳塞，按操作规程要求缓慢打开排空阀，操作人员必须佩戴防护罩操作。5）缓慢打开采样阀，防止采样阀开度过大造成液态二氧化碳飞溅引起冻伤，按要求佩戴防护用具。不得违章操作。6）当发生氨泄漏时，操作人员应佩戴防护面具，立即关闭相应阀门，泄压抢修。7）操作人员上岗前必须按规定穿戴好劳保护具，没按规定穿戴者禁止上岗操作。8）进入有毒有害空间必须佩戴气体报警器，没有佩戴气体报警器禁止进入有毒有害空间操作，必须两人以上，—人监护。9）所有危险源必须挂牌标识清楚，警示牌必须放置在醒目的位置上。10）设备、管线、阀门、导淋出现故障后，进行处理时必须先泄压，确定无压力时方可拆卸操作。

4.2 定期工作规定

1．对各部分进气和产品气体要定期采样。

2．定期检查二氧化碳缓冲罐、紧急泄氨池和集油器、各机泵及特阀油箱油等的液位。

3．对干燥器和吸附器每两天再生一次，且干燥剂和吸附剂要每几年更换一次。

4．对冷冻液化系统每月两次为设备润滑，并及时添加或更换符合型号的润滑油。

5．定期检测机泵运行情况并对备用泵盘车。

5 结 论

1．本装置采用目前最先进的方法—吸附精馏法，不仅提高了产品质量，还大量节约能耗，经济效益显著。

2．灵活的工艺流程，可根据市场需求得到工业级和食品级的二氧化碳产品，经济效益明显提高。

3．操作过程中要严格按照操作规程执行，防止事故的发生。

［1］周艳欣．吸附精馏法回收二氧化碳工艺 ［D］．天津大学，2004．

［2］GB 10621—89(石灰窑和合成氨法）食品添加剂二氧化碳标准［S］．

［3］GB 1917—94(发酵法）食品添加剂二氧化碳标准［S］．

［4］黄汉生．温室效应气体二氧化碳的回收与利用 ［J］．现代化工，2001，21(9）:53-57．

［5］金宇．CO2的回收和捕集技术进展［J］．化学工程师，2008(1）:40-41，64．

［6］朱炳辰．化学反应工程［M］．3版．北京:化学工业出版社，2001．

［7］李江．石油化工装置管道系统吹扫［J］．石油化工建设，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

胡晓艳 (1985），女，大连理工大学在读硕士研究生，主要研究方向是二氧化碳回收工艺的设计与计算。