摘要:该文介绍了由抗高CO2竞争吸附干扰的、专用于食品CO2的T504水解催化剂与T103硫化氢精脱硫剂组成的JTL-1常温精脱硫新工艺在食品CO2中十年的工业应用以及THC-1脱烃催化剂的小试研究数据与首次工业应用结果。 关键词:食品CO2 精脱硫 脱烃催化剂 工业应用
1 前言
食品CO2是近年来发展迅速的行业,可用于饮料、烟丝膨化、超临界萃取、蔬菜保鲜等领域,传统的食品CO2主要用于饮料行业,由于应用领域的迅速拓展,目前用于饮料行业的仅占食品CO2总销量的30~40%。据一外国公司介绍,中国的饮料人均年需求量为美国的1/2.5,而中国的人口则是美国的5倍,因此中国饮料行业的年销售量应该是美国的12.5倍。据了解,美国用于饮料行业的食品CO2年销售量为约320万吨,保守的估算中国食品CO2的年需求量将可能会超过1000万吨,因此尚有很大的发展空间。过去中国的食品CO2标准很粗放,借与国际接轨,以求高的效益,现在很多食品CO2厂都开始执行国际饮料技术协会规定的质量标准(见表1)。
由表1可知,食品CO2的国际标准十分苛刻,指标共有22项,其纯度要求很高;杂质的含量很低,均为10-6(ppm)或10-9(ppb)级。食品CO2的原料气主要来自氮肥厂、石灰窑厂、发酵厂,由于氮肥厂的气源稳定,故外国公司乐意采用。我中心长期从事化肥催化剂与气体净化剂的研究,10年前就将开发的JTL-1常温精脱硫新工艺(即“夹心饼”新工艺)应用于食品CO2工业并跟踪该工业的发展,结合我国中小氮肥厂煤制原料气的特点,认为上述22项指标中最苛刻的是:
• 总硫(H2S+COS+CS2)≤0.1×10-6
• 苯含量≤0.02×10-6(即20ppb)
• 总烃含量(以CH4计)≤50×10-6(其中CH4≤30×10-6)
表2是我们调查食品CO2厂的原料气(来自以煤为原料的中小氮肥厂)或精制气中总硫、总烃与苯含量的数据,结果表明:
1)原料气中H2S含量波动很大,为1~500×10-6,决定于原料煤种,变换气中有无脱硫(湿法或湿法加干法)工段。
2)原料气中有机硫主要为COS,CS2含量在极大部份厂中可以忽略,COS含量为2~15×10-6,主要决定于原料煤种。总硫比食品CO2国际标准的指标(≤0.1ppm)高50~5000倍。
3)原料气中苯含量为2000~10000×10-9,比国际标准≤20×10-9超过100~500倍,总烃为800~3000×10-6,比国际标准≤30×10-6超过40~150倍。
4)表中E厂与F厂已设有JTL-1常温精脱硫新工艺,精制气中总硫含量仍超标,经调查系CO2负荷显著超标或精脱硫工段操作不当所引起。
综上所述,以中小氮肥厂的CO2原料气生产食品CO2时,精脱硫与脱苯脱烃的任务都相当艰巨,本文简要叙述我中心开发的常温精脱硫新技术与THC-1脱烃催化剂在食品CO2中的工业应用。
表1 食品CO2的国际质量标准[1]
序号
| 名称
| 控制指标
| 1
| 纯度(CO2)
| ≥99.92%
| 2
| 气味
| 无异味
| 3
| 气味和口味
| 水溶液中无异常气味和口味
| 4
| 水份
| ≤15ppm
| 5
| 总硫
| ≤0.1ppm
| 6
| 总挥发性碳氢化合物
| ≤50 ppm
(其中甲烷≤30ppm)
| 7
| 氧
| ≤30ppm
| 8
| 氨
| ≤2.5ppm
| 9
| 氮氧化物(NO+NO2)
| ≤2.5ppm
| 10
| 一氧化碳 (CO)
| ≤10ppm
| 11
| 氧硫化碳 ( COS)
| ≤0.1ppm
| 12
| 硫化氢 ( H2S)
| ≤0.1ppm
| 13
| 二氧化硫 ( SO2)
| ≤1.0ppm
| 14
| 不挥发残余物
| ≤10ppm
| 15
| 油份
| 不得检出
| 16
| 酸度
| 符合检验
| 17
| 磷化氢
| ≤0.3ppm
| 18
| 非挥发性残余物
| ≤10ppm
| 19
| 非挥发有机残余物
| ≤5ppm
| 20
| 乙醛
| ≤0.2ppm
| 21
| 芳香化合物,苯
| ≤0.02ppm(即20ppb)
| 22
| 水溶液外观
| 无色或无浊度
|
表2 食品CO2原料气(来自氮肥厂)、精制气中硫化物、
总烃与苯的含量(单位均为10-6)
厂名
| 气体
种类
| 硫 化 物
| 总 烃
(以CH4计)
| 苯
(10-9)
| 备 注
| H2S
| COS
| CS2
| A
| 原料气
| 300~400
| 10~15
| <0.1
| 未测
| 未测
|
| B
| 原料气
| 129
| 1.8
| 未测
| 760
| 2800
|
| C
| 原料气
| 总硫 7×10-6
| 2000
| 10000
|
| D
| 原料气
| 1.2
| 4.2
| 0.07
| 3020
| 5900
|
| E
| 精制气
| 总硫<0.3
| 100
| 2300
| 应用JTL-1精脱硫,但负荷超过2倍
| F
| 精制气
| 总硫0.4
| <20
| 60
| 应用JTL-1精脱硫,已2年未及时更换
|
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