天然氣制氫裝置中的CO2回收利用

張晨旭

摘要：隨著現代工業的發展，二氧化碳被大量地用作廢氣的排放，對自然環境造成了嚴重的破壞。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。為了保護人類免受全球變暖的威脅，1997年2月149個國家和地區的代表在日本京都通過了《京都議定書》，限制發達國家的溫室氣體排放，以遏制全球變暖。

關鍵詞：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，廣泛應用于食品工業、機械加工、石材開采、化工等行業。然而，遺憾的是，由于回收二氧化碳的措施不當，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，不僅造成了嚴重的空氣污染，而且造成了可怕的溫室效應，浪費了寶貴的碳資源。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性質

二氧化碳是一種無色、無味、無臭、無毒、不可燃的氣體，標準濃度為1，977千克/米，比空氣重，在水溶液中呈弱酸性。空氣中的二氧化碳含量為0.03%。如果含量超過1%，將危害人體健康。如果含量達到4%到5%，就會使人上氣不接下氣，頭暈目眩。二氧化碳通常溶于水（體積比1：1，部分產生碳酸，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）機械式保護焊

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、生產效率高、焊接形狀小等特點。適用于大型船殼、壓力電容器、化工設備、重型機械、精密車床等的保護焊接。

（二）碳酸飲料

二氧化碳可以延長飲料的保質期，為飲酒者提供涼爽、清涼的感覺。飲料業是我國二氧化碳的主要消費市場。據報道，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。超臨界流體具有獨特的熔融性、傳質速度快、密度高等特點。基于其優異的溶解度和傳質特性而發展起來的物質提取分離技術被稱為超臨界流體萃取技術。丙烷、乙烷、氟利昂和許多其他有機物質可用作超臨界流體。由于二氧化碳容易達到超臨界狀態，具有價格低廉、化學穩定性好和容易分離等優良的潛力，因此實際應用應該是最普遍的。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、揮發和氧化中分離出來的一種高值組分。該技術主要應用于醫藥、化妝品和食品的分離和精制、環保工程、超細粉等領域，具有良好的市場前景和經濟效益。

（五）煙草生產

二氧化碳的液態消費可用于煙草的膨化處理，不僅可以提高煙草的質量，而且可以節省5%-6%的煙草。因此，二氧化碳在煙草行業的應用是非常有前景的。

（六）農業施肥

二氧化碳可用作覆蓋層的氣肥，并將二氧化碳氣體注入塑料棚屋，這些棚屋可用于加速光合作用，使作物早熟并提高產量。

（七）保鮮

目前，國際上廣泛采用液態二氧化炭、干冰速凍和二氧化碳氣體調節等方法儲存食品，延長了食品的保質期，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、速度快、應用范圍廣、不污染環境等特點。

（九）化學合成工業

二氧化碳與氫、甲烷、水和甲醇反應生成甲醇、碳氫、合成氣、羧酸二甲酯等。

三、二氧化碳回收技術

我國二氧化碳的來源是：發酵廠（如白酒、啤酒廠）排出的廢氣、合成氨廠脫氧過程排出的氣體、制氫廠排出的副產品氣體、方解石排出的窯氣和石化產品排出的副產品。目前，分離和回收二氧化碳的工業方法包括：吸附劑吸附（包括物理吸附和化學吸附）、變壓吸附、吸附蒸餾、低溫蒸餾、膜分離、催化燃燒和結合工藝。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。當原生氣體中的二氧化碳純度超過90%，并且只含有少量輕質成分和其他雜質時，吸附劑通過蒸餾吸收雜質并分離輕質成分，食品級二氧化碳產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，生產成本低且經濟效益好。該技術可用于回收提煉的二氧化碳，以達到或超過食品級標準，并可動態調節工業或食品級產品的結構，市場應變得強大。低溫精餾裝置具有投資大、能耗高的特點。適用于高濃度二氧化碳的分離，但成本太高。膜分離技術具有技術先進、效率高、能耗低、二次投資少、地面積累少、無二次污染等優點，是應用前氣體分離的較好方法。根據二氧化碳的來源、雜質的類型和成品的使用情況，一種或兩種工藝可以結合使用。

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：氫氣產生的混合物尾氣，經壓縮氣體間加壓后，在恒定溫度和壓力達到一定數值后。將原生氣體送入慢沖壓罐，經初始脫水后，將原物料氣體壓縮機取出并壓縮。當原生氣體的壓力升到標準數值后，第一步是使用水萃取器去除硫化氫，然后進入級脫硫器去除硫化氫。在冷凍機冷卻后，經過一級和二級脫硫的原煙氣被送入預熱器，以除去預熱器上方的碳氫化合物物質。原料氣干燥后，進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進行二次壓縮，將原料氣壓力提高到一定兆帕使原生氣體由脫油器脫油，裝入預冷器（降低原生氣體溫度，冷卻并冷凝蒸發器），然后由氨制冷系統降低濃度，生產兩相原料。將液體物質送入凈化塔內蒸餾，以獲得塔底產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，壓縮機直接存放在振動隱患中。經過幾次固體處理后，效果不太好。在找出壓縮機振動的根本原因后，采用技術手段對其進行改造。首先重建新的堅實的基礎。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出口管徑;第四，配置相應的流程線。技術改造后，不僅完全消除了壓縮機振動的隱患，而且可使原材料處理增加200mTh或更多，增加生產所產生的液態二氧化碳每年可超過2kt。

結語：

二氧化碳可作為基本的化工原料，滿足清潔技術的要求，適應我國可持續發展的趨勢，適合國民經濟的各個領域，具有廣泛的應用價值。二氧化碳的回收和再循環對于減緩全球碳危機、消除環境污染和實現能源的再循環具有重要影響。因此，必須要重視研究天然氣制氫裝置中的CO2回收利用，進一步提高二氧化碳的使用率，從而改善自然環境，使環境狀況可以滿足人們的發展需求。這也要求相關的人員必須要重視對這方面內容的研究。

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