完美升级版食品级液体二氧化碳装置项目研究建议书.docx

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完美升级版食品级液体二氧化碳装置项目研究建议书

新建年产20000t国际标准级

液体食品CO2装置

项目建议书

目  录

1.项目建设的目的和意义...............................3

2.市场初步预测分析...................................5

3．产品方案和生产规模................................10

4．工艺技术初步方案..................................11

5．原材料、燃料和动力的供应.........................13

6．建厂条件和厂址初步方案...........................14

7．公用工程和辅助设施初步方案.......................15

8．环境保护..........................................16.

9．工厂组织和劳动定员估算..........................16

10．项目实施初步规划................................16.

11．投资估算和资金筹措方案........................17

12．经济效益和社会效益的初步评价...................18

13．结论与建议.......................................19.

1．项目建设的目的和意义

二氧化碳（CO2）是较丰富的化学物质之一，其来源分为天然的和化学反应过程中产生的两种。

CO2的物理状态有气态、液态、固态三种，在常温常压下是无色略带酸味的气体。

在标准状态下，一立方米CO2气体重1.9769Kg，在一个标准大气压下，其升华温度为-78.5℃，临界温度为31.1℃，临界压力为7.3967Mpa,相对分子质量为44.01。

不能燃烧，容易液化，密度是空气密度的1.53倍。

在临界温度以下加压，可使CO2气体液化为无色的液体CO2。

根据CO2质量，用途不同，可分为工业级和食品级二种，根据CO2物理状态又可分为气态、液态、固态（干冰）三种形式。

合成氨变换气中含有约27%的CO2，在合成氨之前必须将其脱除。

目前大部分生产厂家脱碳后的CO2均用来生产尿素、碳铵或其它用途。

但有些企业由于工艺流程限制及氨平衡的影响，CO2被大量放空，既破坏了生态环境，引起温室效应，又浪费了CO2这一宝贵资源。

2005年2月16日《联合国气候变化框架公约京都议定书》正式生效。

作为世界上第一个带有法律约束力的国际环保协议，它规定了工业化国家在2008年到2012年间把温室气体减排量在1990年的基础上降低5.2％。

因为气候变暖已经成为一个无法回避的问题，成为人类面临的最为严重的环境问题之一。

出现这种现象的原因是人类活动造成的温室气体的大量排放。

特别是以煤炭、石油为主的化工燃料的大量使用造成的C02污染快速增加造成的。

如果不采取积极的减排措施，气候变暖对经济发展，乃至人类生存都构成非常严重的威胁，成为社会发展的最大挑战。

目前全球每年排放大气的CO2约达80多亿吨,我国占10%左右,居世界第二。

中国在《京都议定书》中虽然属于发展中国家，但清洁发展机制与我国的利益关系紧密。

因此二氧化碳的回收利用十分重要,是贯彻中央的科学发展观、能源循环利用、加强环境保护、构筑社会主义和谐社会的一项重要工作。

实际上C02是一种可利用的宝贵资源,已被世界有关组织列为人类最亲和的气体之一,并已在化学工业、食品工业、机械加工、石油开采等领域大量应用，但目前全球C02年利用量不足1亿吨,这是一个很大的浪费。

我国的C02真正出路,是以3R（减量化Reduce、再利用Reuse、资源化Recycle）为原则,形成CO2产业结构链,达到循环经济的标准。

如今,大力开发利用CO2这一资源的热潮正在我国掀起,工业级与食品级液体C02。

的使用领域正在大力拓宽。

1.1工业级CO2主要用在：

1.1.1CO2气体保护焊：

CO2气体保护焊是我国焊接行业重点推广的技术项目之一，随着推广速度的递增，预计年增长幅度在10%左右。

1.1.2CO2灭火装置：

人们生活水平的提高，宾馆、高级住宅、汽车、企事业单位对CO2灭火装置得配置也大幅度增长，所以CO2在灭火器材中的用量也以年8--12%的幅度增长。

1.1.3CO2气肥：

CO2和水是植物光合作用的二种基本原料，农业生产产业化是农业现代化的唯一途径。

粮食基地、蔬菜基地的建立，为CO2作为气肥应用于农业开辟了新的领域，预计其增长幅度也在5%以上。

1.1.4C02目前在中药、食品、香料、石油化工、生物化工、石油开采等方面已取得突破性进展。

该技术作为一种新型低成本技术,将越来越受到人们的青睐,也为C02提供了用"武"之地。

1.2.食品级CO2主要用在：

1.2.1饮料和啤酒行业：

饮料和啤酒行业是食品CO2主要市场，目前我国饮料和啤酒消费量远远低于发达国家，随着我国人民生活水平的日益提高，这一行业对食品CO2的需求将会以每年25%以上的速度增长。

1.2.2烟草行业：

随着环保要求的提高以及对食品添加剂的严格要求，为食品CO2进入烟草行业提供了很大的机遇，液体食品CO2用于烟丝膨化可使每箱香烟节约2.5-3.0kg原料烟丝，而且烟丝膨化质量也有很大的提高。

卷烟行业以年产3000万箱计算约需CO2190万吨/年。

1.2.3防腐保鲜行业：

食品级C02或其制成的干冰还是食品、蔬菜、水果、水产品真正"绿色"产品防腐保鲜的首选,在速冻食品、冷藏运输、医疗冷冻、粮食的杀虫与贮存领域也可大显身手。

在氮肥生产过程中，C02作为副产品用于生产尿素、碳酸氢铵等化学肥料，但是由于产品结构的调整，出现了一定量的过剩C02排放。

随着液体CO2下游产业的高速发展，带动了液体CO2产业的发展，而氮肥企业在回收CO2方面具有技术优势和资源优势,因此越来越多的氮肥企业纷纷开始对过剩的C02加以利用。

河北xx化工有限公司是河北省一家以煤为原料的知名氮肥企业，经过近几十年发

展已达到18万吨总氨的生产能力，多项指标处于国内领先水平。

随着产品结构的调整,还有相当一部分富裕CO2气体放空（详见CO2物料平衡表）。

为充分利用CO2资源，提高企业效益,新上20000t/a国际标准级液体食品CO2装置,是一项投资少见效快的效益与环保双赢项目。

  随着二氧化碳应用领域的不断拓宽，市场发展前景越来越好，目前用于饮料、烟草、食品冷藏保鲜、焊接保护、发泡剂、植物气肥、消防等行业的需求强劲。

若以350公里为我厂CO2产品的服务半径，在此区域内，目前还没有高品质的CO2生产企业，整个河北省目前只有四.五家小型CO2生产企业,而我厂的生产能力远不能满足市场需求。

同时我厂脱碳改造项目完成后,CO2气体将有大量富裕，因此充分回收利用CO2，既可以满足日益增长的市场需求，给企业带来经济利益，同时，也减少温室气体排放，具有良好的环保效益。

2．市场初步预测分析

2.1．产品国内、外市场供需现状，近期、远期需要量及主要消费去向的初步预测

2.1.1国外对CO2利用的概况

美国是世界上最大的C02生产国和消费国,现有90多套生产C02装置,总生产能力约800万吨/年,主要为合成氨厂、石化厂、乙醇厂、天然气加工厂等副产C02。

美国C02生产装置的利用率在60%左右，近几年产量基本维持在450万t/a。

日本C02气体的来源主要是重油脱硫制氢工厂、合成氨脱碳、高炉炼铁、石化厂、酒厂副产品等。

日本C02生产能力为116万t/a,市场需求量约为100万吨,应用领域与美国相比有较大差别,近几年以每年8%～10%的速度增长。

西欧C02消费量约200万吨/年,其中80%以上为液体C02,C02气体来源主要以天然

气井分离的C02和合成氨厂副产C02为主。

在西欧各国中德国C02产量最大,有30余家液体CO2工厂。

西欧C02市场今后几年消费增长幅度估计在3%～4%。

国外CO2消费分布情况见表1.

区域    食品工业    饮料、啤酒    油气井操作    金属加工    钢铁    灭火、气雾剂    其他

美国    46％    20％    11％    5％    ——    8％    

日本    12％    17％        44％    12％        

西欧    68％        8％            

2.1.2国内对CO2利用的概况

我国拥有可以开发利用的CO2资源非常丰富。

主要来源为

（1）合成氨厂脱碳工序排放气；

（2）CO2气田气（3）酒精厂、啤酒厂排放废气；（4）制氢装置副产气；（5）石灰石锻烧窑气；（6）石油化工副产气。

70至80年代,国内合成氨厂、酒精厂开始回收利用C02,其生产规模均在3000吨/年以下，基本为自产自用或以销定产,当时国内CO2产销量不足3万吨。

90年代初,国内C02产销量迅速增长到20万吨以上,市场初具规模。

随着我国工农业经济的多元化发展,国内C02需求呈现快速增长。

至1997年底,国内50多家中型合成氨厂已建成了34套C02回收装置,总产能约23万吨/年,其中最小规模仅1000吨/年,最大规模为3万吨/年,万吨以上9套。

国内酒精厂、啤酒厂也有百余家安装了C02回收、精制装置,总生产能力达18万吨/年,其中最大规模为2万吨/年,大部分为1000吨/年；炼油厂、石化厂也建成或在建大型C02生产装置10余家,约占国内C02商品量的50%。

华东石油地质局利用江苏黄桥C02气田、东北石油地质局利用吉林万金塔CO2气田开发的南北两大气田气C02产品也先后投入市场,总生产能力在15万t/a以上。

2000年以后,发展更快。

预计今后几年平均增长消费速度为15%-20%。

国内C02市场需求量的快速增长,引起众多海外C02公司的高度重视,上述C02生产装置的迅速发展,与海外著名气体公司的参与密切相关。

近年,世界各大工业气体公司,如

英国的BOC公司、法国的法液空公司、美国的普莱克斯公司、CBI公司、日本的岩谷公司以及我国台湾的泾福公司等先后投资国内,在资源丰富、市场潜力较大的省市纷纷建厂。

其中英国BOC公司投资最大,在我国成立的合资公司最多,液体CO2的产量和市场占有率也最高。

BOC公司以其开发的新型C02生产设备作为资本投入方式，在我国已引进8套1万t/a的液体CO2生产设备,其中6套已在抚顺、大连、迁安、胶南、兴甲、资江等正式投产,世界三大工业气体公司之一的美国普莱克斯公司独自经营的固体CO2项目采用世界最先进的技术回收巴陵石化排放的CO2,第一期工程投资800万美元,设计生产能力3万t/a。

法液空公司和泾福公司则分别立足青岛、上海等重要沿海开放城市合资开发、经营CO2等工业气体产品,为提高市场占有率和竞争力,其规模也在不断扩大。

如林德和上海焦化合资拟建6万吨/年精制厂。

与国外公司的合作,使我国行业的整体技术水平上了一个台阶。

国内广州氮肥厂,江苏华扬液碳公司在九十年代采用催化氧化法净化CO2生产获得成功,催化剂和设备均立足国内,流程简单,自动化水平较高,成本大幅度降低,产品质量可达到国际标准。

2.1.3国内CO2消费分布和结构

我国国内市场需求量、消费结构各省市差别较大。

沿海开放城市、经济发达省份需求量较大,其消费结构因各省市工业结构不同而不同。

费增长估计在10%左右。

其中碳酸饮料占27.77%;啤酒7.36%;冷冻7.61%;干冰17.4%;卷烟10.67%;焊接占25.28%;粮食包装储运占11.05%;其他用途6.52%。

江苏省CO2市场和结构与广东基本相似。

而上海C02年消费在5万吨/年以上,近几年年均增长在11%左右。

山东现拥有CO2生产能力在年产10万吨左右,其中啤酒和碳酸饮料占30%;烟草30%冷冻、冷藏15%;焊接10%;油田驱动6%;气体肥料6%;医药、消防等3%。

东北地区主要用于焊接35%,油田驱动气21%,饮料和啤酒22%,大棚蔬菜用气体肥料18%,其他用途4%。

浙江现有CO2主要使用有：

工业气体保护焊领域，约达整个浙江市场的60-70%左右，主要分布在宁波、舟山、温州、台州等沿海工业、造船业发达的城市；其次是食品加工领域，如：

啤酒、饮料生产、烟丝膨化行业。

主要分布在杭州、温州、宁波等地。

有国际标准级（食品饮料协会（可口可乐）标准）产品。

目前河北省内及周边山东省CO2生产厂家仅有几家,且装实际上大多数省内及周边地区山东等生产厂家、供应商的CO2产量低,品质不高、且质量不稳定，因此，主要都销向工业领域。

CO2食品加工行业高端市场基本被上海、江苏等地的林德、岩谷、普莱克斯等外资公司占据。

年间年均增长率最高为集装箱运输20%,其次为干冰19%，冷冻和冷凝16%，粮食包装16%，粮食储存12%，卷烟11%，焊接10%,啤酒8%,饮料5%，其他用途9.60%。

2.2.CO2消费趋势

饮料和啤酒是食品级CO2的主要消费市场,根据美国可口可乐公司提供的最新数据,目前我国饮料和啤酒年人均消费量只有5kg,远远低于发达国家150kg的年人均消费水平。

中国饮料年人均消费量仅为美国的1/2.5,而中国人口是美国的5倍,因此中国饮料消费量应是美国的12.5倍。

饮料对食品级CO2的巨大需求,预示着其市场前景的十分广阔。

据统计,目前美国C02年需求总量已达450万吨,其中食品级C02为320万吨,而我国目前C02年总产量不足100万吨。

按美国人均消费水平估计，我国食品级液体CO2需求量将达到数百万吨。

随着我国人民生活水平的不断提高,饮料行业对CO2的消费量年均增长速率将会超过25％。

饮料对食品级CO2的巨大需求,预示着其市场前景十分广阔。

烟草行业也为食品级C02的应用提供了很好机遇,随着环保要求提高以及对食品添加剂要求更趋严格,目前已逐步采用食品级C02替代氟利昂进行烟丝膨化。

采用食品级C02膨化的烟丝不仅质量好,而且可使每箱香烟节约2.5-3.0kg原料烟丝，浙江卷烟厂已经在2001年将原氟利昂膨化设备全部改成了CO2膨化设备，我国不少烟厂近两年都相继将原来的氟利昂膨化设备改为CO2膨化设备，卷烟行业以年产3000万箱计算约需CO2190万吨/年。

因此CO2在烟草工业具有十分良好的推广前景。

食品级C02或其制成的干冰还是食品、蔬菜、水果、水产品防腐保鲜用"绿色"产品的首选,另外在储存速冻食品、冷藏运输、医疗冷冻等领域也可大显身手。

CO2气体保护焊一直是我国重点推广的技术项目之一，CO2气体保护焊与其它焊接方法相比，具有焊接成本低；生产率高；焊接变形小；适用范围广等优点。

是一种高效节能新工艺,现占CO2消费量的20％左右，是我国CO2第二大消费市场。

今后五年，该行业用气量预计增长在11％左右。

C02超临界萃取技术在中药、食品、香料、石油化工、生物化工、环境化工等方面已取得突破性进展。

作为一种新型低成本、易分离萃取技术,将越来越受到人们的青睐,为食品级C02也提供了用"武"之地。

CO2消费市场潜力很大，不少领域才启动或正在开发应用，如：

（1）用CO2作气肥可促进农作物生长，提高产量，改良品种。

（2）用作CO2果蔬保鲜剂。

（3）CO2用作油田助采剂。

（4）代替氟氯烃用作发泡剂。

（5）用于污水处理。

（6）用于生产无机化工产品，其产品广泛用于冶金、化工、建材、轻工、电子、医药、机械等行业。

（7）在有机化工方面的应用。

（8）用于超临界清洗。

（9）作为防腐剂

另外超临界CO2还可用于染色织物、于燥剂、反应促进剂、玻璃制造中的防裂剂、生产聚合物。

随着我国经济的腾飞和人民生活水平的日益提高,对CO2的需求量将会不断增加,市场前景一直看好。

2.3．产品销售和市场前景的初步预测

2.3.1.发展趋势

液体CO2消费市场潜力较大，常规用量将会进一步增加，新的应用领域不断涌现。

我公司在地理位置上有较大优势，北京、天津、石家庄、济南及环渤海城市等用量较大的地区和周边山东、山西、河南部分地区都处于我们的销售半径内；生产条件上，我们有较先进的生产设备，拥有充足、稳定、品质较好的气源及有力的技术支持。

因此，我厂产品在货源的稳定性、价格、运输上都有较好的竞争力。

当前，我们首要问题应首先实现进入市场，进而逐步进军高端食品市场，在高端市场占有一席之地，提高产品附加值，打响产品知名度。

2.4．产品价格的现状及销售价格初步预测

2.4.1.我国CO2价格各地差距较大,由于我国CO2市场形成较晚（真正形成为90年代,跨国公司来投资CO2生产厂以后）,加上CO2产品需要保温、保压条件下运输,目前还没有形成全国统一的市场格局,其价格因地域不同而高低悬殊。

2003年,市场比较活跃的地区,如广州、深圳市场价格高达1500～2000元/吨,山东、上海、江苏等地价格一般在1000元/吨左右。

在一些欠发达地区,则仅有500～600元/吨。

全国平均价格为700～800元/吨。

随着我国CO2生产能力的逐年扩大,一些大的生产厂家和用户正在努力改善贮运装置,适于长距离运输的大型槽车越来越多,全国统一的大市场在2-3年内即将形成,一些小型生产厂将会逐渐被淘汰,具有一定实力、又善于经营的合成氨厂、酒精厂、石化厂、气田厂将分庭相争,合成氨厂因资源丰富，质优、成本低,在市场竞争中将处于优势地位。

元计算，400公里运费为300元左右每吨），液体CO2的最佳销售半径应在400公里以内。

3．产品方案和生产规模

3.1．产品质量指标及拟建规模

产品方案：

国际标准级食品级液体CO2；

产品规模：

20Kt/a；63t/d；

  产品质量：

符合国际饮料协会液体CO2质量标准。

具体质量标准见附表。

3.2.对生产规模的初步分析

  我厂正在实施的产能扩建后，日产液氨将达520t/d,尿素达760t/d,现有装置副产CO2回收率以70%计每天达43万m3，按尿素装置760t/d计算，消耗CO230.5万m3，剩余CO2资源可生产液体CO2约6万吨。

可以满足3万吨液体CO2装置的需求。

CO2气体平衡表见下表：

CO2气体平衡表

物料    现有装置

总CO2    可回收的CO2以70%计    多余混合气    尿素装置消耗的CO2    CO2剩余资源

                    回收    多余

按小时计算（m3）    26000    18200    7800    12700    2600    2900

按年计算（万m3）    18720    13104    5616    9144    1872    2088

注：

1、1t液体大约消耗630m3气体。

  因此，根据市场需求和我厂资源现状，新建液体CO2装置规模拟定为20kt/a，并预留扩建余地。

4．工艺技术初步方案

4.1．原料路线和生产方法简述

原料气采用合成氨和甲醇生产中副产的CO2气体，根据同类厂对净化原料气的分析，其组成如下：

组  分    含  量        组  分    含  量

CO2    98.4%        H2S    未检出（≤0.01mg/m3）

CO    0.3~0.4%        甲苯    6.3mg/m3

O2    5PPm        邻二甲苯    0.24mg/m3

总烃（甲烷）    0.14％（1400PPm）        COS    46mg/m3

苯    5.8mg/m3        SO2    未检出（≤0.01mg/m3）

对、间二甲苯    2.7mg/m3            

从以上气体成分看，总烃达1400PPm，芳香族物质15.04mg/m3，均是国际标准的七百倍以上。

需增加脱烃净化装置，将烃、苯及其他含氧有机物在较低温度下燃烧，使之符合可口可乐标准，由于脱烃催化剂对硫非常敏感，要求进脱烃前的气体含H2S＋COS<0.1mg/m3，且产品质量标准对硫也有严格要求，因此在工艺中需增加有机硫水解和精脱硫装置。

本方案采用xxxxxxxxxx专有技术[催化氧化法国际标准食品二氧化碳生产技术]，该技术操作成熟，技术可靠。

该技术与目前国内同类技术相比具有很多先进性;

（1）采用目前国际上公认的新型催化氧化净化技术,催化净化塔采用新型内冷却单元,使床层温度分布均处于适宜的反应区域,正常生产热量平衡,减少了电炉使用量,延长了催化剂寿命,降低了消耗;

（2）设置了新式塔外换热器,杜绝了塔内换热式结构反应装置因换热器漏而造成的产品不合格和催化剂寿命短的缺陷;

（3）采用冷量自平衡式精馏提纯装置,无需外供冷媒,装置冷量自平衡,能耗大幅下降;

（4）采用中科院己成功运行多年的催化氧化配套铂钯催化剂。

（5）具有数家工业化生产的实例,产品品质经大连化学工业气体质量监督检验中心检验多项指标优于国际饮料技术协会标准。

工艺流程框图如下：

              工艺流程框图：

CO2气来自脱碳装置

工艺流程如下：

合成氨脱碳排放的原料CO2气通过水洗塔，除去原料气中夹带的脱碳液以及大部分水溶性杂质。

洗涤后的气体经压缩机压缩至3.1Mpa进入系统。

经粗脱脱除H2S,再经精脱硫脱去有机硫和无机硫，使气体中H2S＋COS<0.1mg/m3。

经过滤器滤去油污和杂质。

加入适量氧气（或空气）后气体送脱烃塔，脱烃塔设置塔前换热器回收热量,通过脱烃塔将烃、苯及其他含氧有机物在适当温度下氧化脱除，反应温度由脱烃塔内部电炉维持。

出脱烃塔的气体经换热去水冷及分离初步除去其中的水分，再用提纯塔放空的气体进一步冷却除湿，最终经干燥塔脱除水分，达到指标要求。

净化后的气体经过滤，由氨蒸发器冷凝成液体CO2，随后减压到2.5Mpa～2.2Mpa，送提纯塔，出提纯塔的液体CO2已符合质量要求经氨冷器过冷后送往贮槽。

提纯塔内的气体经塔顶冷凝器回收部分CO2，作为提纯塔上部的回流，其余不凝气体减压先与提纯塔冷凝器的液体CO2换热，再用于脱烃后气体的冷却除湿，回收冷量，再经加热，用于吸收水分饱和后的干燥塔再生。

装置脱烃所需的氧气由制氧装置提供,也可采用加空气方式。

该技术采用中低温精脱硫技术，然后利用催化氧化的原理，催化氧化脱烃净化，将原料气中的所有可燃性杂质在催化剂存在下与氧发生燃烧而加以脱除，特别是那些沸点比二氧化碳高的有毒有害杂质，如多碳烃、醛、醇、苯等含氧有机物，由于燃烧反应彻底，燃烧后产物是水和二氧化碳，为这些杂质彻底去除提供了技术保证，最后通过专用新型自回流型提纯塔经低温精馏提纯分离杂质，产品质量完全可以达到国际饮料协会标准。

非标设备表                                            

序号    设备名称    数量    备  注

1    一级脱硫塔