科隆案例 | 測量來自爐膛的高溫二氧化碳和氫氣的流量

TNO 是荷蘭的一家獨立的研究機構，專注于在實踐應用中的研發和創新。TNO 與合作伙伴一起，發起了 STEPWISE 項目，展示如何從鋼鐵行業的尾氣中捕獲二氧化碳（CO2）以創造效益，并從煙氣所含的能量中創造價值。該項目所展示的技術，可以幫助鋼鐵行業減少CO2的排放量并提高可持續性。該項目得到歐洲地平線 2020 低碳能源計劃的支持。

高爐煤氣（BFG）是鋼鐵生產中的一種煙氣。它是高爐中鐵礦石還原過程中的副產品，通常被用作鋼鐵廠的燃料或者用于鍋爐和電廠。BFG 的熱值相當低，因為它主要是由氮氣（55%）、一氧化碳（25%）、二氧化碳（20%）和氫氣 （2...4%）所組成。

在瑞典的呂勒奧（Lule?），STEPWISE 在一家鋼鐵廠展示了如何去除每天 14 噸的CO2，以提升煙氣中的氫氣含量。所捕獲的CO2可以被運輸和存儲，也可以用作合成甲醇的原料，再次成為鋼鐵廠的燃料。富氫煙氣可以用作電廠的燃料，或者用于生產氨的原料。

在 STEPWISE 的示范項目中，采用了創新的“強吸附水煤氣轉換"（Sorption Enhanced Water Gas Shift — SEWGS）工藝。該工藝的原料為來自鋼廠的煙氣。水-煤氣-轉換工藝的第一步，是與蒸汽反應，將一氧化碳 （CO）轉換為CO2和H2  。這將 高爐煤氣中的 CO 含量由 25% 降低到 5%。

接下來，混合氣體進入 SEWGS 反應塔，將剩余的 CO 轉換為CO2和 H2  。在此工藝步驟中，使用了一種固體吸附劑，它與所產生的CO2結合，從而讓富氫氣流離開反應塔。

SEWGS 工藝是在高溫高壓下運行，溫度和壓力高達 +540 °C / +1004 °F 和 50 bar / 725 psi。當吸附劑所吸附的CO2飽和時，就會通過泄壓與蒸汽吹掃的組合進行吸附劑再生。接著再對蒸汽進行冷凝，即可獲得富含 CO2的氣流。SEWGS 工藝的結果是，一路單獨的富氫氣流和另一路單獨的富二氧化碳氣流，通過兩條不同的管道離開反應塔。

TNO 需要合適的流量儀表，用以評估氣體是否始終被成功地分離，并了解有多少CO2、H2  （加上氮氣）和蒸汽離 開反應塔。這就要求流量計，可以實時地測量溫度高達 + 540°C / +1004°F 的氣體流量，并且可以高度靈活地應對氣體組分的波動以及不同的混合氣體。由于離開反應塔的CO2的壓力很低，所以要求儀表不得產生壓損。

OPTISONIC 8300 流量計，被證明是應對這一挑戰性應用的理想選擇。該款氣體流量計，設計用于測量高溫混合氣體的流量， 并在蒸汽應用方面的表現不凡，滿足該應用中的各種技術需求，通過焊接安裝到CO2（DN100）和 H2   （DN125）管道中。在安裝方面，不必再做任何改動。

此外，用于輸水的泵站配備了兩臺OPTIFLUX 2100 C電磁流量計，其連接法蘭的口徑為DN25...50，流量為 350...900 l/h。作為一款用于常規測水應用的流量計，它配備耐磨的襯里和全通徑的測量管。因此，幾乎無須維護，可以高效地取代此前所使用的機械式水表。使用OPTICHECK Master 服務工具，每年對流量計進行一次現場核查。

科隆公司的氣體流量計，在此 SEWGS 工藝中承擔了重要的角色 — 幫助用戶評估分離工藝的效率。借助于 OPTISONIC 8300，即使是在一個批次內氣體組分變化的情況下，TNO依然可以連續地測量流出的氣體。這對運營人員來說尤為關鍵，因為這種方式既可以優化工藝，無需安裝額外的流量儀表，同時也降低了成本。因為科隆流量計所提供的實時測量，即使是在批次過渡階段，也不會出現測量值的丟失。

OPTISONIC 8300 的全通徑結構，也幫助用戶在壓損方面受益。該款流量計，無移動或阻擋部件， 幾乎沒有壓損，幫助用戶節省了泵的容量和能耗。為 TNO 帶來的另一大優勢，是該款超聲波流量計的免維護設計。此外，它還不會受到磨損和污染。鑒于TNO的工藝流程偶爾需要停車，所以會出現沉淀。但是，精度和信號強度不會受到沉淀的影響， 所以無需重新校準流量計，這就允許將儀表直接焊接在管道上。

OPTISONIC 8300 再次證明了其對于CO2和 H2  測量的出色性能和可靠性，根據所測得的聲速，該款流量計甚至可以幫助客戶確定兩種氣體混合物種的氣體組分。OPTISONIC 8300 不僅是流量計，還是一臺集成氣體組分實時分析的緊湊型儀表，即使是在沒有安裝額外流量計的情況下，對于 TNO 來說也不再是一個問題，依然可以對管道中的氣體進行實時分析。