حفل تسليم محطة إنتاج الهيدروجين من غاز الميثان الغني التي وزعتها شركة سينوبك

لقد أتممنا بنجاح إنتاج وتسليم محطة إنتاج الهيدروجين من غاز الميثان الغني التابعة لشركة سينوبك، والتي تبلغ طاقتها الإنتاجية 300 متر مكعب قياسي في الساعة. أود هنا أن أقدم نبذة مختصرة عن عملية إنتاج الهيدروجين من الغاز الطبيعي.

مع تزايد استهلاك الطاقة، أصبح البحث عن مصادر طاقة جديدة مهمة بالغة الأهمية. ويُعدّ الهيدروجين، باعتباره مصدر الطاقة الأكثر إمكانات، ذا مصادر متعددة، ويكاد يخلو من التلوث، ويتميز بكفاءة تحويل عالية وآفاق تطبيق واسعة. ويمكن لإنتاج الهيدروجين من الغاز الطبيعي أن يخفف من أزمة الطاقة في الصين إلى حد ما، وأن يُسهم في تعزيز تحول هيكل استخدام الطاقة في البلاد.

ستركز هذه الورقة على مبدأ إنتاج الهيدروجين من الغاز الطبيعي، وعملية وتكنولوجيا إنتاج الهيدروجين من الغاز الطبيعي، وتصنيف تكنولوجيا إنتاج الهيدروجين من الغاز الطبيعي، وحساب تكلفة إنتاج الهيدروجين من الغاز الطبيعي.

1 مبدأ وعملية إنتاج الهيدروجين من الغاز الطبيعي

1.1مبدأ إنتاج الهيدروجين من الغاز الطبيعي

تعتمد عملية إنتاج الهيدروجين من الغاز الطبيعي على مبدأ المعالجة المسبقة للغاز الطبيعي، ثم تحويل الميثان والبخار إلى أول أكسيد الكربون والهيدروجين في وحدة الإصلاح، ثم تحويل أول أكسيد الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين في برج التحويل بعد استعادة الحرارة المهدرة. وتستند هذه التقنية إلى تقنية تحويل الغاز الطبيعي بالبخار. في برج التحويل، تُضبط درجة حرارة التفاعل بوجود عامل حفاز، ويتفاعل أول أكسيد الكربون الموجود في الغاز المُحوَّل مع الماء لإنتاج الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون.

تحت ضغط ودرجة حرارة مناسبين، تخضع الألكانات الموجودة في الغاز الطبيعي لسلسلة من التفاعلات الكيميائية لتوليد غاز التحويل. بعد مرور غاز التحويل عبر جهاز امتصاص الغازات (PAS) المزود بمواد امتصاص متنوعة تحت تحكم آلي، يتم امتصاص أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون والشوائب الأخرى بواسطة برج الامتصاص، ويُرسل الهيدروجين إلى وحدة استهلاك الغاز لامتصاص الشوائب على مادة الامتصاص. بعد عملية الإزالة، يمكن إرسال الغاز التحليلي إلى فرن التحويل كوقود، كما يمكن إعادة تنشيط مادة الامتصاص.

الصيغة الرئيسية للتفاعل هي كما يلي:

يتفاعل الغاز الطبيعي والماء عند درجة حرارة 800 ~ 900 درجة مئوية مع محفز أكسيد النيكل لإنتاج أول أكسيد الكربون والهيدروجين.

صيغة التفاعل هي: CH4 + H2O → CO + H2-Q

يتفاعل أول أكسيد الكربون والماء عند درجة حرارة 300-400 درجة مئوية مع محفز أكسيد الحديد لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين.

صيغة التفاعل هي: CO + H2O → CO2 + H2 + Q

بالإضافة إلى ذلك، فإن متطلبات المؤشر الفني ذات الصلة في عملية الإعداد هي كما يلي:

الضغط يتراوح عمومًا بين 1.5 و 2.5 ميجا باسكال، واستهلاك وحدة الغاز الطبيعي يتراوح بين 0.4 و 0.5 متر مكعب / متر مكعب من الهيدروجين؛ وقت التشغيل: > 8000 ساعة؛ النطاق الصناعي: 1000 متر مكعب / ساعة ~ 100000 متر مكعب / ساعة.

1.2 عملية إنتاج الهيدروجين من الغاز الطبيعي

تتضمن عملية إنتاج الهيدروجين من الغاز الطبيعي بشكل أساسي أربع عمليات: المعالجة المسبقة لغاز التغذية، وتحويل الغاز الطبيعي بالبخار، وتحويل أول أكسيد الكربون، وتنقية الهيدروجين.

الخطوة الأولى هي معالجة المواد الخام. تشير المعالجة هنا بشكل أساسي إلى إزالة الكبريت من الغاز الخام. في عملية التشغيل الفعلية، يُستخدم عادةً أكسيد الزنك من سلسلة هدرجة الكوبالت والموليبدينوم للغاز الطبيعي كمزيل للكبريت لتحويل الكبريت العضوي في الغاز الطبيعي إلى كبريت غير عضوي ثم إزالته. نظرًا لارتفاع تدفق الغاز الطبيعي الخام المعالج، يُنصح باستخدام مصدر غاز طبيعي ذي ضغط عالٍ، أو مراعاة هامش أمان كبير عند اختيار ضاغط الغاز الطبيعي.

تتمثل الخطوة الثانية في تحويل الغاز الطبيعي بالبخار. ويُستخدم عامل حفاز من النيكل في جهاز الإصلاح لتحويل الألكانات الموجودة في الغاز الطبيعي إلى غاز تغذية يتكون أساساً من أول أكسيد الكربون والهيدروجين.

بعد ذلك، يُحوّل أول أكسيد الكربون ليتفاعل مع بخار الماء بوجود عامل مساعد، مُنتجًا الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون، للحصول على غاز التحويل الذي يتكون أساسًا من الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون. ويمكن تقسيم عملية تحويل أول أكسيد الكربون، وفقًا لدرجة حرارة التحويل، إلى نوعين: التحويل عند درجة حرارة متوسطة والتحويل عند درجة حرارة عالية. تبلغ درجة حرارة التحويل عند درجة الحرارة العالية حوالي 360 درجة مئوية، بينما تبلغ درجة حرارة التحويل عند درجة الحرارة المتوسطة حوالي 320 درجة مئوية. ومع تطور التدابير التقنية، تم اعتماد نظام التحويل ثنائي المراحل لأول أكسيد الكربون، والذي يتضمن التحويل عند درجة حرارة عالية والتحويل عند درجة حرارة منخفضة، في السنوات الأخيرة، مما يُسهم في ترشيد استهلاك الموارد. ومع ذلك، في حال انخفاض تركيز أول أكسيد الكربون في غاز التحويل، يُمكن الاكتفاء بالتحويل عند درجة حرارة متوسطة.

الخطوة الأخيرة هي تنقية الهيدروجين. يُعد نظام PAS، المعروف أيضًا بنظام تنقية وفصل PSA، النظام الأكثر شيوعًا لتنقية الهيدروجين حاليًا. يتميز هذا النظام باستهلاكه المنخفض للطاقة، وبساطة العملية، وإنتاجه للهيدروجين بنقاوة عالية، تصل في أعلى مستوياتها إلى 99.99%.