تقنيات إنتاج الهيدروجين من الغاز الطبيعي

أبرز سمات العمليات الأديباتية تحويل الغاز الطبيعي إلى هيدروجينتتمثل إحدى مزايا هذه العملية في أن معظم تفاعلات المواد الخام هي في الأساس تفاعلات أكسدة جزئية، وقد أصبحت خطوة التحكم في السرعة عبارة عن تفاعل أكسدة جزئية سريع، مما يُحسّن بشكل كبير من قدرة إنتاج الهيدروجين من الغاز الطبيعي. تستخدم عملية إنتاج الهيدروجين بالتحويل الأديباتي للغاز الطبيعي الهواء الرخيص كمصدر للأكسجين. يُمكن للمفاعل المُصمم، والذي يحتوي على موزع للأكسجين، حل مشكلة النقاط الساخنة في طبقة الحفاز، بالإضافة إلى التوزيع الأمثل للطاقة. كما تتحسن استقرارية تفاعل المواد الحفازة بشكل كبير نتيجةً لانخفاض النقاط الساخنة في الطبقة. يُمكن لإنتاج الهيدروجين على نطاق صغير في الموقع باستخدام التحويل الأديباتي للغاز الطبيعي في محطة الهدرجة أن يُظهر بشكل أفضل قدرته الإنتاجية العالية. تتميز هذه العملية الجديدة بقصر مدتها وسهولة تشغيلها، مما يُقلل بشكل كبير من تكلفة الاستثمار وإنتاج الهيدروجين في وحدة إنتاج الهيدروجين الصغيرة في الموقع.
الأكسدة الجزئية للغاز الطبيعي إلى هيدروجين. بالمقارنة مع طريقة إعادة تشكيل البخار التقليدية، تستهلك الأكسدة الجزئية التحفيزية للغاز الطبيعي إلى غاز التخليق طاقة أقل وتستخدم مواد حرارية رخيصة للغاية لتكديس المفاعل. مع ذلك، تزيد هذه العملية من تكلفة الاستثمار وإنتاج الأكسجين في وحدة فصل الهواء نظرًا لكمية الأكسجين النقي الكبيرة. تم استخدام غشاء خزفي غير عضوي عالي الحرارة نفاذ للأكسجين كمفاعل للأكسدة الجزئية التحفيزية للغاز الطبيعي، وتم الجمع بين إنتاج الأكسجين بتكلفة منخفضة والأكسدة الجزئية التحفيزية للغاز الطبيعي إلى هيدروجين في آن واحد. تُظهر نتائج التقييم الفني والاقتصادي الأولي أنه بالمقارنة مع عملية الإنتاج التقليدية، سينخفض ​​الاستثمار في الوحدة بنسبة تتراوح بين 25 و30%، وستنخفض تكلفة الإنتاج بنسبة تتراوح بين 30 و50%.
إنتاج الهيدروجين من التكسير الحراري للغاز الطبيعي عند درجات حرارة عالية. ويُعدّ إنتاج الهيدروجين من التحلل الحراري للغاز الطبيعي عملية تحفيزية لتحويله إلى هيدروجين وكربون عند درجات حرارة عالية. وتُعتبر هذه العملية مرحلة انتقالية بين الوقود الأحفوري والطاقة المتجددة لعدم إنتاجها ثاني أكسيد الكربون. وقد أجرت شركة لياوهي للنفط أبحاثًا مكثفة حول إنتاج الهيدروجين من التكسير التحفيزي للغاز الطبيعي عند درجات حرارة عالية. ويمكن للكربون الناتج أن يُستخدم في تطبيقات محددة هامة، وأن يتمتع بآفاق سوقية واسعة.
إنتاج الهيدروجين عن طريق إعادة تشكيل الغاز الطبيعي ذاتيًا. بالمقارنة مع عملية إعادة التشكيل التقليدية، تستبدل هذه العملية التسخين الخارجي بالتسخين الذاتي، مما يجعل استخدام حرارة التفاعل أكثر فعالية. ويعتمد مبدأها على اقتران تفاعل احتراق الغاز الطبيعي الطارد للحرارة وتفاعل إعادة تشكيل الغاز الطبيعي بالبخار الماص للحرارة بشدة داخل المفاعل، حيث يمكن لنظام التفاعل نفسه تحقيق التسخين الذاتي. إضافةً إلى ذلك، ونظرًا لأن التفاعلين الطارد والماص للحرارة بشدة في مفاعل إعادة التشكيل الذاتي يتمان على مراحل، فإن المفاعل لا يزال يتطلب استخدام أنابيب فولاذية مقاومة للحرارة العالية، مما يجعل عملية إعادة تشكيل الغاز الطبيعي ذاتيًا تعاني من عيوب تتمثل في ارتفاع تكلفة الوحدة وانخفاض الطاقة الإنتاجية.