Wir haben die Produktion und Auslieferung unserer Sinopec-Anlage zur dezentralen Wasserstoffproduktion aus Methangas mit einer Kapazität von 300 Nm³/h erfolgreich abgeschlossen. Im Folgenden möchte ich den Prozess der Wasserstoffgewinnung aus Erdgas kurz erläutern.
Angesichts des steigenden Energieverbrauchs ist die Suche nach neuen Energiequellen zu einer wichtigen Aufgabe geworden. Wasserstoff gilt als vielversprechendste Energiequelle und bietet vielfältige Möglichkeiten: Er ist nahezu emissionsfrei, weist eine hohe Umwandlungseffizienz auf und hat ein breites Anwendungsspektrum. Die Wasserstoffproduktion aus Erdgas kann Chinas Energiekrise zumindest teilweise lindern und den Wandel der chinesischen Energiestruktur weiter vorantreiben.
Diese Arbeit befasst sich mit dem Prinzip der Wasserstoffgewinnung aus Erdgas, dem Prozess und der Technologie der Wasserstoffgewinnung aus Erdgas, der Klassifizierung der Wasserstoffgewinnungstechnologie aus Erdgas und der Kostenrechnung der Wasserstoffgewinnung aus Erdgas.
1 Prinzip und Prozess der Wasserstoffproduktion aus Erdgas
1.1Prinzip der Wasserstofferzeugung aus Erdgas
Das Prinzip der Wasserstoffproduktion aus Erdgas besteht darin, Erdgas vorzubehandeln, Methan und Wasserdampf im Reformer in Kohlenmonoxid und Wasserstoff umzuwandeln und das Kohlenmonoxid nach Abwärmenutzung im Shiftturm in Kohlendioxid und Wasserstoff zu spalten. Die Grundlage dieses Verfahrens bildet die Dampfkonversion von Erdgas. Im Shiftturm wird die Reaktionstemperatur in Gegenwart eines Katalysators geregelt, und das Kohlenmonoxid im Konversionsgas reagiert mit Wasser zu Wasserstoff und Kohlendioxid.
Unter geeignetem Druck und geeigneter Temperatur durchlaufen die Alkane im Erdgas eine Reihe chemischer Reaktionen, wodurch Konversionsgas entsteht. Nachdem dieses Konversionsgas unter automatischer Steuerung eine PAS-Anlage mit verschiedenen Adsorptionsmitteln durchlaufen hat, werden Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und andere Verunreinigungen im Adsorptionsturm adsorbiert. Gleichzeitig wird Wasserstoff zur Gasverbrauchseinheit geleitet, um das Adsorptionsmittel von Verunreinigungen zu befreien. Nach der Desorption kann das Analysegas als Brennstoff in den Shift-Ofen geleitet werden, wobei das Adsorptionsmittel regeneriert wird.
Die Hauptreaktionsformel lautet wie folgt:
Erdgas und Wasser reagieren bei 800 ~ 900 ℃ mit Nickeloxid als Katalysator zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff.
Die Reaktionsformel lautet: CH4 + H2O → CO + H2-Q
Kohlenmonoxid und Wasser reagieren bei 300-400 °C mit Eisenoxid als Katalysator zu Kohlendioxid und Wasserstoff.
Die Reaktionsformel lautet: CO + H₂O → CO₂ + H₂ + Q
Darüber hinaus sind die relevanten technischen Indexanforderungen im Vorbereitungsprozess wie folgt:
Der Druck liegt im Allgemeinen bei 1,5 ~ 2,5 MPa, und der spezifische Verbrauch an Erdgas beträgt 0,4 ~ 0,5 m³/m³ Wasserstoff; Betriebszeit: > 8000 h; Industrieller Maßstab: 1000 m³/H₂ ~ 100000 m³/h.
1.2 Erdgas-Wasserstoffproduktionsprozess
Die Wasserstoffproduktion aus Erdgas umfasst im Wesentlichen vier Prozesse: die Vorbehandlung des Einsatzgases, die Umwandlung des Erdgases in Dampf, die Umwandlung des Kohlenmonoxids und die Wasserstoffreinigung.
Der erste Schritt ist die Rohstoffvorbehandlung. Diese umfasst hauptsächlich die Entschwefelung des Rohgases. Im praktischen Betrieb wird üblicherweise eine Zinkoxid-Hydrierungsreihe für Erdgas als Entschwefelungsmittel eingesetzt, um den organischen Schwefel im Erdgas in anorganischen Schwefel umzuwandeln und diesen anschließend zu entfernen. Da hier große Mengen an Rohgas verarbeitet werden, kann eine Erdgasquelle mit hohem Druck genutzt oder bei der Auswahl des Erdgasverdichters eine große Leistungsreserve eingeplant werden.
Im zweiten Schritt wird Erdgas dampfkonvertiert. Im Reformer wird ein Nickelkatalysator eingesetzt, um die Alkane im Erdgas in ein Einsatzgas mit den Hauptbestandteilen Kohlenmonoxid und Wasserstoff umzuwandeln.
Kohlenmonoxid wird anschließend in Gegenwart eines Katalysators mit Wasserdampf zu Wasserstoff und Kohlendioxid umgesetzt. Das so gewonnene Umwandlungsgas besteht hauptsächlich aus Wasserstoff und Kohlendioxid. Je nach Umwandlungstemperatur unterscheidet man zwischen Mitteltemperatur- und Hochtemperaturumwandlung. Die Hochtemperaturumwandlung findet bei etwa 360 °C statt, die Mitteltemperaturumwandlung bei etwa 320 °C. Dank technischer Weiterentwicklungen hat sich in den letzten Jahren die zweistufige Verfahrentrocknung von Kohlenmonoxid durchgesetzt, die sowohl die Hochtemperatur- als auch die Niedertemperaturumwandlung umfasst und somit den Ressourcenverbrauch weiter reduziert. Bei geringen Kohlenmonoxidkonzentrationen im Umwandlungsgas genügt jedoch die Mitteltemperaturumwandlung.
Der letzte Schritt ist die Wasserstoffreinigung. Das am häufigsten verwendete Wasserstoffreinigungssystem ist das PAS-System (auch bekannt als PSA-Reinigungs- und Trennsystem). Dieses System zeichnet sich durch geringen Energieverbrauch, einen einfachen Prozess und die Produktion von Wasserstoff mit hoher Reinheit aus. Die Reinheit des Wasserstoffs kann bis zu 99,99 % erreichen.
Veröffentlichungsdatum: 11. November 2021