La produzione di idrogeno dal gas naturale presenta i vantaggi di bassi costi e di un significativo effetto di scala. La ricerca e lo sviluppo di nuove tecnologie di processo più avanzate per la produzione di idrogeno dal gas naturale rappresentano una garanzia importante per risolvere il problema della disponibilità di una fonte di idrogeno a basso costo. In quanto energia industriale pulita e di alta qualità, il gas naturale riveste un'importante rilevanza strategica nel processo di sviluppo energetico della Cina. Infatti, il gas naturale non è solo un combustibile fondamentale per la vita quotidiana delle persone, ma anche la materia prima di base per la produzione di numerosi prodotti chimici secondari.
La produzione di idrogeno dal gas naturale è uno dei tanti prodotti derivati da questo gas. Il giacimento petrolifero di Liaohe, il terzo più grande in Cina, è ricco di risorse di gas naturale, soprattutto grazie agli impianti centralizzati di trattamento del petrolio e del gas. Nel processo di estrazione del petrolio e del gas, è possibile produrre una notevole quantità di gas secco associato, che presenta caratteristiche uniche per il trattamento profondo del gas naturale. Ciò riveste un'importanza pratica ancora maggiore per promuovere lo sviluppo e la diffusione del processo di produzione di idrogeno dal gas naturale.
1. Selezione e analisi teorica della produzione di idrogeno dal gas naturale
L'idrogeno, in quanto sottoprodotto chimico, è ampiamente utilizzato nell'industria farmaceutica, chimica fine, elettronica ed elettrica. In particolare, come combustibile preferenziale per le celle a combustibile, avrà in futuro ampie prospettive di mercato nei settori dei trasporti e della produzione di energia, e occuperà una posizione sempre più importante nella futura struttura energetica. I metodi tradizionali di produzione di idrogeno, come la conversione del vapore acqueo di idrocarburi leggeri, l'elettrolisi dell'acqua, il cracking del metanolo, la gassificazione del carbone e la decomposizione dell'ammoniaca, sono relativamente consolidati. Tuttavia, presentano problematiche quali costi elevati, bassa resa e scarsa efficienza della manodopera. Nel giacimento petrolifero di Liaohe, durante la produzione di petrolio e gas, sono presenti risorse di idrocarburi come gas secco e nafta. L'utilizzo di questo metodo per la produzione di idrogeno può massimizzare l'utilizzo delle risorse. Inoltre, il componente principale del gas naturale associato è il metano, che può essere convertito in idrogeno tramite vapore acqueo di idrocarburi, con elevata purezza e alta efficienza produttiva.
2. Principio di processo per la produzione di idrogeno dal gas naturale
I principali processi di lavorazione del gas naturale includono la distillazione atmosferica e sottovuoto, il cracking catalitico, il reforming catalitico e la produzione di aromatici. Allo stesso tempo, comprendono lo sfruttamento, la raccolta, il trasporto e la purificazione del gas naturale. In determinate condizioni di pressione, alta temperatura e in presenza di un catalizzatore, gli alcani e il vapore acqueo presenti nel gas naturale reagiscono chimicamente. Il gas di reforming entra nel convertitore dopo lo scambio termico nella caldaia per convertire la CO₂ in H₂ e CO₂. Dopo lo scambio termico, la condensazione e la separazione del vapore acqueo, il gas passa sequenzialmente attraverso la torre di adsorbimento dotata di tre adsorbenti specifici tramite un controllo programmato, e N₂, CO, CH₄ e CO₂ vengono pressurizzati e adsorbiti mediante adsorbimento a variazione di pressione (PSA) per estrarre l'idrogeno prodotto. L'analisi di depressurizzazione rilascia le impurità e rigenera l'adsorbente.
Formula di reazione:
CH4 + H2O → CO + 3H2-q
CO + H2O → CO2 + H2 + Q
Data di pubblicazione: 10 dicembre 2021