天然氣制氫裝置中的CO2回收利用

張晨旭

摘要：隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，二氧化碳被大量地用作廢氣的排放，對自然環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞。世界二氧化碳年排放量超過20Gt，我國二氧化碳年排放量超過230Mt，在全球排名第22位。為了保護(hù)人類免受全球變暖的威脅，1997年2月149個國家和地區(qū)的代表在日本京都通過了《京都議定書》，限制發(fā)達(dá)國家的溫室氣體排放，以遏制全球變暖。

關(guān)鍵詞：天然制氫裝置;CO2;回收利用

前言：

二氧化碳是一種儲量豐富、效益高的資源，廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)、機(jī)械加工、石材開采、化工等行業(yè)。然而，遺憾的是，由于回收二氧化碳的措施不當(dāng)，每年回收的二氧化碳很少。目前世界二氧化碳使用量不足100萬噸，不僅造成了嚴(yán)重的空氣污染，而且造成了可怕的溫室效應(yīng)，浪費(fèi)了寶貴的碳資源。美國國家氣象局的測量表明，空氣中的二氧化碳含量以每五年1.36%的速度增加，預(yù)計到2030年，氣體中的二氧化碳含量將增加一倍，使地球的平均溫度提高1.5～4.5oCtl。因此，控制二氧化碳排放以及回收、再循環(huán)和再利用所排放的二氧化碳已成為世界各國的重要問題。

一、二氧化碳的物理化學(xué)性質(zhì)

二氧化碳是一種無色、無味、無臭、無毒、不可燃的氣體，標(biāo)準(zhǔn)濃度為1，977千克/米，比空氣重，在水溶液中呈弱酸性?？諝庵械亩趸己繛?.03%。如果含量超過1%，將危害人體健康。如果含量達(dá)到4%到5%，就會使人上氣不接下氣，頭暈?zāi)垦！６趸纪ǔＨ苡谒w積比1：1，部分產(chǎn)生碳酸，二氧化碳在水中的溶解度隨壓力的增加而增加。

二、二氧化碳的利用

（一）機(jī)械式保護(hù)焊

與其它方形焊接方法相比，二氧化碳的電弧焊接具有焊接成本低、生產(chǎn)效率高、焊接形狀小等特點(diǎn)。適用于大型船殼、壓力電容器、化工設(shè)備、重型機(jī)械、精密車床等的保護(hù)焊接。

（二）碳酸飲料

二氧化碳可以延長飲料的保質(zhì)期，為飲酒者提供涼爽、清涼的感覺。飲料業(yè)是我國二氧化碳的主要消費(fèi)市場。據(jù)報道，高級碳酸飲料每年消耗80至100kt的可食用二氧化碳。

（三）石油開采

在一次采油和兩次采油之后，老油井可解壓縮為二氧化碳，以便第三次采出剩余的巖石石油。超臨界二氧化碳在高壓下滲入地層死角和邊緣，增加了剩余油的流動，使其流出油井。它不僅可以提高原油產(chǎn)量，而且還可以提高原油的采收率。

（四）生物提取

超臨界流體是一種溫度和壓力高于臨界值的流體，即壓縮到接近流體密度的氣體。超臨界流體具有獨(dú)特的熔融性、傳質(zhì)速度快、密度高等特點(diǎn)?；谄鋬?yōu)異的溶解度和傳質(zhì)特性而發(fā)展起來的物質(zhì)提取分離技術(shù)被稱為超臨界流體萃取技術(shù)。丙烷、乙烷、氟利昂和許多其他有機(jī)物質(zhì)可用作超臨界流體。由于二氧化碳容易達(dá)到超臨界狀態(tài)，具有價格低廉、化學(xué)穩(wěn)定性好和容易分離等優(yōu)良的潛力，因此實(shí)際應(yīng)用應(yīng)該是最普遍的。超臨界二氧化碳萃取是以二氧化碳邊界層氣體為溶劑，從熱敏感、揮發(fā)和氧化中分離出來的一種高值組分。該技術(shù)主要應(yīng)用于醫(yī)藥、化妝品和食品的分離和精制、環(huán)保工程、超細(xì)粉等領(lǐng)域，具有良好的市場前景和經(jīng)濟(jì)效益。

（五）煙草生產(chǎn)

二氧化碳的液態(tài)消費(fèi)可用于煙草的膨化處理，不僅可以提高煙草的質(zhì)量，而且可以節(jié)省5%-6%的煙草。因此，二氧化碳在煙草行業(yè)的應(yīng)用是非常有前景的。

（六）農(nóng)業(yè)施肥

二氧化碳可用作覆蓋層的氣肥，并將二氧化碳?xì)怏w注入塑料棚屋，這些棚屋可用于加速光合作用，使作物早熟并提高產(chǎn)量。

（七）保鮮

目前，國際上廣泛采用液態(tài)二氧化炭、干冰速凍和二氧化碳?xì)怏w調(diào)節(jié)等方法儲存食品，延長了食品的保質(zhì)期，保持了食品的新鮮度。

（八）滅火

二氧化碳滅火裝置具有滅火性能強(qiáng)、速度快、應(yīng)用范圍廣、不污染環(huán)境等特點(diǎn)。

（九）化學(xué)合成工業(yè)

二氧化碳與氫、甲烷、水和甲醇反應(yīng)生成甲醇、碳?xì)?、合成氣、羧酸二甲酯等?/p>

三、二氧化碳回收技術(shù)

我國二氧化碳的來源是：發(fā)酵廠（如白酒、啤酒廠）排出的廢氣、合成氨廠脫氧過程排出的氣體、制氫廠排出的副產(chǎn)品氣體、方解石排出的窯氣和石化產(chǎn)品排出的副產(chǎn)品。目前，分離和回收二氧化碳的工業(yè)方法包括：吸附劑吸附（包括物理吸附和化學(xué)吸附）、變壓吸附、吸附蒸餾、低溫蒸餾、膜分離、催化燃燒和結(jié)合工藝。溶劑萃取法適用于二氧化碳含量較低的氣體，分離效果較好，但能耗和投資成本較高。變壓力吸附法是一種能耗低、操作簡單、不存在腐蝕問題的新型氣態(tài)混合物高效分離方法，已逐漸成為一種具有競爭力的二氧化碳分離和回收技術(shù)。當(dāng)原生氣體中的二氧化碳純度超過90%，并且只含有少量輕質(zhì)成分和其他雜質(zhì)時，吸附劑通過蒸餾吸收雜質(zhì)并分離輕質(zhì)成分，食品級二氧化碳產(chǎn)品可由高純度的液體體獲得。吸附精餾法工藝簡單，能耗低，操作方便，安裝投資少，純度高，生產(chǎn)成本低且經(jīng)濟(jì)效益好。該技術(shù)可用于回收提煉的二氧化碳，以達(dá)到或超過食品級標(biāo)準(zhǔn)，并可動態(tài)調(diào)節(jié)工業(yè)或食品級產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，市場應(yīng)變得強(qiáng)大。低溫精餾裝置具有投資大、能耗高的特點(diǎn)。適用于高濃度二氧化碳的分離，但成本太高。膜分離技術(shù)具有技術(shù)先進(jìn)、效率高、能耗低、二次投資少、地面積累少、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，是應(yīng)用前氣體分離的較好方法。根據(jù)二氧化碳的來源、雜質(zhì)的類型和成品的使用情況，一種或兩種工藝可以結(jié)合使用。

四、二氧化碳回收裝置的工藝流程及隱患治理

（一）吸附精餾法工藝流程

吸附蒸餾的工藝流程如下：氫氣產(chǎn)生的混合物尾氣，經(jīng)壓縮氣體間加壓后，在恒定溫度和壓力達(dá)到一定數(shù)值后。將原生氣體送入慢沖壓罐，經(jīng)初始脫水后，將原物料氣體壓縮機(jī)取出并壓縮。當(dāng)原生氣體的壓力升到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值后，第一步是使用水萃取器去除硫化氫，然后進(jìn)入級脫硫器去除硫化氫。在冷凍機(jī)冷卻后，經(jīng)過一級和二級脫硫的原煙氣被送入預(yù)熱器，以除去預(yù)熱器上方的碳?xì)浠衔镂镔|(zhì)。原料氣干燥后，進(jìn)入三級脫硫劑除去二硫化碳，再回到二氧化碳回收裝置的原物料氣體壓縮機(jī)進(jìn)行二次壓縮，將原料氣壓力提高到一定兆帕使原生氣體由脫油器脫油，裝入預(yù)冷器（降低原生氣體溫度，冷卻并冷凝蒸發(fā)器），然后由氨制冷系統(tǒng)降低濃度，生產(chǎn)兩相原料。將液體物質(zhì)送入凈化塔內(nèi)蒸餾，以獲得塔底產(chǎn)生的二氧化液體的純度。

（二）二氧化碳回收過程中的問題及解決方法施措施

二氧化碳回收裝置安裝并投入使用后，壓縮機(jī)直接存放在振動隱患中。經(jīng)過幾次固體處理后，效果不太好。在找出壓縮機(jī)振動的根本原因后，采用技術(shù)手段對其進(jìn)行改造。首先重建新的堅實(shí)的基礎(chǔ)。第二，改造原料藥氣人口慢沖槽;第三，增加一級和二級壓縮機(jī)出口管徑;第四，配置相應(yīng)的流程線。技術(shù)改造后，不僅完全消除了壓縮機(jī)振動的隱患，而且可使原材料處理增加200mTh或更多，增加生產(chǎn)所產(chǎn)生的液態(tài)二氧化碳每年可超過2kt。

結(jié)語：

二氧化碳可作為基本的化工原料，滿足清潔技術(shù)的要求，適應(yīng)我國可持續(xù)發(fā)展的趨勢，適合國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用價值。二氧化碳的回收和再循環(huán)對于減緩全球碳危機(jī)、消除環(huán)境污染和實(shí)現(xiàn)能源的再循環(huán)具有重要影響。因此，必須要重視研究天然氣制氫裝置中的CO2回收利用，進(jìn)一步提高二氧化碳的使用率，從而改善自然環(huán)境，使環(huán)境狀況可以滿足人們的發(fā)展需求。這也要求相關(guān)的人員必須要重視對這方面內(nèi)容的研究。

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