本文结合合成氨工厂实际情况,针对合成氨脱碳气产生的二氧化碳废气进行了模拟研究。首先,对低温冷凝精馏法制取食品级二氧化碳流程在PRO Ⅱ软件上搭建了模型,对低温精馏法采用高、中、低压进行了讨论。通过对操作压力、冷凝温度、产品产量、二氧化碳回收率和单位能耗之间的讨论,确定了中压法制取食品级二氧化碳的方案,并由操作压力确定了工艺流程的主要参数:低温精馏工艺合适的压缩压力为3230 kPag,此压力下冷凝温度为-10℃。以此为工艺核心参数的工艺流程单位能耗最低,回收率最高。对精馏塔的理论板数进行了灵敏性分析,兼顾能耗和经济性指标的情况下,确定了较优的理论板数为10块。基于优化后工艺流程的各项主要参数,模拟了原料为8000 Nm3/hr脱碳气的食品级二氧化碳工艺流程和工业级二氧化碳流程,得出了装置的产量和单位能耗。随后,研究了进料组成中二氧化碳浓度的变化对装置的影响,评估了装置对原料变化的灵活性,考虑二氧化碳浓度有正负6%波动的情况下,回收率和单位能耗变化均小于6%,说明工艺流程对原料二氧化碳的浓度具有较好的适应性。最后,在成熟的低温精馏工艺的基础上,研究了取消氨制冷压缩机、采用二氧化碳热泵制冷循环的新工艺,对二氧化碳制冷压缩机的可行性进行了探讨。模拟结果表明,二氧化碳闭式热泵制冷循环能够作为本工艺的制冷机组,尽管能耗略有增加,但二氧化碳作为工作介质的制冷循环仍有很大的研究潜力。综上,本文通过合成氨脱碳气冷凝回收制取食品级二氧化碳工艺进行了设计、模拟计算、优化流程,得到了可行的工艺方案,对实际的工业实施具有一定的指导意义。