Abbiamo completato con successo la cerimonia di consegna dell'impianto di produzione di idrogeno da gas metano ricco distribuito di Sinopec, con una capacità di 300 Nm³/h. Vorrei ora fornire una breve introduzione al processo di produzione di idrogeno dal gas naturale.
Con l'intensificarsi del consumo energetico, la ricerca di nuove fonti di energia è diventata una priorità. L'idrogeno, in quanto fonte energetica con il maggiore potenziale, vanta un'ampia gamma di fonti, è praticamente privo di inquinamento, ha un'elevata efficienza di conversione e vaste prospettive di applicazione. La produzione di idrogeno dal gas naturale può alleviare in una certa misura la crisi energetica cinese e promuovere ulteriormente la trasformazione della struttura di utilizzo dell'energia nel Paese.
Questo documento si concentrerà sul principio di produzione dell'idrogeno dal gas naturale, sul processo e sulla tecnologia di produzione dell'idrogeno dal gas naturale, sulla classificazione delle tecnologie di produzione dell'idrogeno dal gas naturale e sulla contabilità dei costi di produzione dell'idrogeno dal gas naturale.
1 Principio e processo di produzione di idrogeno dal gas naturale
1.1Principio di produzione dell'idrogeno dal gas naturale
Il principio del processo di produzione di idrogeno dal gas naturale consiste nel pretrattare innanzitutto il gas naturale, quindi convertire il metano e il vapore acqueo in monossido di carbonio e idrogeno nel reattore di reforming, e infine convertire il monossido di carbonio in anidride carbonica e idrogeno nella torre di conversione dopo il recupero del calore di scarto. La base di questa tecnologia di processo è costituita dalla tecnologia di conversione del gas naturale in vapore. Nella torre di conversione, la temperatura di reazione viene controllata in presenza di un catalizzatore e il monossido di carbonio presente nel gas di conversione reagisce con l'acqua per produrre idrogeno e anidride carbonica.
A pressione e temperatura appropriate, gli alcani presenti nel gas naturale subiscono una serie di reazioni chimiche per generare un gas di conversione. Dopo che il gas di conversione attraversa un dispositivo PAS dotato di vari adsorbenti sotto controllo automatico, il monossido di carbonio, l'anidride carbonica e altre impurità vengono adsorbite dalla torre di adsorbimento, e l'idrogeno viene inviato all'unità di consumo del gas per adsorbire le impurità sull'adsorbente. Dopo il desorbimento, il gas analitico può essere inviato al forno di trasformazione come combustibile e l'adsorbente può anche essere rigenerato.
La formula della reazione principale è la seguente:
Il gas naturale e l'acqua reagiscono a 800-900 °C con un catalizzatore di ossido di nichel per produrre monossido di carbonio e idrogeno.
La formula della reazione è: CH4 + H2O → CO + H2-Q
Il monossido di carbonio e l'acqua reagiscono a 300-400 °C con un catalizzatore di ossido ferrico per produrre anidride carbonica e idrogeno.
La formula della reazione è: CO + H2O → CO2 + H2 + Q
Inoltre, i requisiti relativi agli indici tecnici nel processo di preparazione sono i seguenti:
La pressione è generalmente compresa tra 1,5 e 2,5 MPa e il consumo unitario di gas naturale è di 0,4 e 0,5 m³/m³ di idrogeno; tempo di funzionamento: > 8000 ore; scala industriale: da 1000 m³/h a 100000 m³/h.
1.2 Processo di produzione di idrogeno da gas naturale
Il processo di produzione di idrogeno dal gas naturale comprende principalmente quattro fasi: pretrattamento del gas di alimentazione, conversione del gas naturale in vapore, conversione del monossido di carbonio e purificazione dell'idrogeno.
Il primo passaggio è la fase di pretrattamento della materia prima. Il pretrattamento in questo caso si riferisce principalmente alla desolforazione del gas grezzo. Nel processo operativo effettivo, si utilizza generalmente un sistema di desolforazione a base di ossido di zinco e cobalto-molibdeno (COMO-ZN) per convertire lo zolfo organico presente nel gas naturale in zolfo inorganico e quindi rimuoverlo. Il flusso di gas naturale grezzo trattato in questa fase è elevato, pertanto è possibile utilizzare una fonte di gas naturale ad alta pressione oppure prevedere un ampio margine di sicurezza nella scelta del compressore di gas naturale.
Il secondo passaggio è la conversione a vapore del gas naturale. Nel reattore di reforming viene utilizzato un catalizzatore al nichel per convertire gli alcani presenti nel gas naturale in un gas di alimentazione i cui componenti principali sono monossido di carbonio e idrogeno.
Successivamente, il monossido di carbonio viene convertito per reagire con il vapore acqueo in presenza di un catalizzatore, generando idrogeno e anidride carbonica e ottenendo così il gas di conversione, i cui componenti principali sono idrogeno e anidride carbonica. A seconda della temperatura di conversione, il processo di conversione del monossido di carbonio può essere suddiviso in due tipologie: conversione a media temperatura e conversione ad alta temperatura. La temperatura di conversione ad alta temperatura è di circa 360 °C, mentre quella a media temperatura è di circa 320 °C. Con lo sviluppo di contromisure tecniche, negli ultimi anni è stato adottato un processo a due stadi di conversione del monossido di carbonio, ad alta e bassa temperatura, che consente un ulteriore risparmio di risorse. Tuttavia, nel caso in cui la concentrazione di monossido di carbonio nel gas di conversione non sia elevata, è possibile adottare solo la conversione a media temperatura.
L'ultimo passaggio consiste nella purificazione dell'idrogeno. Attualmente, il sistema di purificazione dell'idrogeno più comunemente utilizzato è il sistema PAS, noto anche come sistema di purificazione e separazione PSA. Questo sistema presenta un basso consumo energetico, un processo semplice e un'elevata purezza dell'idrogeno prodotto. Al massimo, la purezza dell'idrogeno può raggiungere il 99,99%.
Data di pubblicazione: 11 novembre 2021