年产5万吨食品级二氧化碳项目建议书.docx
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年产5万吨食品级二氧化碳项目建议书
赤峰瑞阳化工有限公司
年产50000吨国际标准食品级液体CO2
项目建议书
赤峰瑞阳化工有限公司
二〇一三年八月十八日
目 录
1.项目建设的背景和必要性...............................3
2.市场初步预测分析...................................7
3．产品方案和生产规模................................16
4．工艺技术初步方案..................................16
5．原材料、燃料和动力的供应.........................20
6．建厂条件和厂址初步方案...........................20
7．公用工程和辅助设施初步方案.......................20
8．环境保护..........................................21
9．工厂组织和劳动定员................................21
10．项目实施初步规划................................21
11．投资估算和资金筹措方案........................22
12．经济效益和社会效益的初步评价.......................23
13．结论与建议.........................................24
1．项目建设的背景和必要性
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，CO2气体密度1.9769Kg/Nm3，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质量和用途的不同，可分为工业级和食品级两种，根据CO2物理状态又可分为气态、液态、固态（干冰）三种形式。
在以玉米为原料生产酒精过程中，其发酵工序产生大量二氧化碳，理论上每吨酒精可以产生0.955吨二氧化碳。
但有些生产企业由于工艺技术限制或顾及销售市场的影响，CO2被大量放空，如果我公司搬迁工程扩建酒精到8万吨/年，理论上产生二氧化碳76400吨/年，如果不回收或少回收，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、石油为主要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必要,是贯彻落实科学发展观、资源综合利用、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、石油开采等诸多领域大量应用。
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,达到清洁生产和循环经济的标准。
如今,我国正在掀起大力开发利用CO2这一资源的热潮,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主要用途
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，占二氧化碳市场的20%左右，并以每年10%左右的幅度增长。
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目前在医药、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主要用途
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，贵州开磷集团合成氨厂的二氧化碳专供烟草。
液体食品级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。
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，而发酵行业在回收CO2方面具有质量优势和资源优势,因此越来越多的酒精企业纷纷开始对过剩的高纯度C02加以回收利用。
回收利用CO2资源，把企业每个产品做到极致，提高企业产业链效益,是一项投资少见效快的效益与环保双赢的项目。
由于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400公里为我公司CO2产品的销售半径，在此区域内，目前通辽开鲁利牛公司有酒精生产，本工业园区的恒升淀粉和宁夏伊品属于淀粉发酵企业，但他们并没有回收CO2，赤峰市燕京啤酒的CO2自产量还不足以自用，更没有高品质的CO2产品。
赤峰市附近目前只有联谊气体生产液体CO2,而联谊气体的气源是我公司酒精副产物，年回收量1.2～1.3万吨左右（回收率不足50%），生产能力远不能满足市场需求。
该公司象征性的给我们企业缴纳30万元/年左右的资源费，相当于23元/t，约等于其产品销售价的5%～6%。
因此，我公司在CO2这块资源效益损失较大。
同时我公司搬迁扩能改造项目完成后,CO2气体产生量大，通过工艺技术改造，提高二氧化碳回收率，年回收量可达45000～50000吨左右，年新增销售收入在2400万元～2500万元左右（按食品级市场价600元/t计）。
既可以满足日益增长的市场需求，也为我公司酒精板块经济效益开辟一大利润来源。
同时从搬迁项目全局来看，减少温室气体排放，也具有良好的环保效益。
综上所述，我公司自己回收C02尤为必要。
2．市场初步预测分析
2.1．产品国内外市场供需现状，近期、中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、酒精厂、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、酒精厂、啤酒厂副产品等。
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2-1
区域
食品
工业
饮料、
啤酒
油气井操作
金属
加工
农业
气肥
灭火剂
气雾剂
其它
美国
46%
20%
11%
10%
6%
7%
日本
13%
17%
44%
15%
7%
4%
西欧
55%
18%
7%
12%
5%
3%
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、淀粉等发酵行业排放气；
（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年产销量迅速增长到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2007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,万吨级以上装置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10万吨/年,大部分为10000-30000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。
2010年以后,发展更快。
预计今后几年平均消费增长速度为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C02行业,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5万t/a的液体CO2生产设备,其中6套已在辽宁抚顺、大连、河北迁安、山东胶南、重庆兴甲、湖南资江等正式投产。
世界三大工业气体公司之一的美国普莱克斯公司独家经营的固体CO2项目采用世界最先进的技术回收中石化湖南巴陵石化公司排放的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。
如林德与上海焦化合资拟建6万吨/年CO2精制厂。
通过与国外公司的合作,使我国CO2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区工业结构不同而不同。
广东省CO2市场较活跃。
全省CO2生产能力在20万吨/年左右。
1997-2006年间CO2年均消费增长估计在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%。
华东地区CO2市场和结构与广东基本相似。
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。
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。
华北、东北地区CO2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%。
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%。
河北省市场上质量指标主要执行为GB/T6052—93（工业级）、GB10621-89（食品级），尚未有国际标准级（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3家,且装置多属八、九十年代产品,供应商货源大多称产品能达到国标GB10621-89食品级要求，但是实际上大多数省内及周边地区等生产厂家、供应商的CO2产量低,品质不高、且质量不稳定，因此，主要都销往工业领域。
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。
从消费领域来看,今后几年仍以饮料、食品保鲜、卷烟、焊接为主。
从增长速度来看,2010-2015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安全要求更趋严格,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，我国不少品牌烟厂如上海大中华、湖南芙蓉王、江苏南京等企业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超临界萃取工艺技术在中药、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（北方寒冷地区）。
（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、干燥剂、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、河北、辽宁及环渤海城市群等用量较大的地区都处于我们的销售半径内；生产条件上，我们有拥有充足、稳定、连续、高品质的气源优势。
因此，我公司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，特别是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,跨国公司来我国投资CO2生产厂以后）,加上CO2产品需要保温、保压条件下运输,目前还没有完全形成全国统一的市场格局,其价格因地域不同而相差悬殊。
2010年以前,市场比较活跃的地区,如广州、深圳市场价格高达1800～2000元/吨,山东、上海、江苏、大连等地价格一般在1200元/吨左右。
在一些欠发达地区,则仅有500～800元/吨。
2010年以后，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近两年内逐步形成,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,酒精等发酵企业因资源丰富，质优、成本低,在市场竞争中将处于优势地位。
目前，全国食品级CO2平均价格为700～800元/吨。
液体二氧化碳市场价格咨询表2-2
提供单位
品质
出厂价元/t
产能t/a
气源方式
销售方向
酒精在线网
食品级
700
工业级
400
贵州开磷
食品级
1000
3000
合成氨
烟草添加剂
工业级
500
60000
保护焊
河南华冠
食品级
700
50000
酒精发酵
果蔬、烟草
高纯级
1500
50000
饮料、食品
工业级
450
100000
焊接、气肥
天津联博
食品级
1100
20000
合成氨
烟草、食品
工业级
500
保护焊
山东九九
食品高纯
750
20000
酒精发酵
饮料、食品
工业级
500
150000
染料、焊接
内蒙古利牛
工业级
450
15000
酒精发酵
生物化工
吉林阜康
食品级
850
10000
果蔬、食品
工业级
550
100000
焊接、气肥
成都天成
食品级
800
20000
酒精发酵
烟草、食品
工业级
500
50000
保护焊
2.5 区域市场价格分析
赤峰市周边地区液体CO2在工业领域销售价位，基本在450-550元之间（不含运输费）；北京、天津地区高端食品行业和卷烟厂价位约为800-1000元左右。
根据液体CO2运输费用（每吨公里0.5元计算，500公里运费为250元/吨左右），液体CO2的最佳销售半径应在500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：
国标食品级液体CO2；
产品规模：
50000t/a；166t/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
我公司正在实施整体搬迁计划，搬迁后酒精实际产能将扩建到80000t/a，日产酒精将达266.7t/d,副产CO2综合收率若以70%计年产达53480吨，保守估计也能达到50000吨/年。
因此，根据市场需求和我公司资源现状，新建液体CO2装置规模拟定为5万t/a（食品级）是完全可以实现的。
4．工艺技术初步方案
4.1．原料路线和生产方法简述
原料气采用酒精发酵过程中副产的优质CO2气体，根据同类厂对净化原料气的分析，其组成如表4-1：
组分
体积比%
备注
CO2
96.4
CO
0.30
O2
0.48
N2
2.10
CH3CH2OH
0.7
CH4
0.015
SO2
0.005
从以上气体成分看，可压缩的CO2气体占96.4%，但是，由于食品添加剂对硫非常敏感，且产品质量标准对硫也有严格要求，因此在工艺中需增加精脱硫装置。
我公司拟采用的工艺流程如下方框图：
CO2自酒精发酵来
图4-1液体二氧化碳生产工艺流程图
流程简述如下：
流程一：
酒精发酵罐排放的原料CO2气经引风机抽出，通过淡酒回收塔、水洗塔，除去原料气中夹带的含酒液回收酒精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。
经再经精脱硫塔脱硫，使气体中SO2<0.001mg/m3。
再经过滤器滤去油污和杂质。
出塔气体经换热去水冷却器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，其余不凝性气体减压先与提纯塔冷凝器的液体CO2换热，再用于脱硫后气体的冷却除湿，回收冷量，再经加热，用于吸收水分饱和后的干燥塔再生。
流程二：
以含量大于85%的CO2气先经原料气缓冲罐稳压后进入压缩机压缩，从压缩机二级出口出来的原料气在～1.0Mpa压力下进入脱硫和预处理系统，经净化后进入压缩机三级进口压缩至4.0MPa。
压缩后的气体经冷凝系统（液氨制冷介质）的蒸发冷凝器由常温降至-18℃进入提纯塔，在提纯塔釜中获得高纯度液体CO2并送至液体CO2储罐。
从提纯塔顶部出来的不凝性气体经换热器回收冷量后作为预处理工序的再生气，排放出来的废气就地放空。
一般来说，以淀粉质为原料的酒精发酵气中二氧化碳的浓度可达到99%以上，纯度较高，气源稳定，回收工艺相对简单。
虽然含有少量的其它杂质（含量体积分数分别为：
醇类0.3%、醛类0.05%、有机酸类0.03%～0.04%、酯类
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