作為氣體處理設(shè)備供應(yīng)商，在當(dāng)前火熱的雙碳行動(dòng)中，我們能開拓那些新的業(yè)務(wù)呢？又需要我們做哪些知識(shí)儲(chǔ)備呢？

    首先我們了解下，雙碳行動(dòng)中有那路線需求。

    一、節(jié)能減排

    這個(gè)簡單一句話總結(jié)就是工藝升級(jí)、設(shè)備升級(jí)，淘汰落后工藝及設(shè)備。以石化開采行業(yè)來看，根據(jù)歷年設(shè)備使用數(shù)據(jù)，單單動(dòng)力氣體、儀表氣、常規(guī)氮?dú)獾葓鼍?，因設(shè)備及設(shè)計(jì)工藝的更新就可以降低20～30%以上的能耗，此項(xiàng)減碳在油氣開采行業(yè)減碳總量中占比約8%，為各項(xiàng)減碳指標(biāo)中比例最大、最易實(shí)現(xiàn)的部分。在其它大型用氣的工業(yè)體系中，空壓系統(tǒng)耗電量約占全年工業(yè)耗電的10%，以2021年全國規(guī)模以上工業(yè)發(fā)電81122億千瓦時(shí)，在設(shè)備功耗每降低1%的耗電量，對(duì)于國內(nèi)整體減少碳排放都是一個(gè)巨量的提升。我們需要更多的推進(jìn)更低功耗的新型設(shè)備，比如：

    1.在可能的條件下淘汰落后的無熱、微熱等功耗高的吸干機(jī)。

    2.推進(jìn)高效環(huán)保冷媒的冷凍型干燥機(jī)

    3.多了解用戶實(shí)際用氣條件、生產(chǎn)工藝，為用戶設(shè)計(jì)露點(diǎn)、壓力等合理的空壓系統(tǒng)，也可節(jié)省大量的能耗

    二、CO2捕捉、封存及回收利用CCUS

    1、CO2捕捉CO2CAPTURE

    CO2的捕捉，主要是從各類尾氣、高CO2含量的混合氣體甚至大氣中捕集CO2的技術(shù)。目前碳捕集有以下幾種方式：

    1.1生物捕集，顧名思義，就是利用植物、藍(lán)藻、微生物等方式固定或者消除排放的CO2?，F(xiàn)實(shí)中我們耳熟能詳?shù)奈浵伾志褪且粋€(gè)巨大的生物捕集CO2項(xiàng)目。

    1.2化學(xué)捕集/吸收法

    根據(jù)CO2分離原理的不同，化學(xué)法可分為溶劑吸收法、吸附法、膜吸收法、電化學(xué)法以及水合物法等，各方法的基本特點(diǎn)如表2所示。其中化學(xué)吸收法技術(shù)成熟，是應(yīng)用最為廣泛的CO2捕集技術(shù)，已成功應(yīng)用于化肥、水泥以及發(fā)電等行業(yè)。目前較為成熟的化學(xué)吸收法工藝多基于乙醇胺類水溶液，如乙醇胺（MEA）法、二乙醇胺（DEA）法、N-甲基二乙醇胺（MDEA）法等。近幾年新發(fā)展的化學(xué)吸收法包括離子液體、相變?nèi)芤?、酶吸收法以及高溫熔鹽碳捕集法等。

    此方法一般應(yīng)用于大流量，富含酸氣等場景。但是一般投資很大，且化學(xué)藥劑的配方基本都有專利保護(hù)，這些項(xiàng)目及設(shè)備不適合一般干燥機(jī)廠家去參與。

    1.3物理捕集

    1.3.1吸收法

    基于亨利定律，CO2在吸收劑中的溶解度會(huì)隨壓力或溫度改變。選擇性強(qiáng)、吸收量大、操作簡單?？蓱?yīng)用于排放CO2濃度較高的行業(yè)，如IGCC電站、天然氣處理、煤化工等。

    此方式跟上述化學(xué)法類似，具有很強(qiáng)的專利保護(hù)性，投資金額及技術(shù)壁壘高，不適合一般干燥機(jī)廠家去參與。

    1.3.2吸附法

    利用沸石、分子篩等固體吸附劑對(duì)CO2進(jìn)行選擇性吸附，改變溫度、壓力等實(shí)現(xiàn)CO2解吸。工藝流程簡單、能耗低、成本可控?？蓱?yīng)用于合成氨、制氫、天然氣處理等。

    此捕集方式，干燥機(jī)廠家大有作為。不管是天然氣分離CO2、煙道氣CO2提純、還是富集后的CO2脫水，都可以用到PSA/VPSA/TSA等各種設(shè)備。

    此捕集方式需要用到的知識(shí)儲(chǔ)備有：各類分子篩的選擇性吸附、分子篩的吸附/再生曲線、改性分子篩的利用、各類分子篩及不同吸附劑在不同的溫度/組分/環(huán)境下的使用特性，根據(jù)現(xiàn)場需求設(shè)計(jì)不同的流程涉及的學(xué)科有：熱力學(xué)、材料力學(xué)、金屬材料學(xué)、流體學(xué)、電氣控制（防護(hù)/防爆/自動(dòng)控制/過程控制等）、儀表專業(yè)、有機(jī)化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、密封材料等；設(shè)備設(shè)計(jì)制造涉及的內(nèi)容有：壓力容器、壓力管道、吸附劑的選擇/裝填、自動(dòng)化儀表閥門的選擇、電氣的防護(hù)/防爆選擇、金屬表面處理、焊接工藝、制冷工藝、密封材料選擇、工藝控制、過程控制、CAD/SOLIDWORKS/CATIA/PRO-E/UG/CAXA、UNISIM/ASPEN、excel/VBA、ANSY、吊裝/運(yùn)輸規(guī)范、生產(chǎn)安全規(guī)范等。

    同時(shí)CO2捕集同時(shí)或捕集后，一般會(huì)分離出副產(chǎn)品，很多副產(chǎn)品具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，比如氫氣、氦氣等，此類氣體的提純、干燥需要豐富的混合氣體處理經(jīng)驗(yàn)。

    此處推薦兩份流程圖，可用于各類混合氣體的干燥、提純、分離等應(yīng)用。

    此方法，大部分氣體處理廠家均可參與，但是因?yàn)镃O2處理與壓縮空氣的處理在效果上的考核是完全不一樣的。壓縮空氣的處理潔凈度絕大部分采用相對(duì)測(cè)量，而CO2的處理除去有絕對(duì)測(cè)量的結(jié)果，還有一個(gè)就是產(chǎn)品產(chǎn)量質(zhì)量的考核，若CO2未達(dá)目標(biāo)甚至在液化的時(shí)候在設(shè)計(jì)預(yù)定溫度及壓力下，CO2不會(huì)液化，工程需要進(jìn)行重大整改。故在此建議，在未有十足把握時(shí)，不要輕易參與CCUS的CO2處理，可以先為此類項(xiàng)目提供儀表氣等工作。

    1.3.3膜分離法

    利用膜材料對(duì)不同氣體滲透速率的差異。工藝簡單、能耗低、投資小。CO2純度較低、膜材料持久性較差。可應(yīng)用于制氫、天然氣處理等。

    膜分離法具有設(shè)備體積小，工藝簡單，能耗低，模塊化組裝等優(yōu)點(diǎn)，但是氣體分離膜絕大部分專利及生產(chǎn)技術(shù)都在少數(shù)國際巨頭手中，膜組又需要根據(jù)氣體組分進(jìn)行定制，價(jià)格巨貴。且膜對(duì)入口雜質(zhì)敏感，與重?zé)N、硫醇、硫化氫甚至液態(tài)水易出現(xiàn)損壞，故在國內(nèi)推廣更多在對(duì)設(shè)備體積有要求或移動(dòng)便攜式等場景出現(xiàn)較多。膜組的特點(diǎn)就是，體積小，工藝簡單，結(jié)構(gòu)件幾乎沒有，但是貴，嬌貴，且專利幾乎都在國外，除少數(shù)必須場景之外，技術(shù)推廣暫時(shí)并不適合大面積鋪開。且膜分離后CO2純度一般達(dá)不到液化要求，需要進(jìn)一步提純。

    此方式也不適合普通干燥機(jī)廠家去推廣，只是在某些必須的場景作為選擇使用。

    1.3.4深冷精餾法

    經(jīng)壓縮和冷卻，將CO2液化或固化，以蒸餾方式分離CO2。簡單易行，避免了化學(xué)或物理吸收劑的使用。排放CO2濃度較高的行業(yè)，如IGCC電站、油田伴生氣中CO2的回收等。

    深冷精餾法的基本原理就是利用在不同的壓力及溫度下，不同物質(zhì)具有不同的沸點(diǎn)，我們通過控制壓力及溫度，在某一個(gè)工序只使一種物質(zhì)沸騰，就可以得到高純度的該物質(zhì)了。此方式除了需要較高的軟件要求，還需要具有相應(yīng)的工程建設(shè)及現(xiàn)場調(diào)試經(jīng)驗(yàn)。適合廣大深冷空分廠家去操作，普通干燥機(jī)廠家可提供氣體預(yù)處理設(shè)備。

    此方式需要注意CO2與有機(jī)揮發(fā)物或天然氣不同比例混合的時(shí)候，有比較嚴(yán)重的共沸現(xiàn)象，若不采取措施，液化點(diǎn)與單一或簡單組分相比出現(xiàn)大幅度的漂移。某些情況濃度40%的CO2與甲烷、乙烷、丙烷混合，CO2液化點(diǎn)會(huì)漂移至-70℃以下甚至更低，容易出現(xiàn)要么無法液化，要么液化后理解固化造成精餾塔冰堵等后果。故不推薦沒有經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)能力的廠家去輕易嘗試。此外此類設(shè)計(jì)的盜版工藝軟件往往物性會(huì)與正版的略有偏移，使用盜版軟件可能會(huì)出現(xiàn)能耗略高、性能略差的情況。

    1.4另外根據(jù)在同一工藝路線內(nèi)，在不同的工藝段捕集CO2，可分為以下幾個(gè)不同的捕集路線。這些路線都需要用到前面幾種捕集方式的一種或者組合技術(shù)。

    CO2的排放主要來自于發(fā)電和工業(yè)過程中化石燃料的使用。對(duì)于電力行業(yè)，根據(jù)碳捕集與燃燒過程的先后順序，傳統(tǒng)碳捕獲方式主要包括燃燒前捕獲、富氧燃燒和燃燒后捕獲等。煤化工、天然氣處理、鋼鐵、水泥等行業(yè)中CO2的工業(yè)分離過程屬于燃燒前捕獲方式。各種碳捕獲方式的技術(shù)路線如下圖所示。

    燃燒前捕獲是利用煤氣化和重整反應(yīng)，在燃燒前將燃料中的含碳組分分離出來，轉(zhuǎn)化為以H2、CO和CO2為主的水煤氣，然后利用相應(yīng)的分離技術(shù)將CO2從中分離，剩余H2作為清潔燃料使用。該技術(shù)捕獲的CO2濃度較高，分離難度低，相應(yīng)能耗和成本也會(huì)降低，但投資成本高，可靠性有待提高。目前此技術(shù)只局限于以煤氣化為核心的整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)電站（IntegratedGasificationCombinedCycle，IGCC）。富氧燃燒則是指通過分離空氣制取純氧，以純氧作為氧化劑進(jìn)入燃燒系統(tǒng)，同時(shí)輔以煙氣循環(huán)的燃燒技術(shù)，可視為燃燒中捕獲技術(shù)。該技術(shù)捕獲的CO2濃度可達(dá)90%以上，只需簡單冷凝便可實(shí)現(xiàn)CO2的完全分離，因此CO2捕獲能耗和成本相對(duì)較低，但額外增加制氧系統(tǒng)的能耗，提高了系統(tǒng)的總投資。燃燒后捕獲是指直接從燃燒后煙氣中分離CO2，雖然投資較少，但煙氣中CO2分壓較低，使得CO2捕獲能耗和成本較高。由于燃燒后捕獲技術(shù)不改變?cè)腥紵绞?，僅需要在現(xiàn)有燃燒系統(tǒng)后增設(shè)CO2捕集裝置，對(duì)原有系統(tǒng)變動(dòng)較少，是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛且成熟的技術(shù)。在傳統(tǒng)碳捕獲技術(shù)的基礎(chǔ)上，也發(fā)展出一些仍處于研究和完善當(dāng)中的捕集CO2的系統(tǒng)。如煤氣化過程直接影響后續(xù)流程中CO2富集程度與捕集能耗。有研究開發(fā)了煤炭碳?xì)浣M分分級(jí)轉(zhuǎn)化的碳捕集動(dòng)力系統(tǒng)，分離前CO2濃度能到達(dá)50%左右，為實(shí)現(xiàn)CO2低能耗捕集提供了可能?；瘜W(xué)鏈技術(shù)借助載氧體將傳統(tǒng)的化學(xué)轉(zhuǎn)化過程解耦為兩個(gè)或多個(gè)反應(yīng)過程，可作為富氧燃燒和煤氣化的供氧單元技術(shù)，實(shí)現(xiàn)CO2低耗捕集的同時(shí)抑制NOx產(chǎn)生。

    2、CO2封存CO2STORAGE

    CO2的封存現(xiàn)在主要是海水深層封存、陸地廢氣油氣田井口封存。因此類封存一般需將CO2壓縮至超臨界狀態(tài)，而國內(nèi)對(duì)于CO2對(duì)地質(zhì)的影響經(jīng)驗(yàn)尚且不足，目前CO2封存在國內(nèi)處于試點(diǎn)試驗(yàn)狀態(tài)。此類技術(shù)在加拿大、美國有陸地封存應(yīng)用，在挪威、日本有海水封存應(yīng)用。應(yīng)用場景還需大量的試驗(yàn)去探明。

    3、CO2回收利用CO2RECYCLINGANDUTILIZATION

    CO2本身在工業(yè)生產(chǎn)及現(xiàn)實(shí)生活中是一種重要的資源。比如啤酒、可樂、食品加工等需要用到食品級(jí)的高純度CO2或干冰；而在化工行業(yè)，CO2又是一種非常重要的化工原料；石油開采行業(yè)，CO2驅(qū)油又能提供采用效率等。故CO2的捕集提純本來具有非常廣闊的實(shí)際應(yīng)用產(chǎn)品，只是CO2的經(jīng)濟(jì)價(jià)值在很多情況下不能覆蓋CO2捕集能耗成本，故在碳稅未能提高到一定水平時(shí)，普通企業(yè)推廣對(duì)CO2尾氣的處理并沒有什么意愿。下圖為CO2利用的一些簡單介紹。

    因回收的后再利用的CO2已經(jīng)具有很高的純度了，普通干燥機(jī)廠家在這里能做的基本只有CO2的深度脫水了。

    三、CCUS實(shí)際操作案例及所需的設(shè)備

    例1：白酒廠、啤酒長發(fā)酵后的CO2，純度超過99%，在簡單的脫除CO2中的有機(jī)雜質(zhì)后，可直接深度脫水提純、液化，然后注入生產(chǎn)端，用于啤酒的生產(chǎn)。

    實(shí)際需要的設(shè)備及部件：氣柜、水洗塔、CO2壓縮機(jī)、各類換熱器、活性炭/分子篩干燥塔、冰機(jī)、液罐、增壓機(jī)、冷卻塔、風(fēng)機(jī)、冷水機(jī)、自動(dòng)化/監(jiān)控系統(tǒng)等。

    例2：水泥廠的回轉(zhuǎn)窯尾氣中CO2的回收，也可用于前端生產(chǎn)，可用TSA/VPSA組合脫水提純，再利用，此工藝對(duì)CO2濃度要求不高，只需富集。

    實(shí)際需要的設(shè)備及部件：氣柜、水洗塔、CO2壓縮機(jī)、各類換熱器、分子篩干燥塔/提純塔、真空泵、增壓機(jī)、冷水機(jī)、自動(dòng)化/監(jiān)控系統(tǒng)等。

    例3：天然氣分離CH4/CO2，因天然氣中CO2的濃度變化比較大，且很多時(shí)候是煤層氣或者油田伴生氣，氣體中C3/C4以上的烴類含量也變化較大，此時(shí)處理這類氣體需要前面多種技術(shù)的組合或者重復(fù)組合。分離出來的CH4可并網(wǎng)，CO2可液化送至工業(yè)區(qū)、加壓作為驅(qū)油氣體或加壓至超臨界態(tài)封存。此類設(shè)備因油氣井口位置等原因，流量可由幾百幾千方/天到幾百萬方/天，需要采取的工藝及設(shè)備各不相同。

    實(shí)際需要的設(shè)備及部件：氣柜、水洗塔、CO2壓縮機(jī)、各類換熱器、活性炭/分子篩干燥塔、PAS/VPSA提純、冰機(jī)、液罐、增壓機(jī)、冷卻塔、風(fēng)機(jī)、冷水機(jī)、膜分離、精餾塔、真空泵、液體增壓泵，超高壓輸送管道、車載制氮、設(shè)備撬裝集裝箱、自動(dòng)化/監(jiān)控系統(tǒng)等。

    例4：煙道氣分離回收CO2

    煙氣的排放一般具有高溫高濕度的特點(diǎn)，若僅僅采用加氧燃燒（非純氧燃燒），煙氣中的CO2含量一般較低，而且若是燃油（LNG燃燒硫化物等含量低）燃燒還存在大量的硫化物/氮化物等，這些物質(zhì)對(duì)吸附劑、膜、換熱器等都具有不可逆的損壞，故還需合理的進(jìn)行降溫、脫硫脫硝等前序工作。煙氣捕集的CO2，若是在廠區(qū)，可液化運(yùn)輸售賣、甚至管道輸送，最近齊魯石化百萬噸級(jí)CO2捕集項(xiàng)目管線貫通，可直接輸送至勝利油田CO2-EOR驅(qū)油封存使用；若煙氣捕集的CO2來自野外作業(yè)區(qū)，可提純液化，當(dāng)做施工的原料氣，比如CO2保護(hù)焊。

    實(shí)際需要的設(shè)備及部件：冷卻塔、脫硫脫硝塔、氣柜、水洗塔、CO2壓縮機(jī)、各類換熱器、活性炭/分子篩干燥塔、PAS/VPSA提純、冰機(jī)、液罐、增壓機(jī)、冷卻塔、風(fēng)機(jī)、冷水機(jī)、膜分離、精餾塔、真空泵、液體增壓泵、超高壓輸送管道、車載制氮、設(shè)備撬裝集裝箱、自動(dòng)化/監(jiān)控系統(tǒng)等。

    例5：工業(yè)尾氣/VOCS等其他高價(jià)值分離，此類應(yīng)用在精細(xì)化工、醫(yī)藥發(fā)酵等行業(yè)有較多的應(yīng)用。比如回收如二氯甲烷等價(jià)值較高的氣體。

    實(shí)際需要的設(shè)備及部件：氣柜、增壓壓縮機(jī)、各類換熱器、活性炭/分子篩/樹脂分離干燥塔、PAS/VPSA提純、冰機(jī)、液罐、增壓機(jī)、冷卻塔、風(fēng)機(jī)、冷水機(jī)、膜分離、精餾塔、真空泵、設(shè)備撬裝集裝箱、自動(dòng)化/監(jiān)控系統(tǒng)等。

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