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            天然气制氢——二氧化碳的回收利用

            发布时间: 2016-03-01 11:11:01   作者:无   来源:

             

            第一部分:技术原理
            第二部分:国外应用和发展
            第三部分:供应商信息
            第四部分:部分参考文献
             
            技术原理
            a) 天然气制氢的地位和二氧化碳回收的重要性
            日益严重的环境污染,全世界的气候变暖,氢能以其清洁和可再生的优势而作为质子交换膜燃料电池电动车的首选燃料。在众多的新能源中,氢能将成为2l世纪最理想的能源。目前,约96%的氢是通过石油、天然气、煤等化石资源制取的,其中以天然气制氢最为经济和合理。有关方面预计,世界天然气最终储量可达到300500万亿m趴引。可见,利用丰富的天然气制氢是大势所趋。为了达到节约能源,增加效益的目的,人们不断地致力于各种制氢工艺的研究,如甲烷部分氧化,甲烷自热转化,甲烷催化裂解工艺等。
            通过对制氢装置中变气进行脱碳处理,再对脱碳后的C02气体进行脱杂质精制,然后采用加压深冷工艺,制取高纯度食品级二氧化碳,应用于加工制造业和食品工业,减少C02排放量。
            二氧化碳在大气中含量约为0.03%,是植物进行光合作用必不缺少的气体。由于现代工业的快速发展,人类每年向大气中排放的二氧化碳气体达到200亿t,致使大气中的二氧化碳浓度逐年增加,与工业化初期相比增加了35%,导致全球气候变暖,厄尔尼诺效应加重,自然灾害频发。二氧化碳引发的温室效应产生的可怕后果,已引起全世界的广泛关注和高度重视,二氧化碳的捕集、处理、转化、利用等已成为当前世界各国研究的一个新热点。在制氢装置的生产过程中,所产生的中变气中含有约15%的二氧化碳气体。由于装置规模太小或二氧化碳制取工艺不成熟等诸多原因,企业大多没有对二氧化碳进行回收利用,而是将其作为废气直接排放到大气中,这不仅造成了巨大的环境污染,而且也浪费了宝贵的有限资源。合理有效地利用这部分资源,一方面可适当调整企业的产品结构,增加企业的经济效益,另一方面也可减少温室气体排放,对保护环境产生积极的影响,具有很好的社会效益。
            b) 二氧化碳的性质及液化机理
            1.二氧化性质:
            二氧化碳是一种易液化的无色无味气体,易溶于水形成碳酸,标准状态下密度为1977kgms.像其它易液化气体一样,二氧化碳也有自己的临界温度和临界压力。临界温度是指使气体液化的最高温度,临界压力是使气体液化的最低压力,T>TCP<PC都无法使气体液化。
            2.二氧化碳液化机理
                根据二氧化碳实际压缩特性绘制成C02气体PVm等温曲线图。
             
                工业生产中气体液化实际操作一般都在气液两相区,只有这个区才能保证气液两相的压力平衡,操作平稳,连续生产。在实际工业生产中,一般要根据温度和压力所决定的生产成本来确定操作条件。温度低,操作压力可能降低,但冷却系统制冷负荷大;温度高,则系统操作压力高,其结果都将导致投资增加,单位产品成本增加。
            c) 二氧化碳提纯液化工艺
             
            由制氢脱碳工序来的二氧化碳气体,经压缩后首先进入除油塔除去气体中央带的微量油,然后进入脱硫塔脱除掉微量无机硫后进入等压干燥系统。
                干燥系统由三台干燥器、一台加热器、一台冷却器、一台分离器组成。三台干燥器中两台为主干燥器,一台为辅助干燥器。主干燥器干燥及再生交替进行,再生分加热和冷却两个步骤,经干燥后的产品二氧化碳气体露点低于—65
            等压TSA干燥系统的工艺过程如下:
            经过除油和脱硫后的二氧化碳气体首先经流量调节阀分成两路。其中一路直接去干燥塔,其中装填的干燥剂将二氧化碳气体中的水分吸附下来,使二氧化碳气体得以干燥。在一台干燥塔处于干燥的状态下,另一台干燥塔处于再生过程。
            干燥塔的再生过程包括加热再生和吹冷两个步骤。在加热再生过程中,另一路二氧化碳气体首先经预干燥塔进行干燥,然后经干燥气加热器升温至120150后进入需要再生的干燥塔,使吸附剂升温,其中的水分得以解吸出来,解吸气经干燥气冷却器冷却和分液后再与另一路二氧化碳气体混合,然后去处于干燥状态的干燥塔进行干燥。在吹冷过程中,再生二氧化碳气体直接去处于再生状态的干燥塔,将干燥塔温度降至常温,然后再经干燥气加热器加热后去预干燥塔,对预干燥塔中的干燥剂进行加温再生,然后经干燥气冷却器冷却和分液后再与另一路二氧化碳气体混合,最后去处于干燥状态的干燥塔进行干燥。
            整个干燥过程的实施由三只二位四通球阀切换完成。
            二氧化碳提纯部分:
            干燥后的二氧化碳经过二氧化碳过滤器过滤掉二氧化碳气体中的机械杂质后进入二氧化碳液化器,冷却到一20使二氧化碳液化。液化后的二氧化碳液体进入二氧化碳提纯塔,塔底出液相二氧化碳,通过液位控制调节进入二氧化碳储罐;从塔顶放出的微量气相杂质减压降至11Mpa、温度降低至约—30进入塔顶换热段的壳程对管程中的气体进行冷却,以回收一部分液体二氧化碳,然后再减压至01Mpa放空。
            提纯塔塔底热源由气体二氧化碳提供。
            产品二氧化碳储存于液体二氧化碳储槽中,通过罐车或充瓶进行销售。
             
            国外发展和应用现状
            国外天然气制氢,在CO2产生过程中,由于注重对资源的节约,因此在变换单元的工艺设置上,一些公司开始采用C0高温变换加低温变换的两段变换工艺设置.以进一步降低原料的消耗。
             
            供应商信息
            法国德希尼布公司
            德国鲁奇、林德和伍德公司
            英国福斯特惠勒公司
            丹麦托普索公司
             
            参考文献
            [1] 许庆本, 李德发, 江迎宝,天然气制氢装置中的CO2 回收利用,甘肃科技,2008 2 4
            [2] 叶京张占群,国外天然气制氢技术研究,石化技术,200411