罗志权，李 君
［恒力石化（大连）炼化有限公司，辽宁 大连116318］
［摘 要］恒力石化（大连）炼化有限公司200 kt/a食品级液体CO2装置（产能为180 kt/a高纯食品级液体CO2+20 kt/a超纯食品级液体CO2）原料气为低温甲醇洗系统CO2产品气，采用大连理工大学吸附精馏工艺。自2019年食品级液体CO2装置运行以来，因脱硫剂吸附效果较差，食品级液体CO2产品COS含量频繁超标。2022年6月以来，陆续采用了XLS-1/XLS-2型脱硫剂、XLS-3型脱硫剂、XLS-4型脱硫剂，均不尽人意；2024年4月更换为TS-201型脱硫剂，同步增设1台脱硫塔（T001C）串联在脱硫塔（T001A/B）之前，并实施了一系列有效的操作手段及优化措施后，液体CO2产品质量完全满足标准要求。实践表明，优质的脱硫剂不仅能保证液体CO2产品质量稳定，还能使工艺操作更加便捷，实现降本增效。
［关键词］低温甲醇洗CO2产品气；食品级液体CO2装置；液体CO2产品质量；脱硫塔技改；脱硫剂选型；效益分析
［中图分类号］TQ028.2 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2025）03-0061-04
0 引 言
恒力石化（大连）炼化有限公司（简称恒力炼化）20 000 kt/a炼化一体化项目之煤制氢甲醇车间的主产品产能为氢气40×108 m3/a、甲醇700 kt/a、食品级液体CO2 200 kt/a，前工序低温甲醇洗系统CO2产品气作为食品级液体CO2装置的原料气。自2019年食品级液体CO2装置运行以来，因脱硫剂吸附效果较差，食品级液体CO2产品中COS含量频繁超标，多次出现不合格产品。经系统性分析不同型号脱硫剂对食品级液体CO2装置运行的影响，从工艺操作、设备状况、工艺条件等方面总结出了一系列有效的操作手段及优化措施，最终产品质量达到最优。
1 食品级液体CO2装置概况
1.1 工艺流程简述
CO2原料气（低温甲醇洗系统CO2产品气）经CO2压缩机三级压缩后，压力达2.5 MPa，经稳压罐（V002）稳压后进入脱硫塔（T001A/B），通过脱硫剂脱除其中的H2S和CS2。经加压、脱硫后的原料气分成高纯食品级和超纯食品级两股物料，高纯物料进入第一套干燥床（T002A/B）中，经干燥床吸附水分、羰基硫和油脂后进入第一套吸附床（T003A/B）中；超纯物料进入第二套干燥床（T005A/B）中，经干燥床吸附水分、羰基硫和油脂后进入第二套吸附床（T006A/B）中。高纯物料经吸附床净化后，进入第二冷却器（E005）中，用7～12 ℃的低温冷却水降温，再进入第一预冷器（E006）中，用精馏塔（T004）顶的-50 ℃的气体进一步降温，然后进入釜式液化器（E007）中液化，继而直接进入精馏塔（T004）中，在塔顶排出H2、CO、N2、CH4等轻组分，由精馏塔塔底再沸器（E008）中得到高纯（CO2纯度≥9999%）食品级液体CO2产品，CO2液体产品由再沸器（E008，E008引用CO2压缩机出口原料气加热壳程的液态CO2，使液态CO2溶解的轻组分挥发至精馏塔塔顶排出）底部引出，经过过冷器（E010）降温后直接送成品罐（V004A/B/C）贮存，装车出厂。轻组分不凝气从精馏塔（T004）顶部冷却排出，作为冷吹气为脱硫塔（T001A/B）、干燥床（T002A/B）和吸附床（T003A/B）降温，然后由残气管道直接排空。超纯物料流程与高纯物料流程基本相同，产出的超纯CO2液体产品（CO2纯度≥99.999%）直接送至成品罐（V007）贮存，装车出厂。2024年4月，恒力炼化食品级液体CO2装置增设了1台脱硫塔（T001C），共3台脱硫塔（T001A/B并联运行，T001C串联在T001A/B前面）。
1.2 产品指标及系统运行情况
恒力炼化制氢甲醇车间食品级液体CO2装置设计产能为200 kt/a，包括180 kt/a高纯食品级液体CO2（CO2纯度≥99.99%）和20 kt/a超纯食品级液体CO2（CO2纯度≥99.999%），采用大连理工大学的“吸附精馏法”回收低温甲醇洗系统高浓度的CO2废气（CO2纯度≥98.5%），产出达到《食品安全国家标准 食品添加剂 二氧化碳》（GB 1886.228—2016）和国际饮料协会食品级CO2标准的产品——CO2≥99.99%、H2S≤100×10-9、CH3OH≤10×10-6、H2≤1×10-6、CO≤10×10-6、COS≤100×10-9、总烃≤50×10-6、N2≤2×10-6、水分≤20 μL/L、氧≤30 μL/L、油脂≤5 mg/kg、NO≤2.5 μL/L、蒸发残渣≤10 mg/kg。从近几年的运行情况来看，脱硫剂选型对食品级液体CO2产品质量影响较大，前后多次更换了不同型号的脱硫剂。
2 脱硫塔技改
原设计脱硫塔（T001A/B）为2台同规格的设备，为实现脱硫剂吸附脱硫—解吸再生过程自动（程控）轮换操作（12 h切换1次），配备了1台加热再生气（仪表空气）的电加热器（D001）。当T001A吸附脱硫时，T001B需再生，再生时长8 h；T001B出口再生气温度（TI0031）达100 ℃并恒温一段时间后，引入精馏塔（T004）顶的不凝气对脱硫剂床层冷吹4 h至床层温度降至常温（20 ℃左右）。
2024年4月，为使产品质量更佳，新增了1台脱硫塔（T001C），T001C装填TS-201型脱硫剂10 m3，T001C安装在T001A/B之前，T001A/B各装填4 m3脱硫剂。
3 脱硫剂选型对系统运行的影响
3.1 XLS-1/XLS-2型脱硫剂
2022年6月，脱硫塔（T001A/B）装填的是XLS-1（H2S吸附剂）/XLS-2（SO2吸附剂）型脱硫剂，脱硫剂中的有效物质是Mn、Fe，本炉脱硫剂使用时，T001A/B需走顺控程序，一台脱硫塔吸附脱硫时另一台脱硫塔用仪表空气再生，12 h切换1次，整个过程包括并行、泄压、加热、冷吹、升压，仪表空气消耗约35 km3/d（标态，下同），脱硫塔升降压时（压力由2.30 MPa→0.03 MPa→2.30 MPa），气体对脱硫剂的冲击力易造成脱硫剂颗粒粉化，也会因反向再生气体冲击力瞬间很大而造成脱硫剂床层的松动与磨损及脱硫剂粉化，双塔（T001A/B）13个程控阀经常动作，频繁出现卡涩，程控阀卡涩导致程序不能顺利往下进行，需经常联系仪表人员检查处理程控阀；正常生产时，中控人员需密切关注程序进行状态，及时进行下一步操作，否则易使产品质量下降。在原料气成分一定的前提下，本炉脱硫剂使用时，操作上也相对繁琐，不仅要消耗仪表空气，而且需要用电炉对用于再生的仪表空气进行加热（再生温度139 ℃），对设备耐高温的要求相对较高。
3.2 XLS-3型脱硫剂
更多内容详见《中氮肥》2025年第3期