天然氣的無(wú)害化利用技術(shù)

天然氣化工2003年第28卷藝介紹天然氣的無(wú)害化利用技術(shù)藺躍武劉典明尚鵬舉(勝利油田興達股份有限公司山東東營(yíng)257068)摘要介紹了無(wú)害化天然氣利用新工藝的發(fā)展重點(diǎn)介紹了蒸汽重整與(O2分離工藝和等離子高溫裂解工藝的特點(diǎn)與實(shí)用工藝流程分析了其可行性與經(jīng)濟性。關(guān)鍵詞天然氣無(wú)害化利用蒸汽重整等離子裂解中圖分類(lèi)號:TQ21文獻標識碼文章編號:001-9219200306-58-03我國具有較豐富的天然氣資源尤其是西氣東鉑銀合金膜3和陶瓷膜41會(huì )有很高的分0前言例如采用從蒸汽重整和轉化工藝過(guò)程中分離出CO,要輸″工程的實(shí)施對天然氣的綜合利用提出了迫切要比在煙道氣中分離CO易于實(shí)現且比較經(jīng)濟。據求。雖然與其他礦物燃料相比天然氣清潔且有較 Holloway報道1,一個(gè)燃氣火力發(fā)電廠(chǎng)對煙道氣進(jìn)低碳比對環(huán)境的影響最小。然而天然氣利用的—行脫CO2處理的成本約為80美元/而根據 Abdus個(gè)不容忽視的問(wèn)題是所釋放的CO2會(huì )加劇溫室效的估算6]蒸汽重整和轉化工藝過(guò)程中脫除CO2的應因此尋求無(wú)CO2排放的天然氣轉化新工藝便成本僅為20美元/t。Audn6報道了一個(gè)蒸汽重整成為人們普遍關(guān)注的問(wèn)題,種可行的途徑是將天與CO,分離制氫工藝實(shí)例見(jiàn)圖1)該工藝天然氣然氣轉化為氫氣或含氫燃料。這種途徑可由兩種工的處理量為2.45×10Nm/dH的產(chǎn)量為6.75×藝實(shí)現:一是通過(guò)蒸汽重整與CO2分離來(lái)生產(chǎn)氫10Nm3/d。膜分離工藝分離出的5kt/dCO,經(jīng)壓二是利用高溫裂解將其轉化為氫和炭黑?？s后注入地下處置。1茶汽重整與CO分離工藝純H輸送對管路有特殊要求會(huì )使輸送成本大為增加因此采用了H,與天然氣混輸的方法。用含蒸汽重整是利用天然氣制氫的一種有效工藝其經(jīng)過(guò)多年的改進(jìn)正逐步從過(guò)去的設備笨重操作為15%體積分數混合氣外輸就可以采用普溫度高、傳熱效果差、OO2和NO排放量大向更加Olney的核算刀天然氣輸送成本為3美元/(JHl2緊湊、高效的換熱型重整設備發(fā)展。采用更為優(yōu)越為7美元/G而15%H的混合氣為3.2美元/G的二級重整,首先加入O2進(jìn)行自熱式重整不僅可混合氣輸送在歐洲比較流行混合氣可用作汽車(chē)燃使重整裝置很緊湊(使裝置區面積減少25%料如需純H測采用分離工蕓(如膜分離進(jìn)行分30%),而且可以降低(O2排放量。裝置的操作費離。采用圖1所示工藝CO2的排放量可以減少5用也會(huì )有較大的下降1103Nm3/d在蒸汽重整和轉化反應器中采用吸收劑,有選氫不僅是高級燃料而且是許多化工產(chǎn)品(如甲擇地去掉產(chǎn)品中的某一組分H2或O2)會(huì )對工藝醇、氨、過(guò)氧化氫)的重要原料。采用氫-化工產(chǎn)過(guò)程創(chuàng )造更有利的熱力學(xué)條件使平衡向有利于產(chǎn)品-電聯(lián)產(chǎn)的天然氣綜合利用集成工藝優(yōu)越性更第6期藺躍武等天然氣的無(wú)害化利用技術(shù)倍)其中甲醇裝置與尿素裝置均已達到相當規模,約為100MW故有250MW電能可供外輸。該工藝火力發(fā)電廠(chǎng)輸岀電能達350MW空分和氫氣液化消的甲醇和液氫可用作高效汽車(chē)燃料用其代替燃油耗電能分別約為55MW和1lMW,該工藝總耗電能后CO的排放量可以減少7.36kt/dH OH O天然氣地下處置重整轉化分離壓縮2.45×10Nmld5×10Nm3d5×10Nm3dH2675×0Nmd天然氣外輸混合氣38.25×10Nm45x 10Nm/d圖1天然氣蒸汽重整制H2與(O2處置工藝流程工藝每生產(chǎn)1Nm3的H2需耗電1kWhH2的純度大可達99.7%原料利用率接近100%,可真正實(shí)現爪整CO2的零排放11CHOH合成氣過(guò)城化Sad壓縮NIIS2kt'd叫變樂(lè )器反戍器換熱器}分離包裝地發(fā)電也想圖3天然氣等離子高溫裂解生產(chǎn)氫和飽下處宣液化炭黑工藝流程示意圖圖2天然氣綜合利用集成工藝H的生產(chǎn)成本取決于炭黑、天然氣和電的價(jià)格。圖4表示它們之間的關(guān)系圖中的分散帶表示天然氣2天然氣高溫裂解工藝在高溫下,碳氫化合物可裂解成碳和氫。傳統10oMNm%a裝置的工藝是在炭黑爐中以重油為原料進(jìn)行高溫裂解日50MNm裝置日生產(chǎn)炭黑。這種工藝的缺點(diǎn)是原料利用率低,CO釋放量大以及產(chǎn)生大量低值氣相副產(chǎn)品。近年來(lái)008高溫裂解工藝得到了很大改進(jìn)其重要標志是氣相副產(chǎn)品為高價(jià)值的H。用天然氣為原料進(jìn)行高溫裂解的實(shí)用工藝之一是等離子高溫裂解。有關(guān)等離子高溫裂解在20世紀90年代中期蘇碳黑價(jià)格,USDr天然氣化工2003年第28卷和電價(jià)的波動(dòng)范圍。例如對于較大規模(500×62A]. National Petroleum Refiners Association Annual10Nm3/y舶的裝置天然氣和電的價(jià)格取高限若炭Meeting[ C ] San Antonio, Texas. 1996黑的價(jià)格為140美元/t,則H2的生產(chǎn)成本為0.075[2] Anand m, Hufton J R, Mayorga S(,tal. Sorption美元/Nm3?？梢?jiàn)該工藝具有很好的經(jīng)濟性Enhanced Reaction Process( sERP )for the Production of將等離子高溫裂解與其他以氫和炭黑為原料的Hydroger[ C ] USDOE Hydrogen Program Reviewami Florida 1996工藝過(guò)程相結合可以使工藝系統更有效CO2的排【3] Lagsgaard JS, H ilundNPE, Lehrmann,same放量大大減少。圖5是將等離子高溫裂解與火力發(fā)forming of methane in a membrane reactof J ] Catal To電以及冶金過(guò)程相結合的一個(gè)實(shí)例day,1995,22)303-307ture corrsion-resistant separation membranes for thermo-天然氣燃氣火力冶金工藝hemical processes[ A ] Proc of 1lth World HydrogenEenergy Conferenc WHEC ) 1996.861-866[5] Holloway S. The Underground Disposal of Carbon Dioxide. [R]. Final Report of JOULE II Project 1996[6] Audus H, Karstad O Kowal M. Decarbonisation of FossilFuels Hydrogen as an Energy Carrier A ] Proc 1lth等離子高炭黑WHEC,996.525-534溫裂解[ 7] Oeney F, Veziroglu T N, dulger Z. Evaluation ofpipeline transportation of hydrogen and natural gas mix圖5等離子高溫裂解與其它工藝過(guò)程的組合ture ]. Int Journal of Hydrogen E1994,19(10)813-816[8] Parmon V N, Kuvshinov GG Sobyanin V A. Innovative3結語(yǔ)Processes for Hydrogen Production from Natural Gas and以天然氣為原料生產(chǎn)H2而無(wú)OO2排放是無(wú)other Hydrocarbon[ A]. Proc 11th WHEC 1996.2439害化天然氣利用的有效途徑不僅環(huán)境友好而且有優(yōu)越的經(jīng)濟性。目前有兩種工藝得到了較大發(fā)展[9] Fulcheri L, Schwob Y. From methane to hydrogen car-bon black and watet J ] Int Joural of Hydrogen Energy水蒸汽重整與(O分離和等離子高溫裂解工藝。199520(3):197-202這兩種工藝與其他工藝過(guò)程綜合集成可形成更為[101LymS, Hugdahl j Hildrum R. The Kvarner cB&H緊湊、更為有效的天然氣綜合利用新工藝。process. Carbon Black World, Nice. 1996參考文獻11] Gaudernack B, Lynum S. Hydrogen from Natural Gaswithout Release of CO, to the Atmosphere[ A ] Proc[ 1] Abbishaw J Cromarty B. NPRA Paper number AM-9611"wHEC,1995511-523動(dòng)態(tài)·簡(jiǎn)訊U/(石油當量)同時(shí)認為到2005年全球能源市場(chǎng)對天然氣20025年天然氣將居全球能源消費第的需求有望首次超過(guò)石油成為全球最大的能源消費品。中殼牌天然氣及電力公司負責人( harles watson最近在迪國和印度將成為未來(lái)天然氣需求增長(cháng)最為迅速的國家但在拜召開(kāi)的中東天然氣及液化天然氣LNG)論壇上稱(chēng)由于全未來(lái)20年內傳統的三大天然氣需求地區歐淵、亞洲主要球能源市場(chǎng)對天然氣的需求增長(cháng)速度已超過(guò)了石油的增長(cháng)是日本和韓國)和北美仍將占據全球天然氣需求增量的速度到2030年全球的LNG貿易將是目前的5倍達5億0%