天然气制氢装置中的CO2回收利用

张晨旭

摘要：随着现代工业的发展，二氧化碳被大量地用作废气的排放，对自然环境造成了严重的破坏。世界二氧化碳年排放量超过20Gt，我国二氧化碳年排放量超过230Mt，在全球排名第22位。為了保护人类免受全球变暖的威胁，1997年2月149个国家和地区的代表在日本京都通过了《京都议定书》，限制发达国家的温室气体排放，以遏制全球变暖。

关键词：天然制氢装置;CO2;回收利用

前言：

二氧化碳是一种储量丰富、效益高的资源，广泛应用于食品工业、机械加工、石材开采、化工等行业。然而，遗憾的是，由于回收二氧化碳的措施不当，每年回收的二氧化碳很少。目前世界二氧化碳使用量不足100万吨，不仅造成了严重的空气污染，而且造成了可怕的温室效应，浪费了宝贵的碳资源。美国国家气象局的测量表明，空气中的二氧化碳含量以每五年1.36%的速度增加，预计到2030年，气体中的二氧化碳含量将增加一倍，使地球的平均温度提高1.5～4.5oCtl。因此，控制二氧化碳排放以及回收、再循环和再利用所排放的二氧化碳已成为世界各国的重要问题。

一、二氧化碳的物理化学性质

二氧化碳是一种无色、无味、无臭、无毒、不可燃的气体，标准浓度为1，977千克/米，比空气重，在水溶液中呈弱酸性。空气中的二氧化碳含量为0.03%。如果含量超过1%，将危害人体健康。如果含量达到4%到5%，就会使人上气不接下气，头晕目眩。二氧化碳通常溶于水（体积比1：1，部分产生碳酸，二氧化碳在水中的溶解度随压力的增加而增加。

二、二氧化碳的利用

（一）机械式保护焊

与其它方形焊接方法相比，二氧化碳的电弧焊接具有焊接成本低、生产效率高、焊接形状小等特点。适用于大型船壳、压力电容器、化工设备、重型机械、精密车床等的保护焊接。

（二）碳酸饮料

二氧化碳可以延长饮料的保质期，为饮酒者提供凉爽、清凉的感觉。饮料业是我国二氧化碳的主要消费市场。据报道，高级碳酸饮料每年消耗80至100kt的可食用二氧化碳。

（三）石油开采

在一次采油和两次采油之后，老油井可解压缩为二氧化碳，以便第三次采出剩余的岩石石油。超临界二氧化碳在高压下渗入地层死角和边缘，增加了剩余油的流动，使其流出油井。它不仅可以提高原油产量，而且还可以提高原油的采收率。

（四）生物提取

超临界流体是一种温度和压力高于临界值的流体，即压缩到接近流体密度的气体。超临界流体具有独特的熔融性、传质速度快、密度高等特点。基于其优异的溶解度和传质特性而发展起来的物质提取分离技术被称为超临界流体萃取技术。丙烷、乙烷、氟利昂和许多其他有机物质可用作超临界流体。由于二氧化碳容易达到超临界状态，具有价格低廉、化学稳定性好和容易分离等优良的潜力，因此实际应用应该是最普遍的。超临界二氧化碳萃取是以二氧化碳边界层气体为溶剂，从热敏感、挥发和氧化中分离出来的一种高值组分。该技术主要应用于医药、化妆品和食品的分离和精制、环保工程、超细粉等领域，具有良好的市场前景和经济效益。

（五）烟草生产

二氧化碳的液态消费可用于烟草的膨化处理，不仅可以提高烟草的质量，而且可以节省5%-6%的烟草。因此，二氧化碳在烟草行业的应用是非常有前景的。

（六）农业施肥

二氧化碳可用作覆盖层的气肥，并将二氧化碳气体注入塑料棚屋，这些棚屋可用于加速光合作用，使作物早熟并提高产量。

（七）保鲜

目前，国际上广泛采用液态二氧化炭、干冰速冻和二氧化碳气体调节等方法储存食品，延长了食品的保质期，保持了食品的新鲜度。

（八）灭火

二氧化碳灭火装置具有灭火性能强、速度快、应用范围广、不污染环境等特点。

（九）化学合成工业

二氧化碳与氢、甲烷、水和甲醇反应生成甲醇、碳氢、合成气、羧酸二甲酯等。

三、二氧化碳回收技术

我国二氧化碳的来源是：发酵厂（如白酒、啤酒厂）排出的废气、合成氨厂脱氧过程排出的气体、制氢厂排出的副产品气体、方解石排出的窑气和石化产品排出的副产品。目前，分离和回收二氧化碳的工业方法包括：吸附剂吸附（包括物理吸附和化学吸附）、变压吸附、吸附蒸馏、低温蒸馏、膜分离、催化燃烧和结合工艺。溶剂萃取法适用于二氧化碳含量较低的气体，分离效果较好，但能耗和投资成本较高。变压力吸附法是一种能耗低、操作简单、不存在腐蚀问题的新型气态混合物高效分离方法，已逐渐成为一种具有竞争力的二氧化碳分离和回收技术。当原生气体中的二氧化碳纯度超过90%，并且只含有少量轻质成分和其他杂质时，吸附剂通过蒸馏吸收杂质并分离轻质成分，食品级二氧化碳产品可由高纯度的液体体获得。吸附精馏法工艺简单，能耗低，操作方便，安装投资少，纯度高，生产成本低且经济效益好。该技术可用于回收提炼的二氧化碳，以达到或超过食品级标准，并可动态调节工业或食品级产品的结构，市场应变得强大。低温精馏装置具有投资大、能耗高的特点。适用于高浓度二氧化碳的分离，但成本太高。膜分离技术具有技术先进、效率高、能耗低、二次投资少、地面积累少、无二次污染等优点，是应用前气体分离的较好方法。根据二氧化碳的来源、杂质的类型和成品的使用情况，一种或两种工艺可以结合使用。

四、二氧化碳回收装置的工艺流程及隐患治理

（一）吸附精馏法工艺流程

吸附蒸馏的工艺流程如下：氢气产生的混合物尾气，经压缩气体间加压后，在恒定温度和压力达到一定数值后。将原生气体送入慢冲压罐，经初始脱水后，将原物料气体压缩机取出并压缩。当原生气体的压力升到标准数值后，第一步是使用水萃取器去除硫化氢，然后进入级脱硫器去除硫化氢。在冷冻机冷却后，经过一级和二级脱硫的原烟气被送入预热器，以除去预热器上方的碳氢化合物物质。原料气干燥后，进入三级脱硫剂除去二硫化碳，再回到二氧化碳回收装置的原物料气体压缩机进行二次压缩，将原料气压力提高到一定兆帕使原生气体由脱油器脱油，装入预冷器（降低原生气体温度，冷却并冷凝蒸发器），然后由氨制冷系统降低浓度，生产两相原料。将液体物质送入净化塔内蒸馏，以获得塔底产生的二氧化液体的纯度。

（二）二氧化碳回收过程中的问题及解决方法施措施

二氧化碳回收装置安装并投入使用后，压缩机直接存放在振动隐患中。经过几次固体处理后，效果不太好。在找出压缩机振动的根本原因后，采用技术手段对其进行改造。首先重建新的坚实的基础。第二，改造原料药气人口慢冲槽;第三，增加一级和二级压缩机出口管径;第四，配置相应的流程线。技术改造后，不仅完全消除了压缩机振动的隐患，而且可使原材料处理增加200mTh或更多，增加生产所产生的液态二氧化碳每年可超过2kt。

结语：

二氧化碳可作为基本的化工原料，满足清洁技术的要求，适应我国可持续发展的趋势，适合国民经济的各个领域，具有广泛的应用价值。二氧化碳的回收和再循环对于减缓全球碳危机、消除环境污染和实现能源的再循环具有重要影响。因此，必须要重视研究天然气制氢装置中的CO2回收利用，进一步提高二氧化碳的使用率，从而改善自然环境，使环境状况可以满足人们的发展需求。这也要求相关的人员必须要重视对这方面内容的研究。

参考文献：

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