天然氣的無(wú)害化利用技術(shù)

天然氣化工2003年第28卷工藝介紹天然氣的無(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CO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)害化利用落汽重整等離子裂解中圖分類(lèi)號:IQ21文獻標識碼3文章編號:1001-9219200306-58030前言例如采用鉑銀合金膜3和陶瓷膜4會(huì )有很高的分離效率我國具有較豐富的天然氣資源尤其是西氣東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(O2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5],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。然而天然氣利用的一行脫CO2處理的成本約為80美元/t而根據Aud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(O2的應因此尋求無(wú)OO2排放的天然氣轉化新工藝便成本僅為20美元/。Aud16報道了一個(gè)蒸汽重整成為人們普遍關(guān)注的問(wèn)題,一種可行的途徑是將天與CO2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2.45×10Nm3/dH2的產(chǎn)量為6.75藝實(shí)現: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蒸汽重整與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H3與天然氣混輸的方法。用含蒸汽重整是利用天然氣制氬的一種有效工藝H為15%體積分數的混合氣外輸就可以采用普其經(jīng)過(guò)多年的改進(jìn)正逐步從過(guò)去的設備笨重、操作通輸氣管線(xiàn),輸送成本會(huì )接近天然氣輸送。按照溫度高、傳熱效果差、OO2和NO排放量大向更加Olney的核算7.天然氣輸送成本為3美元/(iJH2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%H2的混合氣為3.2美元/Gl。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則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。裝置的操作費離在蒸汽重整和轉化反應器中采用吸收劑有途0用圖1所示工藝CO的排放量可以減少5×用也會(huì )有較大的下降1中國煤化工CNMHG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CO2)會(huì )對工藝醇氨、過(guò)氧化氫)等的重要原料。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)品一電聯(lián)產(chǎn)的天然氣綜合利用集成工藝優(yōu)越性更品生成的方向移動(dòng)降低操作溫度2另一種方為突出。圖2為這種工藝的一個(gè)實(shí)例。本工藝天然是采用分離橫將事品氣中的H2及時(shí)地分離出來(lái)。氣的處理量為5×109Nm/d(為圖1所示工藝2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空分和氬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 O天然氣地下處置訓重整轉化分離壓縮245×10 PNmld5×10Nm3/d5×10Nm3dH2675×10Nmyd天然氣外輸混合氣38.25×10Nm'd45×10Nm3/d圖1天然氣蒸汽重整制H2與OO2處置工藝流程工藝每生產(chǎn)1Nm3的H2需耗電1kWhH的純度45k可達99.7%,原料利用率接近100%,可真正實(shí)現CO2的零排放11CHOH制轉化I 5d→壓縮◆用戶(hù)N2用戶(hù)變壓器換熱器包駛→用戶(hù)圖3天然氣等離子高溫裂解生產(chǎn)氫和buD叫液化7難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014國10MNm%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0MNm%裝置生產(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)高溫裂解工藝得到了很大改進(jìn)其重要標志是氣相中國煤化工副產(chǎn)品為高價(jià)值的H。用天然氣為原料進(jìn)行高溫CNMH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年代中期蘇聯(lián)δ和法廚叨等國家就有研究挪威的 Kvarner公碳黑價(jià)格,Usr司將其推嫩用圖3為工藝流程0采用該圖4H2生產(chǎn)成本與炭黑、天然氣和電價(jià)格間的關(guān)系天然氣化工2003年第28卷和電價(jià)的波動(dòng)范圍。例如,對于較大規模(50062A]. National Petroleum Refiners Association Annu10Nm3/y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,eal. 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 Review, Miami 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 J S, h jlund N P E, LehrmannP Steam re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。[4] Aihara M, Ohashi H, Semonova S, et al. High temperture corrsion-resistant separation membranes for thermo天然氣燃氣火力冶金工藝chemical processes[ A ] Proc of 1lth World Hydrogen發(fā)電廠(chǎng)Eenergy Conferenc WHEC ) 1996.861-866[5] Holloway S. The Underground Disposal of Carbon Dioxide.[R ]. Final Report of JOULE II Project 1996氫[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 Fpipeline 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turedJ ] Int Journal of Hydrogen Energy, 1994, 19(10)813-816[8] Parmon VN, Kuvshinov GG Sobyanin VA. 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)(O2排放是無(wú)other Hydrocarbons[ 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[9] Fulcheri L, Schwob Y. From methane to hydrogen car優(yōu)越的經(jīng)濟性。目前有兩種工藝得到了較大發(fā)展bon black and watet J]. Int Joural of Hydrogen Energy水蒸汽重整與CO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. 199611] Gaudernack B, Lynum S. Hydrogen from Natural Gas參考文獻without Release of CO to the Atmosphere a]. proc1] Abbishaw J Cromarty B. NPRA Paper number AM-9611wHEC1995511-523動(dòng)態(tài)·簡(jiǎn)訊主U/κ石油當量)同時(shí)認為到2005年全球能源市場(chǎng)對天然氣2025年天然氣將居全球能源消費第的需中國煤化工球最大的能源消費品。中殼牌天然氣及電力公司負責人 Charles wat最近在迪國和CNMHG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壇上稱(chēng)由于全未來(lái)4y二八人需求地區歐洲、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5億60