一种二氧化碳捕集技术的应用

2021-01-08史丽江江苏华扬液碳有限责任公司江苏泰州225411

化工管理 2021年13期

史丽江(江苏华扬液碳有限责任公司，江苏泰州 225411)

1 二氧化碳捕集背景

1.1 二氧化碳排放

全球煤炭使用二氧化碳排放量比2018 年减少近2 亿t(-1.3%)，抵消了石油和天然气排放量的增加。发达经济体的排放量下降了3.7 亿t(-3.2%)，其中电力部门占降幅的85%。与2018 年相比，许多大型经济体的温和天气对趋势产生了重要影响，排放量减少了约1.5 亿t。2019 年的排放趋势表明，在电力行业的引领下，清洁能源转型正在推进。全球电力部门的排放量下降了约1.7 亿t(-1.2%)，其中下降幅度最大的是发达经济体，其二氧化碳排放量目前处于20 世纪80 年代末以来所未见的水平(当时电力需求下降了1/3)。

全世界碳排放第一的国家是中国。2019 年的碳排放数据：中国第一，为908 亿t；美国排放只有49 亿t；欧盟是33 亿t。而且我国的二氧化碳排放量还处于快速增长阶段，过去10 年二氧化碳排放增速达到38%。当然这和中国能源结构也有密切关系。因为中国整个基础资源中，用煤是最多的。而在所有的能源当中，煤是碳排放量最大的。

江苏南京及周边地区分布着多家炼化企业，与电厂烟道气不同的是，炼化尾气中二氧化碳的含量相对较高，回收工艺简单，运行成本较低。在南京及周边地区较大的炼化企业主要有：JLSH、YZSH、NHGS、YZHX。 4 家炼化企业二氧化碳年总排放量约为2 000 万t，其中约有300 万t 为纯度90%以上的高纯度二氧化碳。

1.2 二氧化碳市场

碳酸饮料是国内二氧化碳第一大消费市场，占30%左右，目前我国饮料的人均消费不足5 kg/a。而美国人均消费为150 kg/a。随着我国人民生活水平的不断提高，饮料行业对二氧化碳消费量将会大幅上升[1]。

二氧化碳气体保护焊接一直是我国重点推广的技术项目之一，现占二氧化碳消费量的20%左右，是二氧化碳第二大消费市场。与手工电弧焊相比，二氧化碳气体保护焊可提高工效1～2 倍，节电50%，因而近几年在汽车、造船、化工设备等大型制造业得到了广泛应用。尤其是二氧化碳和氩气混合气体保护焊技术的开发与应用，不仅扩大了二氧化碳气体保护焊的应用范围，而且克服了二氧化碳气体保护焊热量分散、焊点大、焊接处易变形等不足，这必将推动该领域对二氧化碳需求的快速增长。

二氧化碳在食品加工行业消费量占国内二氧化碳市场的15%左右，主要用于食品冷冻、冷藏、灭菌、防霉、保鲜等，与传统的机械冷藏相比，二氧化碳冷冻保鲜不仅不会使食品失水、风干、气化，而且节能省电，尤其适用于大型食品保鲜和粮食的低温干燥储存。目前，我国东南沿海一些大型超市或冷库已开始采用二氧化碳制冷保鲜，北方的市场也已启动。为适应国际食品市场竞争和国内高档食品保鲜需要，这将是液体、固体二氧化碳潜在的巨大市场。二氧化碳驱油技术目前是油田重点推广项目。由于我国是贫油国家，油田可开采量少，随着原油的开采，越来越多的油井出现能量亏空，利用二氧化碳注入井下，补充地层能量，同时可以提升原油采收率。

2 二氧化碳捕集技术工艺

NHGS 煤化工装置中低温甲醇脱碳成分能够达到92%。大量的二氧化碳资源被作为尾气排放，既污染了环境，也浪费了资源。为响应国家环保政策，增加资源的利用率，结合NHGS煤化工装置中低温甲醇脱碳装置二氧化碳项目尾气中二氧化碳的含量，以及江苏省二氧化碳市场的需求量，确定建设年产5 万t 二氧化碳捕集项目。该项目位于NHGS 煤化工西侧，项目占地1 065 m3，装置规模按小时液体二氧化碳产量6.25 t，设计年运行时间8 000 h[2]。本工艺由以下两个工段组成：

(1)二氧化碳原料气增压工段；(2)二氧化碳液化工段。

进本装置加工的二氧化碳原料气为NHGS 合成氨放空尾气。二氧化碳含量(不低于)92%，压力0.15 MPa，温度25 ℃，露点：-60 ℃，不含硫。原料气流量：满足5 万t 气量要求。产品二氧化碳为低温液态，压力为1.8～2.0 MPa，温度为-20～-25 ℃。产品质量按满足三次采油用途设计产品质量，产品中水含量≤50.0×10-6，无严重腐蚀介质，其余指标不做要求。

本项目是利用NHGS 煤制氢放空尾气生产工业级液体二氧化碳产品的装置。由于产品是用于驱油用途，并且原料气中不含水分和硫化物，所以工艺采用直接加压液化流程。

压缩机作用是对原料气进行升压。NHGS 的放空尾气通过管道输送至压缩机进口，通过两级螺杆机进行压缩，提压到2.7 MPa 然后送入余冷回收器，与经分离器放空气体进行预冷却后进入液化器液化，液化器通过氟利昂制冷剂蒸发降温，使气体二氧化碳冷凝为液体二氧化碳，然后进入分离器闪蒸，液体二氧化碳通过管道进入二氧化碳储槽，不凝气通过余冷回收器与压缩机来的高压气体进行换热后高处放空。

制冷剂采用氟利昂，通过液化器内液体氟利昂的低温蒸发，传递冷量给二氧化碳使之液化，然后把气态氟利昂通过制冷压缩机的压缩，冷凝器的冷凝，气氟利昂冷凝成液氟利昂回到储液器后，再去液化器蒸发吸热，完成制冷循环。

3 技术应用

3.1 项目施工

该项目2020 年4 月进场施工，7 月现场设备、管道安装和电缆敷设，8 月底完成所有的土建工程、设备安装和管道、电缆敷设，9 月初进行管道试压、保温等工作。现场施工阶段，整个工程严格按照工程建设程序，施工现场重点对安全、质量等方面进行控制，整个项目建设期间未发生安全环保事故，项目施工质量合格。

项目建设主要分为土建工程施工与安装工程施工两大项。施工按照先地下、后地上；先土建、后专业；先主体、后分项的总施工顺序原则进行部署。其中土建施工与安装施工穿插进行，专业工程与土建工程相互密切配合，土建工程施工细分为设备基础、雨棚基础、阀门井基础、电缆沟基础、循环水管线管墩基础、地磅基础、UGM 二次灌浆、地面硬化等施工[3]。

安装工程施工分为设备吊装、管线安装焊接、阀门井带压开孔、雨棚钢结构焊接安装、电缆架设、风光太阳能安装、管线试压、管线X 射线探伤、设备调试、管线保温、安装隔音装置等。

由于装置完成后，现场地面低洼不平，既不美观，又影响现场巡检人员的安全，项目组立即安排对地面平整、铺设柏油，对四周进行绿化，这样既增加了现场的美观，又大大提高了安全保障。

施工安全把控：施工期间严格审查承包商资质，做到资质齐全；严格按照“外防输入，内防扩散”疫情防控要求，做好疫情防控工作；严格按照中石化直接作业环节相关规定进行施工；严格落实每天班前班后会，每周工程对接会制度；高温期间，及时出台高温施工管理规定，合理安排施工时间，发放防暑降温物品，确保施工人员健康；施工过程，加强现场管理，严查违章现象确保无安全事故；开展施工期间全国发生的安全事故学习，并对施工过程举一反三，同时开展相关排查工作，坚决杜绝类似情况在施工过程中出现，做到绝对安全[4]。

施工质量把控：严格落实混凝土、钢筋检测及送检制度；严格进行设备制造监检，派专人到厂家监督；严格对生产系统进行气密性试验；严格对压力管道进行耐压试验和探伤；严格按要求办理压力容器注册登记。