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威特曼技术生产液态二氧化碳

常 宏
（大连比欧西二氧化碳有限公司，辽宁 大连 116031）

摘 要：介绍美国威特曼技术生产二氧化碳的先进性，了解其工艺流程和配置。
关键词：二氧化碳；威特曼；压缩；干燥；提纯

Wittemann Technology in Producing Liquid CO2 Field

CHANG Hong
(Dalian BOC Carbon Dioxide co., Lit. Dalian 116031, China)

Abstract: Introduce advanced Wittemann technology in producing liquid carbon dioxide. Realize it’s process and equipment.
Key words: carbon dioxide; Wittemann; compression; dry; purification

1. 前 言

液体二氧化碳的应用领域逐渐得到中国各个行业的重视，从焊接到食品，从冷冻到医用，二氧化碳以其特点成为工业、电子、冷冻、食品的宠儿。
威特曼技术从1996年进入中国，分别在武汉、西安、青岛、唐山、抚顺和大连等地比欧西公司应用，有识之士对其工艺合理、设备紧凑、成本低、产出高、质量优而刮目相看，本文就其技术在中国的应用介绍给关心二氧化碳技术的人们。

2. 原料来源

二氧化碳在空气中的含量仅为0.035%，空气中提取二氧化碳从经济上来说是不合算的。二氧化碳原料气体的来源包括天然气井、发电厂和工业生产厂，后者一般是把二氧化碳原料气体作为一种副产品提供给二氧化碳工厂。
目前，维特曼公司在中国的技术是利用后者，通常是乙烯、合成氨等工厂产生的二氧化碳作为原料气。以下就两种工艺对原料气作一介绍：
n 精炼工序：甲烷（或石脑油）气体和蒸汽被导入蒸汽转化器从而形成二氧化碳和氢。然后把二氧化碳和氢（H2）组成的这种化合物导入吸收器；在吸收器中，对二氧化碳进行吸收。然后把充满了二氧化碳的溶剂导入汽提塔；在汽提塔中，二氧化碳与溶剂将被分离。溶剂将在闭合循环系统中被继续使用，二氧化碳则被输送到二氧化碳净化工厂。
n 部分氧化工序：在部分氧化工序过程中，以某种形态存在的燃料在高压氧气环境下被气化。标准的温度是 2400°F / 1316°C左右，标准的压力范围在200～600 psig / 13.8～41.4 barg之间。在这个工序过程中，燃料被部分氧化从而产生合成气体。合成气体通常由氢、一氧化碳、二氧化碳和水组成。 合成气体有一个热值，合成气体中含有的氢可以被精炼工厂用来对碳氢化合物进行氢化。合成气体被导入吸附器（PSA）床里进行净化从而产生富含氢气的蒸汽；再对富含一氧化碳的尾气进行进一步的氧化从而产生二氧化碳，然后把二氧化碳导入吸附器进行吸收；溶剂导入汽提塔，在汽提塔中，二氧化碳与溶剂将被分离。溶剂将在闭合循环系统中被继续使用；二氧化碳将被输送到二氧化碳净化工厂。
3. 工艺介绍
原料气进入净化工厂后进行脱水、（低压脱硫）、水洗、压缩、高压脱硫脱水、干燥、液化、提纯等便可以生产出工业或食品用液态二氧化碳。如图所示便是典型的威特曼生产工艺：

威特曼生产二氧化碳的核心技术是压缩、干燥和提纯等技术。

3.1. 二氧化碳压缩

经过水洗后的原料气压力小于1Bar，此时通过氨预冷二氧化碳温度降到45℉左右（即将结冰点）进行脱水处理后进入二氧化碳压缩机压缩。
威特曼应用于中国的压缩机选用日本前川（MYCOM）公司的螺杆式压缩机，该机器的启动、停车为人工或无人操作设计，同时接入现场一些安全参数，比如现场二氧化碳存储装置高液位压缩机也会自动停车而不会发生事故。操作盘设置于压缩机近前，操作盘本身就是一个微电脑处理器，设置规定的报警、停车值，以防操作不当对人员和设备造成的损坏。这些参数包括低吸入压力、高排放压力、低油压、高油温、高排放温度、高过滤器压差等，一旦操作达到相应设定值就会报警然后自动停车。
润滑油选用CPI公司的食品级润滑油，这种油不仅润滑效果好而且在生产食品级二氧化碳时不会对产品造成污染。
因为原料气中会存在水分，这些水分同二氧化碳生成弱酸对设备有可能造成腐蚀，润滑油可以对设备进行保护，但是停车后这些水分会残留在压缩机腔内对机器、轴承等会有伤害，威特曼技术引入一时间继电器，同时微电脑处理器确保开车或停车时出入口阀门打开或关闭，当停车后经过程序控制自动打开自储罐来的干燥的气态二氧化碳（纯度＞99.9%）电磁阀对压缩机腔内进行吹扫置换，保护压缩机。

3.2. 二氧化碳干燥

传统的生产二氧化碳技术往往水分较高，威特曼技术确保水分可以很低，国标中规定二氧化碳级别分为：1.工业级是：优级品0.05%、一级品0.2%、合格品：0.4%；2.食品级是：优等品0.2%、合格品无要求。
比欧西内控标准要求水分低于20ppm，而实际生产中水分会很低，一般低于5ppm甚至低于1ppm。在装置中合理的设置水分离器将游离水在进入干燥装置前尽量的排出，湿的经过压缩的二氧化碳进入双塔干燥器干燥，双塔干燥器顾名思义就是设置同样的两个干燥器一开一备，一开一备的意义不是一般意义上的一开一备，是指一个塔为运行塔另一个是再生塔。
威特曼利用Flair公司技术应用Amloc编程技术处理进行干燥、再生连续生产，同时在双塔上设置露点监测，当露点达到一定数值或设备其中一个塔运行八小时时，会自动切换到另一个再生后的塔。塔的再生分以下几个步骤：卸压、加热、吹扫、增压、保持，经过这几个步骤后再生塔可以在几乎无水分的状况等待切换。
如果从干燥器出去的二氧化碳水分较高，水会因温度低在换热器和管壁上结冰，时间久不仅会造成产品质量不合格而且直接影响产量。

3.3. 二氧化碳提纯

在威特曼技术里提纯实际上是指在液态二氧化碳作为产品进入储罐之前将一些沸点高于二氧化碳的烃类物质排除，确保产品质量达到要求。
我们在工艺简图中可以看到回流冷凝器、汽提塔和再沸器，这三台设备组成为特殊的提纯装置。已经成为液态二氧化碳的半成品通过液体二氧化碳泵输入汽提塔，汽提塔内设置不锈钢金属填料，液态二氧化碳进入塔后气相部分会进入回流冷凝器，液相部分会自然流出汽提塔；回流冷凝器是一台管式换热器，壳程是从产品管线引入的液态二氧化碳，我们通过调压阀将其压力设置在6Bar，这种状态下壳程二氧化碳温度会达到-50~-70℉，所以从二氧化碳气相自汽提塔进入回流冷凝器后，因二氧化碳在20Bar压力下的野花温度大约是0℉左右，所以会有大量气相二氧化碳冷凝成液相，而烃类等不凝气通过放空排出；回流冷凝器中的气相二氧化碳会源源不断进入二氧化碳压缩机中间级重新利用。
再沸器是一台壳程是二氧化碳，管程式热氨的换热器。从汽提塔底部出来的液态二氧化碳一路作为产品输出，一路进入再沸器。威特曼在中国应用技术采用氨作为制冷剂，而氨压缩机出口的氨温度达到150~180℉，引一管路气态热氨进入再沸器，根据质量要求加减热氨量将液体二氧化碳加热后成气态二氧化碳进入汽提塔蒸出不凝气。
4. 结 语
威特曼技术生产出二氧化碳技术指标远远高于国标，其技术得到英国BOC公司的亲睐并广泛应用，因其质量优异稳定已经成为高标准食品行业如可口可乐、百事可乐等公司的首选供应商。
以下表格是国标与威特曼技术生产的二氧化碳比较：

项 目
工业级指标
食品级指标
优等品
一级品
合格品
优等品
合格品
二氧化碳含量
（V/V）% ≥
国 标
99.8
99.5
99.0
99.8
99.5
BOC标准
99.9
-
-
99.9
-
游离水含量
（m/m）% ≤
国 标
0.05
0.2
0.4
0.2
-
BOC标准
0.002
-
-
0.002
-

参考文献：
[1] 气体生产适用法规与标准 . 化学工业气体质量监督检验中心全国特种气体信息站 2002.10
[2] 二氧化碳产品质量控制手册 . 英国BOC公司 1996
[3] 二氧化碳全球IMSS文件 . 英国BOC公司 2001

作者简介：
常 宏（1969-），男。1990年毕业于沈阳化工学院精细化工专业，工学学士。现工作于大连比欧西二氧化碳有限公司。联系电话：[phone]。E-mail：Hong.Chang@