一種液化分離二氧化碳凈化工藝

王莉君

摘? 要：煤化工生產(chǎn)中，以煤炭作為原料的煤氣化生產(chǎn)的工藝氣中，含有大量的二氧化碳與硫化氫等氣體，采用低溫甲醇洗工藝進(jìn)行工藝氣凈化處理中，對設(shè)備性能及循環(huán)量需求較多，造成煤氣化形成的工藝氣凈化處理成本與運行費用較大。該文結(jié)合二氧化碳的低溫液化分離原理，提出一種液化分離二氧化碳凈化工藝，在應(yīng)用低溫甲醇洗配套設(shè)施的基礎(chǔ)上，促進(jìn)液化分離二氧化碳的凈化處理工藝技術(shù)與有關(guān)裝置水平優(yōu)化提升。

關(guān)鍵詞：液化分離;二氧化碳;凈化工藝

中圖分類號：TE645? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 二氧化碳的液化變化原理分析

二氧化碳作為空氣中常見的一種氣態(tài)化合物，其分子結(jié)構(gòu)包括1個碳原子和2個氧原子，氣態(tài)的二氧化碳在高壓低溫作用下能夠以固態(tài)形式存在，經(jīng)壓縮后成為干冰，它也是導(dǎo)致地球溫室效應(yīng)更加劇烈的主要來源。圖1為高純度二氧化碳的相態(tài)變化示意圖。

根據(jù)該圖可以看出，高純度的二氧化碳的臨界壓力值為7.38 MPa，溫度值約為31.4 ℃。一般情況下，在壓力值低于0.7 MPa的情況下，高純度的二氧化碳多以氣、固相平衡狀態(tài)存在，并且這一條件下無論溫度如何變化，其液相狀態(tài)不會存在。但是，在壓力值超過7.38 MPa、溫度超出31.4 ℃時，二氧化碳處于一種超臨界流體狀態(tài)，即二氧化碳?xì)怏w在高壓條件下的分子形態(tài)與液體形態(tài)一樣緊密，其密度相對較高，但具有氣體的易流動特點;而壓力值超出7.38 MPa、溫度處于-56.6 ℃～31.4 ℃時，二氧化碳呈密相液態(tài)形態(tài)存在;在壓力值低于7.38 MPa，同時溫度處于-56.6 ℃～31.4 ℃時，二氧化碳則為一般的液態(tài)形態(tài)存在;在溫度低于-56.6 ℃時，它則以固態(tài)形態(tài)存在;溫度高于-56.6 ℃時，以一般的氣態(tài)形態(tài)存在。

2 液化分離二氧化碳的凈化處理工藝技術(shù)

根據(jù)上述二氧化碳的低溫液化變化原理，在傳統(tǒng)的煤化工生產(chǎn)中，針對煤氣化獲取工藝氣中的二氧化碳分離處理，是采用低溫甲醇洗工藝完成，即根據(jù)二氧化碳在高壓低溫條件下能夠在甲醇中溶解的化學(xué)特征，對煤氣化獲取工藝氣中的二氧化碳進(jìn)行有效液化分離，在減壓閃蒸與蒸汽氮提取富甲醇過程中進(jìn)行大量的二氧化碳吸解處理，并將富含硫化氫的甲醇利用熱再生塔進(jìn)行再生處理，最終形成符合生產(chǎn)要求的貧甲醇。值得注意的是，傳統(tǒng)煤化工生產(chǎn)中對二氧化碳的液化分離工藝中，需要對低溫甲醇吸解二氧化碳形成的富甲醇進(jìn)行再生處理，導(dǎo)致其工藝流程相對復(fù)雜，再加上對二氧化碳進(jìn)行低溫液化分離中所需的管道與設(shè)備尺寸均比較大，高壓設(shè)備數(shù)量較多，導(dǎo)致其工藝投資成本較大，運行費用高，煤化工生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益較低。針對這種情況，結(jié)合當(dāng)前大型煤化工生產(chǎn)中所應(yīng)用的變換工藝氣本身具有較高壓力與二氧化碳?xì)怏w含量較大等特點，結(jié)合上述二氧化碳液化分離工藝原理，采用降溫措施即能夠?qū)に嚉庵写罅慷趸歼M(jìn)行液化分離。

通過上述工藝措施對煤化工生產(chǎn)中工藝氣中二氧化碳進(jìn)行低溫液化分離時，由于煤氣化所獲取的工藝氣中含有約0.23%摩爾分?jǐn)?shù)的水，其在二氧化碳低溫液化分離過程中會結(jié)冰造成堵塞，因此，在對二氧化碳進(jìn)行低溫液化分離時應(yīng)先進(jìn)行脫水處理。其中，脫水處理可以采用噴淋甲醇降溫脫水工藝或者是分子篩脫水工藝進(jìn)行。在對煤氣化獲取工藝氣進(jìn)行脫水處理后，使其進(jìn)入激冷器通過降溫處理，在溫度降低至-50 ℃時，進(jìn)入分離罐實現(xiàn)對液態(tài)二氧化碳的分離處理。其中，液化分離后的工藝氣中仍然含有約12%的二氧化碳，就需要通過與其他配套的凈化工藝裝配聯(lián)合應(yīng)用，對液化分離二氧化碳實現(xiàn)凈化處理，該文對低溫液化分離二氧化碳采用低溫甲醇洗工藝配套使用，以完成對液化分離二氧化碳的進(jìn)一步凈化處理，形成針對液化分離二氧化碳的凈化工藝裝置。

對液化分離二氧化碳的低溫甲醇洗凈化處理工藝，是當(dāng)前大型煤化工生產(chǎn)中普遍采用的氣體凈化技術(shù)，它是通過低溫甲醇實現(xiàn)二氧化碳液化分離后的工藝氣中對剩余二氧化碳等氣體的脫除處理，該工藝技術(shù)進(jìn)行氣體凈化處理過程中需要通過外部進(jìn)行低溫冷量補(bǔ)充，以滿足其進(jìn)行氣體凈化處理的低溫需求。

3 實踐應(yīng)用及成效分析

根據(jù)上述提出的液化分離二氧化碳凈化工藝技術(shù)方案，為對其工藝技術(shù)的實踐應(yīng)用及成效進(jìn)行驗證分析，以某煤化工生產(chǎn)中工藝氣的處理裝置為例，該煤化工生產(chǎn)企業(yè)的年產(chǎn)量約為90萬t，其生產(chǎn)中所采用的工藝氣處理裝置系統(tǒng)為甲醇配套地位甲醇洗工藝裝置，其中，水煤漿氣化爐的壓力為6.5 MPa。假設(shè)該煤化工生產(chǎn)的工藝氣處理配套裝置運行中各項進(jìn)料參數(shù)如下：流量為17 334 kmol/h，溫度為40 ℃，壓力為5.5 MPa，二氧化碳摩爾分?jǐn)?shù)約為30.83%、氫化硫為0.32%、水為0.23%等。對該煤化工生產(chǎn)的低溫甲醇洗工藝運行情況及二氧化碳物性進(jìn)行分析，進(jìn)行低溫甲醇洗脫水處理后，其工藝氣溫度降低為-50 ℃，同時所對應(yīng)的飽和蒸氣壓為0.582 MPa，由此根據(jù)道爾頓分壓定律進(jìn)行計算分析后顯示，經(jīng)低溫液化分離的二氧化碳后，上述煤化工氣化生成的工藝氣中，二氧化碳的摩爾分?jǐn)?shù)降低為12.2%，其中，進(jìn)行低溫液化分離的二氧化碳含量約為3 679 kmol/h，液化分離比率約為68.9%。根據(jù)這一情況，隨著二氧化碳低溫液化分離后含量的大幅降低，上述煤化工氣化爐生產(chǎn)中吸收塔溶解熱也會明顯降低，因此可以將吸收塔配套中間冷卻器進(jìn)行去除，并減少高壓換熱器，以降低整個煤化工生產(chǎn)的設(shè)備投資。由此可見，該文提出的液化分離二氧化碳凈化處理工藝技術(shù)，將二氧化碳低溫液化分離與低溫甲醇洗工藝結(jié)合，在煤化工生產(chǎn)中配套使用，以達(dá)到二氧化碳等氣體液化分離與凈化處理效果，與傳統(tǒng)的工藝模式相比，不僅能夠是低溫甲醇洗工藝中甲醇循環(huán)量降低30%～40%，同時整個生產(chǎn)工藝裝置中設(shè)備與管道的尺寸也明顯減小，減小量為30%～40%，對其工藝技術(shù)生產(chǎn)應(yīng)用的整體投資成本節(jié)約十分明顯。

4 結(jié)語

總而言之，對液化分離二氧化碳凈化工藝的研究，有利于促進(jìn)其在煤化工生產(chǎn)的工藝氣凈化處理中得到有效運用，從而促進(jìn)煤化工生產(chǎn)工藝氣處理技術(shù)水平及設(shè)備裝置優(yōu)化提升，具有十分積極的作用和意義。

參考文獻(xiàn)

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