食品添加劑液體CO2的生產(chǎn)技術(shù)研究及改進

王會串 王 紅 陳芃娜

(1.運城職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山西運城044000； 2.山西天宇氣體有限公司 山西臨猗044100;3.山西陽煤豐喜肥業(yè)〔集團〕有限責任公司 山西運城044000)

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食品添加劑液體CO2的生產(chǎn)技術(shù)研究及改進

王會串1王 紅2陳芃娜3

(1.運城職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山西運城044000； 2.山西天宇氣體有限公司 山西臨猗044100;3.山西陽煤豐喜肥業(yè)〔集團〕有限責任公司 山西運城044000)

在煤化工、合成氨及甲醇的生產(chǎn)中，變換氣中含體積分數(shù)27%左右的CO2，在進合成系統(tǒng)之前必須將其脫除。大部分企業(yè)的CO2被直接排放，既破壞了生態(tài)環(huán)境，引起溫室效應(yīng)，又浪費了資源。為了將CO2氣體回收利用，山西天宇氣體有限公司于2008年采用國內(nèi)先進的工藝和設(shè)備建成年產(chǎn)20 kt高純度工業(yè)級CO2生產(chǎn)線；2009年，又建成年產(chǎn)50 kt食品級液體CO2生產(chǎn)線，使山西陽煤豐喜肥業(yè)(集團)臨猗分公司甲醇系統(tǒng)排放的CO2氣體變廢為寶，既取得了環(huán)保與循環(huán)經(jīng)濟雙重效果，又獲得了較好的經(jīng)濟效益。

1 工藝技術(shù)

在不同溫度、壓力情況下，CO2存在著氣、液、固3種狀態(tài)，在1.6 MPa和-25℃、2.5 MPa和-12 ℃、4.0 MPa和5 ℃、8.0 MPa和37 ℃條件下，氣體CO2均可轉(zhuǎn)化成液體，因此，工業(yè)上生產(chǎn)液體CO2技術(shù)可分為高壓法(8.0 MPa)、中壓法(4.0 MPa)和低壓法(1.6～2.5 MPa)。

1.1 高、中壓法

CO2經(jīng)預(yù)處理后，進CO2壓縮機加壓至4.0 MPa 或8.0 MPa，再經(jīng)干燥脫除水分及雜質(zhì)，用液氨冷卻液化為液體CO2。

1.2 低壓法

純凈CO2氣體壓縮至1.6～2.5 MPa，用液氨在-30～-25 ℃下冷卻、精制，再冷卻至-20 ℃液化得到液體CO2。

一般企業(yè)多采用低壓法，可大大減少CO2壓縮機的電耗，從而降低成本，提高經(jīng)濟效益。另外，采用低壓法設(shè)備投資也較低，在2.1 MPa、-20 ℃下，CO2位于液態(tài)區(qū)，可采用液氨制冷。

2 工藝流程

山西陽煤豐喜肥業(yè)(集團)有限責任公司臨猗分公司送來的壓力為0.01～0.02 MPa、流量為1 980～2 000 m3/h(標態(tài))的原料氣[其中φ(CO2)≥96%，ρ(COS)≤2 mg/m3，ρ(H2S)≤50 mg/m3，ρ(CS2)≤2 mg/m3，φ(SO2)≤3.0×10-6，φ(總烴)≤1 000×10-6]與微量氧氣混合后經(jīng)CO2壓縮機一級壓縮，壓力升至0.28～0.30 MPa 后進入預(yù)脫硫塔；經(jīng)初次脫硫后的CO2[ρ(H2S)≤5 mg/m3]經(jīng)過CO2壓縮機二、三級壓縮，壓力達到2.5～3.0 MPa后進入水解加熱器，氣體溫度升至50～80 ℃后進入水解塔，將氣體中的有機硫轉(zhuǎn)化為無機硫；出水解塔的CO2[ρ(COS)≤0.04 mg/m3]進入精脫硫塔進行再脫硫，然后進入脫烴預(yù)熱器，氣體溫度升高至110～130 ℃后進入蒸汽加熱器，氣體溫度升高至120～160 ℃后進入CS2脫除塔進行第3次脫硫；經(jīng)3次脫硫后的CO2氣體[φ(總硫)≤0.07×10-6]進入脫烴凈化塔，凈化后的CO2氣體[φ(總烴)≤20×10-6，φ(C6H6)≤15×10-9，φ(O2)為0.2%～0.5%]進入脫烴預(yù)熱器與新來的氣體進行熱交換，然后進入脫烴水冷器，氣體溫度降至50 ℃左右進入氨冷器，氣體溫度降至25～35 ℃后依次進入冷卻除濕器、水分離器進一步降溫、除濕，然后進入3A分子篩干燥塔脫水干燥；干燥后的CO2氣體分3路，其中一路進入提純塔底部盤管層對塔底液體CO2進行閃蒸提純，另一路進入精餾塔底部盤管層對塔底液體CO2進行閃蒸提純，最后3路匯合進入一級氨冷器冷卻至-10 ℃左右成為液體CO2并進入提純塔；經(jīng)提純后的液體CO2純度≥99.99%(體積分數(shù)，下同)，再進入精餾塔進行二次提純，使液體CO2純度≥99.993%，最后經(jīng)過冷器降溫至-20 ℃左右進入成品貯槽。

3 存在的問題

改造前，提純工藝存在以下問題：冷卻后的液體CO2僅在提純塔和精餾塔的頂部進行提純，提純后的液體CO2純度只能達到99.9%，無法將液體CO2中多余的雜質(zhì)排除，無法滿足高端客戶(液體CO2純度≥99.99%)的要求，因此，有必要對其進行改進。

4 改造方案及產(chǎn)品技術(shù)指標

為了解決上述問題，在提純塔和精餾塔的底部均增設(shè)盤管，通過蒸汽伴熱管來供熱(見圖1)，

圖1 改造流程示意

提純塔和精餾塔底部的液體CO2升溫1～3 ℃，使液體CO2中的雜質(zhì)有效閃蒸出來，然后在提純塔和精餾塔頂部放空，以達到提純的目的(CO2純度≥99.993%)。經(jīng)改造后，在精餾塔后進行測試，CO2純度為99.993%～99.997%。

改造后，食品級液體CO2產(chǎn)品主要技術(shù)指標如下：φ(CO2)≥99.995%，φ(H2O)≤1.2×10-6，φ(總硫)≤0.02×10-6，φ(苯)≤0.015×10-6，φ(CO)≤9.3×10-6，φ(NH3)≤2.0×10-6，φ(PH3)≤0.21×10-6，φ(HCN)≤0.43×10-6，w(油脂)≤1×10-6，SO2未檢出，水溶液的氣味、味道以及外觀檢測合格。以上檢測指標均符合GB 10621—2006要求。

5 結(jié)語

食品級液體CO2質(zhì)量關(guān)系到人們的身體健康，山西天宇氣體有限公司始終把產(chǎn)品質(zhì)量保持與國際接軌。為了進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，近年來與運城職業(yè)技術(shù)學(xué)院有機系協(xié)作對生產(chǎn)系統(tǒng)進行研究并加以改造，使食品級液體CO2產(chǎn)品純度達到了99.995%，因此，食品級液體CO2產(chǎn)品能用于雪花啤酒、百事可樂、娃哈哈、青島啤酒等知名食品企業(yè)多年，反映效果良好，完全滿足客戶要求，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

2016- 04- 01)