科隆案例 | 测量来自炉膛的高温二氧化碳和氢气的流量

TNO 是荷兰的一家独立的研究机构，专注于在实践应用中的研发和创新。TNO 与合作伙伴一起，发起了 STEPWISE 项目，展示如何从钢铁行业的尾气中捕获二氧化碳（CO2）以创造效益，并从烟气所含的能量中创造价值。该项目所展示的技术，可以帮助钢铁行业减少CO2的排放量并提高可持续性。该项目得到欧洲地平线 2020 低碳能源计划的支持。

高炉煤气（BFG）是钢铁生产中的一种烟气。它是高炉中铁矿石还原过程中的副产品，通常被用作钢铁厂的燃料或者用于锅炉和电厂。BFG 的热值相当低，因为它主要是由氮气（55%）、一氧化碳（25%）、二氧化碳（20%）和氢气 （2...4%）所组成。

在瑞典的吕勒奥（Luleå），STEPWISE 在一家钢铁厂展示了如何去除每天 14 吨的CO2，以提升烟气中的氢气含量。所捕获的CO2可以被运输和存储，也可以用作合成甲醇的原料，再次成为钢铁厂的燃料。富氢烟气可以用作电厂的燃料，或者用于生产氨的原料。

在 STEPWISE 的示范项目中，采用了创新的“强吸附水煤气转换"（Sorption Enhanced Water Gas Shift — SEWGS）工艺。该工艺的原料为来自钢厂的烟气。水-煤气-转换工艺的第一步，是与蒸汽反应，将一氧化碳 （CO）转换为CO2和H2  。这将 高炉煤气中的 CO 含量由 25% 降低到 5%。

接下来，混合气体进入 SEWGS 反应塔，将剩余的 CO 转换为CO2和 H2  。在此工艺步骤中，使用了一种固体吸附剂，它与所产生的CO2结合，从而让富氢气流离开反应塔。

SEWGS 工艺是在高温高压下运行，温度和压力高达 +540 °C / +1004 °F 和 50 bar / 725 psi。当吸附剂所吸附的CO2饱和时，就会通过泄压与蒸汽吹扫的组合进行吸附剂再生。接着再对蒸汽进行冷凝，即可获得富含 CO2的气流。SEWGS 工艺的结果是，一路单独的富氢气流和另一路单独的富二氧化碳气流，通过两条不同的管道离开反应塔。

TNO 需要合适的流量仪表，用以评估气体是否始终被成功地分离，并了解有多少CO2、H2  （加上氮气）和蒸汽离 开反应塔。这就要求流量计，可以实时地测量温度高达 + 540°C / +1004°F 的气体流量，并且可以高度灵活地应对气体组分的波动以及不同的混合气体。由于离开反应塔的CO2的压力很低，所以要求仪表不得产生压损。

OPTISONIC 8300 流量计，被证明是应对这一挑战性应用的理想选择。该款气体流量计，设计用于测量高温混合气体的流量， 并在蒸汽应用方面的表现不凡，满足该应用中的各种技术需求，通过焊接安装到CO2（DN100）和 H2   （DN125）管道中。在安装方面，不必再做任何改动。

此外，用于输水的泵站配备了两台OPTIFLUX 2100 C电磁流量计，其连接法兰的口径为DN25...50，流量为 350...900 l/h。作为一款用于常规测水应用的流量计，它配备耐磨的衬里和全通径的测量管。因此，几乎无须维护，可以高效地取代此前所使用的机械式水表。使用OPTICHECK Master 服务工具，每年对流量计进行一次现场核查。

科隆公司的气体流量计，在此 SEWGS 工艺中承担了重要的角色 — 帮助用户评估分离工艺的效率。借助于 OPTISONIC 8300，即使是在一个批次内气体组分变化的情况下，TNO依然可以连续地测量流出的气体。这对运营人员来说尤为关键，因为这种方式既可以优化工艺，无需安装额外的流量仪表，同时也降低了成本。因为科隆流量计所提供的实时测量，即使是在批次过渡阶段，也不会出现测量值的丢失。

OPTISONIC 8300 的全通径结构，也帮助用户在压损方面受益。该款流量计，无移动或阻挡部件， 几乎没有压损，帮助用户节省了泵的容量和能耗。为 TNO 带来的另一大优势，是该款超声波流量计的免维护设计。此外，它还不会受到磨损和污染。鉴于TNO的工艺流程偶尔需要停车，所以会出现沉淀。但是，精度和信号强度不会受到沉淀的影响， 所以无需重新校准流量计，这就允许将仪表直接焊接在管道上。

OPTISONIC 8300 再次证明了其对于CO2和 H2  测量的出色性能和可靠性，根据所测得的声速，该款流量计甚至可以帮助客户确定两种气体混合物种的气体组分。OPTISONIC 8300 不仅是流量计，还是一台集成气体组分实时分析的紧凑型仪表，即使是在没有安装额外流量计的情况下，对于 TNO 来说也不再是一个问题，依然可以对管道中的气体进行实时分析。