Hemos completado con éxito la ceremonia de entrega de la planta de producción de hidrógeno a partir de gas metano rico distribuido de Sinopec, con una capacidad de 300 Nm³/h. A continuación, me gustaría ofrecer una breve introducción al proceso de producción de hidrógeno a partir de gas natural.
Con el aumento del consumo energético, la búsqueda de nuevas fuentes de energía se ha convertido en una tarea fundamental. El hidrógeno, como la energía con mayor potencial, cuenta con una amplia gama de fuentes, prácticamente no genera contaminación, posee una alta eficiencia de conversión y ofrece amplias perspectivas de aplicación. La producción de hidrógeno a partir de gas natural puede aliviar en cierta medida la crisis energética de China y promover aún más la transformación de su estructura de utilización energética.
Este artículo se centrará en el principio de producción de hidrógeno a partir de gas natural, el proceso y la tecnología de producción de hidrógeno a partir de gas natural, la clasificación de la tecnología de producción de hidrógeno a partir de gas natural y el cálculo de costes de la producción de hidrógeno a partir de gas natural.
1 Principio y proceso de producción de hidrógeno a partir de gas natural
1.1Principio de producción de hidrógeno a partir de gas natural
El principio del proceso de producción de hidrógeno a partir de gas natural consiste en pretratar primero el gas natural, luego convertir el metano y el vapor en monóxido de carbono e hidrógeno en el reformador, y, tras la recuperación del calor residual, convertir el monóxido de carbono en dióxido de carbono e hidrógeno en la torre de conversión. Esta tecnología se basa en la tecnología de conversión de gas natural a vapor. En la torre de conversión, la temperatura de reacción se controla en presencia de un catalizador, y el monóxido de carbono presente en el gas de conversión reacciona con el agua para producir hidrógeno y dióxido de carbono.
Bajo la presión y temperatura adecuadas, los alcanos del gas natural experimentan una serie de reacciones químicas que generan gas de conversión. Tras pasar por el dispositivo PAS, equipado con diversos adsorbentes y controlado automáticamente, el monóxido de carbono, el dióxido de carbono y otras impurezas son adsorbidas por la torre de adsorción. El hidrógeno se envía a la unidad de consumo de gas para adsorber las impurezas. Después de la desorción, el gas analítico puede utilizarse como combustible en el horno de desplazamiento, y el adsorbente también puede regenerarse.
La fórmula de reacción principal es la siguiente:
El gas natural y el agua reaccionan a 800 ~ 900 ℃ con un catalizador de óxido de níquel para producir monóxido de carbono e hidrógeno.
La fórmula de reacción es: CH4 + H2O → CO + H2-Q
El monóxido de carbono y el agua reaccionan a 300-400 ℃ con un catalizador de óxido férrico para producir dióxido de carbono e hidrógeno.
La fórmula de reacción es: CO + H2O → CO2 + H2 + Q
Además, los requisitos del índice técnico pertinente en el proceso de preparación son los siguientes:
La presión es generalmente de 1,5 a 2,5 MPa, y el consumo unitario de gas natural es de 0,4 a 0,5 m3/m3 de hidrógeno; Tiempo de operación: > 8000 h; Escala industrial: 1000 m3/H ~ 100000 m3/h.
1.2 Proceso de producción de hidrógeno a partir de gas natural
El proceso de producción de hidrógeno a partir de gas natural incluye principalmente cuatro etapas: pretratamiento del gas de alimentación, conversión del gas natural en vapor, conversión del monóxido de carbono y purificación del hidrógeno.
El primer paso es el pretratamiento de la materia prima. Este pretratamiento se refiere principalmente a la desulfuración del gas natural. En la operación real, se suele utilizar óxido de zinc, un desulfurante de la serie de hidrogenación de cobalto-molibdeno para convertir el azufre orgánico del gas natural en azufre inorgánico y posteriormente eliminarlo. Dado el gran caudal de gas natural tratado, se recomienda utilizar una fuente de gas natural de alta presión o considerar un amplio margen al seleccionar el compresor de gas natural.
El segundo paso es la conversión del gas natural mediante vapor. En el reformador se utiliza un catalizador de níquel para convertir los alcanos presentes en el gas natural en gas de alimentación, cuyos componentes principales son monóxido de carbono e hidrógeno.
Luego, el monóxido de carbono se convierte para reaccionar con vapor de agua en presencia de un catalizador para generar hidrógeno y dióxido de carbono, obteniendo así el gas de conversión cuyos componentes principales son hidrógeno y dióxido de carbono. Según la temperatura de conversión, el proceso de conversión del monóxido de carbono se puede dividir en dos tipos: conversión a temperatura media y conversión a alta temperatura. La temperatura de conversión a alta temperatura es de aproximadamente 360 ℃, y la de conversión a temperatura media es de aproximadamente 320 ℃. Con el desarrollo de contramedidas técnicas, en los últimos años se ha adoptado un proceso de dos etapas para la conversión de monóxido de carbono a alta y baja temperatura, lo que permite ahorrar aún más recursos. Sin embargo, cuando el contenido de monóxido de carbono en el gas de conversión no es elevado, solo se puede utilizar la conversión a temperatura media.
El último paso es purificar el hidrógeno. Actualmente, el sistema de purificación de hidrógeno más utilizado es el sistema PAS, también conocido como sistema de purificación y separación PSA. Este sistema se caracteriza por su bajo consumo energético, su proceso sencillo y la alta pureza del hidrógeno producido. En su máxima pureza, puede alcanzar el 99,99%.
Fecha de publicación: 11 de noviembre de 2021