劉 然

（河北正元化工工程設(shè)計(jì)有限公司，河北石家莊 050061）

二氧化碳是形成溫室效應(yīng)的主要?dú)怏w，其過度排放造成的氣候變暖、冰川的融化、海平的面升高等一系列問題已經(jīng)嚴(yán)重影響了人們的生產(chǎn)和生活。近年來隨著石油、化工行業(yè)迅速的發(fā)展，裝置產(chǎn)能的不斷擴(kuò)大，我國二氧化碳排放量逐年增長，數(shù)據(jù)顯示，我國2010年二氧化碳排放量為0.248 6億t，2018年二氧化碳排放量迅速增長至94.287 1億t，增長率為37 827%。在2020年氣候雄心峰會(huì)上，習(xí)近平主席指出，到2030年我國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上。

在2018年我國主要行業(yè)二氧化碳排放占比情況中，火力發(fā)電占43%，為碳排放最大單一來源?；鹆Πl(fā)電（含其他燃煤鍋爐）排放煙氣中二氧化碳的碳捕集和回收技術(shù)將是降低碳排放強(qiáng)度的重要技術(shù)路徑之一。

我國火力發(fā)電廠和其他燃煤鍋爐煙氣經(jīng)干法脫硫或濕法脫硫達(dá)標(biāo)后直接排放至大氣中，煙氣中仍含有11%～14%的CO2。根據(jù)不同脫硫方法，煙氣中CO2含量有所不同，一般采用濕法脫硫吸收SO2過程中會(huì)吸收一部分CO2，故濕法脫硫煙氣中CO2含量比干法脫硫低1%～3%。這部分CO2含量非常的巨大，這部分CO2的回收再利用不僅能降低CO2排放總量，降低碳排放強(qiáng)度，改善周邊環(huán)境，同時(shí)還能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。

二氧化碳的用途十分廣泛，廣泛應(yīng)用于化工、石油開采、采煤運(yùn)煤、食品等行業(yè)。不同行業(yè)的應(yīng)用對(duì)二氧化碳純度的要求不同，應(yīng)用于食品行業(yè)的二氧化碳純度必須達(dá)到《食品添加劑液體二氧化碳》標(biāo)準(zhǔn)。主要用于食品或果蔬的儲(chǔ)存、飲料的增壓和起泡等。隨著啤酒、飲料行業(yè)的不斷發(fā)展壯大，裝置產(chǎn)能的不斷提升，對(duì)液體二氧化碳需求量也在逐年增長，由此可見食品級(jí)液體二氧化碳具有十分廣闊的市場前景。

1 二氧化碳回收工藝技術(shù)

該工藝流程具有流程短、設(shè)備少、運(yùn)行穩(wěn)定、性能可靠、經(jīng)驗(yàn)成熟等特點(diǎn)，非常適合一些將二氧化碳作為廢氣直接排放的企業(yè)，如火力發(fā)電廠、供熱鍋爐、石油化工企業(yè)自備電廠、自備燃煤鍋爐的其他企業(yè)等。

以某熱電廠年產(chǎn)10萬t食品級(jí)液體二氧化碳為例介紹CO2回收工藝。CO2回收單元正常處理煙氣量54 000m3/h，回收二氧化碳7 200m3/h，生產(chǎn)負(fù)荷為額定生產(chǎn)能力的70%-130%，年操作時(shí)間7 920h。

1.1 煙氣溫度及組成

煙氣溫度55℃，煙氣組成見表1。

表1 煙氣組成

產(chǎn)品液體二氧化碳達(dá)到GB10621—2006《食品添加劑液體二氧化碳》標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 工藝技術(shù)方案

（1）CO2捕集回收流程

目前，CO2捕集回收多采用MEA和MDEA法，其中MEA法更適合較低壓力、低濃度的、硫化氫分壓小的氣源。MEA法工藝流程簡單、占地小、設(shè)備投資少，非常適合改造項(xiàng)目。

煙道氣經(jīng)羅茨風(fēng)機(jī)C5401增壓后進(jìn)入吸收塔T5401，CO2吸收采用貧液工藝，吸收塔采用2段吸收，1段洗滌，1段吸附回收CO2和回收煙氣夾帶的MEA、活化劑。吸收塔頂?shù)椎母灰航?jīng)富液增壓泵P5401增壓后進(jìn)入貧富液換熱器E5402升溫后進(jìn)入CO2解析塔T5402。CO2解析塔再沸器E5403以0.5～0.6MPa低壓蒸汽為CO2解析塔提供熱量。CO2解析塔頂?shù)腃O2-H2O蒸汽經(jīng)CO2水冷器E5404降溫，降溫介質(zhì)為循環(huán)水，經(jīng)CO2氣液分離器V5401分離凝液后得到純凈CO2，CO2解析塔底貧液經(jīng)貧富液換熱器降溫后再經(jīng)貧液增壓泵P5402增壓，返回吸收塔循環(huán)使用。吸收塔頂氣體返回?zé)焽韪呖张欧?。流程見圖1。

圖1 CO2捕集回收流程圖

（2）CO2液化、精制流程

純凈的CO2氣經(jīng)二氧化碳?jí)嚎s機(jī)C5402增壓后進(jìn)入脫硫塔T5403除去原料氣中少量的含硫物質(zhì)等雜質(zhì)，脫硫后的CO2進(jìn)入預(yù)冷器E5405預(yù)冷，與塔頂冷凝器E5407出口的不凝氣進(jìn)行冷量交換。預(yù)冷后的CO2進(jìn)入干燥器T5404進(jìn)行干燥，除去CO2氣中攜帶的少量水分，然后進(jìn)入主液化器E5406進(jìn)行液化，主液化器由氟利昂提供冷量，液體二氧化碳進(jìn)入精餾塔T5405精餾，液體二氧化碳從精餾塔底部經(jīng)深冷器T5409深冷后送至液體二氧化碳儲(chǔ)罐。塔頂不凝氣經(jīng)塔頂冷凝器E5407再次冷凝回收部分二氧化碳，不凝氣經(jīng)預(yù)冷器與CO2冷量交換后返回二氧化碳?jí)嚎s機(jī)入口循環(huán)利用。流程見圖2。

圖2 CO2液化、精制流程圖

（3）制冷系統(tǒng)流程

制冷工藝采用氟利昂制冷工藝，氟利昂（R134a）是一種新型制冷劑，標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為-26.5℃，在常溫下冷凝壓力一般為0.7～0.8MPa，R134a在-25℃蒸發(fā)38℃冷凝時(shí)制冷系數(shù)為1.88。R134a為透明、無味、無毒、不易燃燒、爆炸和化學(xué)性穩(wěn)定的制冷劑，臭氧層破壞系數(shù)為“0”，為環(huán)保制冷劑，R134a在危險(xiǎn)化學(xué)品分類中為戊類危險(xiǎn)品。

本項(xiàng)目采用氟利昂（R134a）制冷工藝，既可以降低危險(xiǎn)性，同時(shí)也可以達(dá)到環(huán)保要求。

1.3 工藝流程簡圖

1.4 主要原輔材料消耗

主要原輔材料消耗見表2。

表2 主要原輔材料消耗

續(xù)表

2 經(jīng)濟(jì)性分析

年產(chǎn)10萬t食品級(jí)液體二氧化碳產(chǎn)品項(xiàng)目總投資約3 620萬元，其中包括設(shè)備費(fèi)、安裝費(fèi)、土建費(fèi)和其他費(fèi)用。運(yùn)營費(fèi)用的測算范圍為項(xiàng)目投資范圍內(nèi)直接發(fā)生的收入與費(fèi)用，包括因本次投資活動(dòng)形成的新增收入和成本費(fèi)用支出。項(xiàng)目原料來自高空排放的煙氣，原料成本幾乎為零，運(yùn)營費(fèi)用主要包括水、電、汽等公用工程物料的消耗、人工成本和設(shè)備折舊等。每年運(yùn)行成本約3 200萬元。詳細(xì)計(jì)算如下：

1）每年回收食品級(jí)二氧化碳的收益

年可回收二氧化碳的量為10萬t

年回收二氧化碳收益：5 000萬元（食品級(jí)液體二氧化碳按500元/t計(jì)算）

2）主要消耗費(fèi)用

（1）電消耗費(fèi)用：1 064.448萬元（電價(jià)格按0.4元/kW ·h）。

（2）水消耗費(fèi)用：213.84萬元（脫鹽水價(jià)格按6元/t，一次水按5元 /t）。

（3）蒸汽消耗費(fèi)用：1 584萬元（蒸汽價(jià)格按100元/t）。

（4）活性炭和添加劑費(fèi)用：130.32萬元（活性炭價(jià)格按8 000元/m3，干燥劑價(jià)格按15 000元/m3）。

（5）維修費(fèi)用：由于該系統(tǒng)工藝簡單，靜止設(shè)備均采用不銹鋼材質(zhì)，工藝介質(zhì)的腐蝕性相對(duì)較小，且運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備少，需投入的維護(hù)費(fèi)用也會(huì)較少，故取維修費(fèi)用10萬元/a。

（6）人工費(fèi)用：項(xiàng)目新增勞動(dòng)定員38人，人員工資按6萬元/a計(jì)取，人工費(fèi)用：228萬元。

（7）設(shè)備折舊（從投運(yùn)當(dāng)年開始計(jì)提）設(shè)備投資費(fèi)用約為2 000萬，按10a時(shí)間計(jì)提全部折舊，每年分?jǐn)偟恼叟f費(fèi)用為200萬元。

（8）年凈收益（不考慮資金成本）：年凈收益1 569萬元。

3 結(jié)束語

1）選擇國內(nèi)最先進(jìn)、成熟的二氧化碳捕集回收、液化工藝，在技術(shù)上是可行的。

2）通過經(jīng)濟(jì)性分析來看，本項(xiàng)目在經(jīng)濟(jì)上是可行的。

3）在環(huán)境治理、降低碳排放強(qiáng)度方面，符合國家環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

4）大量二氧化碳的回收利用，有效地改善了周圍環(huán)境，使企業(yè)生產(chǎn)達(dá)到了國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，為國家控制了污染，通過廢氣回收，變廢為寶，提高了社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

5）產(chǎn)品執(zhí)行液體二氧化碳新國家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)企業(yè)資源利用，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，改善環(huán)境提升企業(yè)市場競爭力，起到了較大作用。從經(jīng)濟(jì)分析結(jié)果看，經(jīng)濟(jì)上是可行的。