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高效二氧化碳提纯回收装置的研究

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  【摘要】研究开发食品行业生产过程中所产生二氧化碳气体回收利用的成套应用技术,向食品行业提供高效能、高精度食品级二氧化碳气体回收利用成套装备,降低二氧化碳排放,提高二氧化碳气体使用效率,降低生产成本,提高经济效益,具有较好的社会、经济效益。通过本项目的研究,成功开发了高效二氧化碳提纯回收装置,回提纯精度达到国际先进水平,提纯回收装置实现了自主研发及生产,取代了国外同类进口产品。
  【关键词】高效;二氧化碳;提纯回收
  一、研发二氧化碳提纯回收装置的项目背景
  随着经济发展和能源供给矛盾的日益突出,节能减排已称为我国能源可持续发展的必由之路。近年来,二氧化碳作为一种主要的温室气体,其对自然环境的危害已经越来越为人们所重视。随着经济、社会的发展,不断增长的二氧化碳排放正日益引起人们的担忧,人类社会的可持续发展面临严峻的环境压力。另一方面,二氧化碳在机械、化工、农业、食品、医药、建筑、国防等领域又有着极其广泛的用途。因此,回收利用二氧化碳不仅有助于减少温室气体排放,保护环境,还可变废为宝,以实现节能减排具有深远的经济价值和社会意义。
  本项目旨在研究、开发食品行业生产过程中所产生二氧化碳气体回收利用的成套应用技术,通过本项目的研究开发和工程应用,向食品行业提供高效能、高精度食品级二氧化碳气体回收利用成套装备,帮助企业降低二氧化碳排放,提高二氧化碳气体使用效率,降低生产成本,提高经济效益,具有较好的社会、经济效益。
  二、国内外研究现状和发展趋势
  当前二氧化碳的回收利用在全球方兴未艾。目前全球回收的二氧化碳中,约40%用于生产化学品,35%用于油田三次采油,l0%用于制冷,5%用于碳酸饮料,其他应用占l0%。食品级二氧化碳发展近年来也十分迅速,特别是在饮料和啤酒、烟草、蔬菜等的防腐保鲜领域表现更为活跃。饮料和啤酒行业是食品级二氧化碳的最大消费市场,目前相对于世界发达国家,我国在该领域二氧化碳消费水平极低,根据美国可口可乐公司的研究,我国饮料年人均消费量仅为美国的1/25,这预示着其市场前景十分广阔。烟草行业目前已逐步采用食品级二氧化碳替代氟利昂进行烟丝膨化,也为食品级二氧化碳的应用提供了很好机遇。化工应用方面,近年来利用水泥窑、合成氨等装置尾气回收提取二氧化碳作为原料用于全降解塑料生产,在国内外得到广泛研究。我国以二氧化碳为原料,采用反应精馏酯交换技术,流程短,产品纯度很高,转化率、选择性和收率都接近百分之百。综上所述,具有显著节能减排效益的二氧化碳回收利用技术前景良好,相应的技术装备需求将长期存在。
  虽然二氧化碳的回收利用发展迅速,但目前我国传统食品及烟草行业中所使用的二氧化碳回收系统却基本来自于国外进口,国内针对此类设备的制造单位还寥寥无几,且技术水平较低,而目前国外此类系统的二氧化碳提纯精度最高已可达到99.998%,回收量达到了2000-3000kg/h,研究开发自主知识产权的高性能二氧化碳回收利用技术装备迫在眉睫。我公司通过本项目的前期研究,已成功开发了回收量为500-1500kg/h,提纯精度达到国际先进水平99.998%的二氧化碳回收系统,其中80%的设备实现了自主研发及生产,完全取代了国外同类进口系统产品。
  三、研制过程
  机组的开发,试制及投产过程严格按我司的《新产品开发/设计控制管理标准》来执行,标准的内容完全符合ISO9001-2000-质量管理体系的要求,设计试制过程主要如下:
  市场信息的收集及分析。根据市场信息反馈的情况,我公司对现役的同类机组使用效果进行了认真分析,了解国内外产品的先进水平。
  产品开发立项:在市场分析的基础上,公司立项开发具有国际领先水平的二氧化碳提纯回收成套装置,并成立相应的开发项目组。
  初步设计:在分析市场信息及竞争对手产品情况的基础上,项目组提出了初步的设计构思及方案,并组织通过了方案评审工作。
  工作图设计:根据公司任务书及设计方案的要求,项目组进行了产品的正式设计,并输出了产品图纸、工艺文件等相关技术资料。
  试制验证:图纸下发后,公司生产及品保部门组织进行了产品的试制及测试工作,试制及测试的结果表明产品开发相当成功,主要性能指标达到了设计开发任务书的要求,特别是产品提纯度指标达到国际领先水平。
  样机确认:根据样机的试制、试验结果,公司内部组织对二氧化碳提纯回收成套装置进行了确认和验收,会议肯定产品的开发,并得出结论:公司生产设备和检测装置能满足该产品的生产要求,关键工序设置合理,图样和工艺文件完整正确,能指导生产,可以小批量生产。
  定型投产:在完成产品改进后,产品经最终客户使用和正常运转时间后表明:产品运行可靠,提纯回收效果好。
  四、项目主要研究内容、项目研究成果、创新点
  研究内容:利用高效换热管,合理的布管,设计出高效的换热器。采用蒸汽作为能源直接加热,具有高效无噪音,运行稳定的特点。研究开发500kg/h、800kg/h、1000kg/h、1200kg/h四种规格的成套设备。
  研究成果:采用高可靠性的无油润滑压缩机,防止二氧化碳的二次污染,同时采用高效低温螺杆制冷机控制出口气体露点,且制冷机具有动态负荷调节功能,智能控制可实现以最小的不凝气排放获得最高的二氧化碳纯度,高效提纯能获得不低于99.998%的二氧化碳纯度。通过自行开发和引进、应用、消化国外先进技术相结合,最后达到完全自主设计、制造并不断创新。2013年2月开始制作样机,现在已经陆续成功开发了四种规格的成套设备。
  创新点:与现有国产技术装备相比较,本项目创新点有:
  1.采用高效吸附分离技术回收、提纯食品行业生产过程中产生的二氧化碳,实现重复利用。
  2.采用二氧化碳小温差冷凝传热强化技术。
  3.高效低温制冷系统技术的研究和应用。
  五、总结
  高效二氧化碳提纯回收装置的研制获得成功,在实际应用中也获得了良好效果,技术性能和可靠性达到了国际同类产品的水平。当然,研制成功只是第一步,还有许多工作要做,我们还将进行专题研究,进一步改进设计,使产品性能更加先进,质量更加可靠,为企业经济的发展做出贡献。
  参考文献
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