Usine de production d'hydrogène sur mesure à partir de gaz naturel

Introduction

La production d'hydrogène à partir de gaz naturel présente l'avantage d'un faible coût et d'économies d'échelle importantes. La recherche et le développement de procédés de production d'hydrogène à partir de gaz naturel plus avancés constituent une garantie essentielle pour résoudre le problème de l'approvisionnement en hydrogène bon marché. En tant qu'énergie industrielle propre et de haute qualité, le gaz naturel revêt une importance stratégique majeure dans le développement énergétique de la Chine. En effet, il est non seulement un combustible essentiel à la vie quotidienne, mais aussi une matière première fondamentale pour de nombreux produits chimiques dérivés.

La production d'hydrogène à partir de gaz naturel est l'un des nombreux produits dérivés de ce gaz. Le champ pétrolier de Liaohe, troisième plus grand champ pétrolier et gazier de Chine, est riche en ressources de gaz naturel, notamment grâce à ses entreprises de traitement centralisé. Lors de la production de pétrole et de gaz, on obtient une quantité considérable de gaz sec associé, qui présente des conditions idéales pour le traitement en profondeur du gaz naturel. Ce procédé revêt une importance pratique considérable pour le développement et la généralisation de la production d'hydrogène à partir de gaz naturel.

Sélection et analyse théorique de la production d'hydrogène à partir de gaz naturel

L'hydrogène, produit chimique secondaire, est largement utilisé dans les industries pharmaceutique, de la chimie fine, de l'électronique et de l'électrotechnique. En particulier, en tant que combustible de choix pour les piles à combustible, il offrira de vastes perspectives de marché dans les secteurs des transports et de la production d'électricité, et occupera une place de plus en plus importante dans le futur mix énergétique. Les méthodes traditionnelles de production d'hydrogène, telles que la conversion des hydrocarbures légers à la vapeur, l'électrolyse de l'eau, le craquage du méthanol, la gazéification du charbon et la décomposition de l'ammoniac, sont relativement bien maîtrisées. Cependant, elles présentent des inconvénients majeurs, notamment un coût élevé, un faible rendement et une faible productivité. L'exploitation du pétrole et du gaz dans le champ pétrolier de Liaohe génère des ressources en hydrocarbures telles que le gaz sec et le naphta. La production d'hydrogène par ces procédés permet d'optimiser l'utilisation de ces ressources. De plus, le méthane, principal composant du gaz naturel associé, peut être converti en hydrogène par la vapeur d'hydrocarbures, avec un haut degré de pureté et un rendement élevé.

Principe de procédé de production d'hydrogène à partir de gaz naturel

Les principaux procédés de traitement du gaz naturel comprennent la distillation atmosphérique et sous vide, le craquage catalytique, le reformage catalytique et la production d'aromatiques. Ils incluent également l'exploitation, la collecte, le transport et la purification du gaz naturel. Sous pression, à haute température et en présence d'un catalyseur, les alcanes et la vapeur d'eau contenus dans le gaz naturel réagissent chimiquement. Le gaz à reformer entre dans le convertisseur après un échange thermique dans la chaudière afin de convertir le CO en H₂ et CO₂. Après échange thermique, condensation et séparation de l'eau et de la vapeur d'eau, le gaz est successivement acheminé vers une tour d'adsorption équipée de trois adsorbants spécifiques, grâce à une commande programmable. Le N₂, le CO, le CH₄ et le CO₂ sont alors mis sous pression et adsorbés par adsorption modulée en pression (PSA) pour extraire l'hydrogène produit. L'analyse par dépressurisation permet d'éliminer les impuretés et de régénérer l'adsorbant.

Formule de la réaction : CH4 + H2O → CO + 3h2-q CO + H2O → CO2 + H2 + Q

Principaux indicateurs techniques. Pression : 1,0-2,5 MPa ; Consommation unitaire de gaz naturel : 0,5-0,56 nm³/nm³ d’hydrogène ; Consommation électrique : 0,8-1,5 kW/nm³ d’hydrogène ; Capacité : 1 000 Nm³/H à 100 000 Nm³/h ; Pureté : conforme à l’hydrogène industriel et à l’hydrogène pur (GB/T7445-1995) ; Durée de fonctionnement annuelle : plus de 8 000 h.