Nous avons mené à bien la production et la livraison de l'unité de production d'hydrogène à partir de méthane riche distribuée par Sinopec, d'une capacité de 300 Nm³/h. Je souhaite ici vous présenter brièvement le processus de production d'hydrogène à partir de gaz naturel.
Face à l'intensification de la consommation énergétique, la recherche de nouvelles sources d'énergie est devenue un enjeu majeur. L'hydrogène, énergie à fort potentiel, présente de nombreuses sources, une production quasi non polluante, un rendement de conversion élevé et de vastes perspectives d'application. La production d'hydrogène à partir de gaz naturel pourrait atténuer la crise énergétique chinoise et favoriser la transformation du paysage énergétique du pays.
Cet article portera sur le principe de la production d'hydrogène à partir de gaz naturel, le procédé et la technologie de production d'hydrogène à partir de gaz naturel, la classification des technologies de production d'hydrogène à partir de gaz naturel et la comptabilité analytique de la production d'hydrogène à partir de gaz naturel.
1 Principe et processus de Production d'hydrogène à partir de gaz naturel
1.1Principe de production d'hydrogène à partir de gaz naturel
Le principe du procédé de production d'hydrogène à partir de gaz naturel consiste à prétraiter ce dernier, puis à convertir le méthane et la vapeur d'eau en monoxyde de carbone et en hydrogène dans un reformeur. Après récupération de la chaleur résiduelle, le monoxyde de carbone est ensuite converti en dioxyde de carbone et en hydrogène dans une tour de conversion. Ce procédé repose sur la technologie de conversion du gaz naturel à la vapeur d'eau. Dans la tour de conversion, la température de réaction est contrôlée en présence d'un catalyseur, et le monoxyde de carbone contenu dans le gaz de conversion réagit avec l'eau pour produire de l'hydrogène et du dioxyde de carbone.
Sous pression et température appropriées, les alcanes présents dans le gaz naturel subissent une série de réactions chimiques pour générer un gaz de conversion. Ce gaz traverse ensuite un dispositif PAS équipé de divers adsorbants à régulation automatique. Le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone et d'autres impuretés sont adsorbés par la tour d'adsorption, et l'hydrogène est envoyé à l'unité de consommation de gaz pour y adsorber les impuretés. Après désorption, le gaz analysé peut être utilisé comme combustible dans le four de conversion du gaz à l'eau, et l'adsorbant peut être régénéré.
La formule de la réaction principale est la suivante :
Le gaz naturel et l'eau réagissent à 800 ~ 900 ℃ avec un catalyseur d'oxyde de nickel pour produire du monoxyde de carbone et de l'hydrogène.
La formule de la réaction est : CH4 + H2O → CO + H2-Q
Le monoxyde de carbone et l'eau réagissent à 300-400 ℃ avec un catalyseur d'oxyde ferrique pour produire du dioxyde de carbone et de l'hydrogène.
La formule de la réaction est : CO + H₂O → CO₂ + H₂ + Q
En outre, les exigences relatives aux indices techniques pertinents dans le processus de préparation sont les suivantes :
La pression est généralement de 1,5 à 2,5 MPa et la consommation unitaire de gaz naturel est de 0,4 à 0,5 m3 / m3 d'hydrogène ; Durée de fonctionnement : > 8000 h ; Échelle industrielle : 1000 m3 / H ~ 100000 m3 / h.
1.2 procédé de production d'hydrogène à partir de gaz naturel
Le processus de production d'hydrogène à partir de gaz naturel comprend principalement quatre étapes : le prétraitement du gaz d'alimentation, la conversion du gaz naturel en vapeur, la conversion du monoxyde de carbone et la purification de l'hydrogène.
La première étape consiste en le prétraitement de la matière première. Ce prétraitement concerne principalement la désulfuration du gaz brut. En pratique, on utilise généralement un désulfurant à base d'oxyde de zinc hydrogéné au cobalt-molybdène pour convertir le soufre organique du gaz naturel en soufre inorganique, qui est ensuite éliminé. Le débit de gaz naturel brut traité étant important, il est possible d'utiliser une source de gaz naturel à haute pression ou de prévoir une marge de sécurité suffisante lors du choix du compresseur.
La deuxième étape consiste en la conversion du gaz naturel à la vapeur. Un catalyseur au nickel est utilisé dans le reformeur pour convertir les alcanes contenus dans le gaz naturel en un gaz d'alimentation dont les principaux composants sont le monoxyde de carbone et l'hydrogène.
Le monoxyde de carbone réagit ensuite avec la vapeur d'eau en présence d'un catalyseur pour produire de l'hydrogène et du dioxyde de carbone, donnant ainsi un gaz de conversion dont les principaux composants sont l'hydrogène et le dioxyde de carbone. Selon la température de conversion, on distingue deux types de conversion : la conversion à moyenne température (environ 360 °C) et la conversion à haute température (environ 320 °C). Grâce aux progrès techniques, le procédé en deux étapes (conversion à haute et basse température) est devenu courant ces dernières années, permettant ainsi de réduire la consommation de ressources. Cependant, lorsque la teneur en monoxyde de carbone du gaz de conversion est faible, seule la conversion à moyenne température est appropriée.
La dernière étape consiste à purifier l'hydrogène. Le système de purification d'hydrogène le plus couramment utilisé est le système PAS, également appelé système de purification et de séparation PSA. Ce système se caractérise par une faible consommation d'énergie, un procédé simple et une production d'hydrogène de haute pureté. Dans les conditions maximales, la pureté de l'hydrogène peut atteindre 99,99 %.
Date de publication : 11 novembre 2021