저희는 시노펙(Sinopec)에서 공급하는 메탄가스가 풍부한 가스를 이용한 수소 생산 설비(300Nm³/h)의 생산 및 납품을 성공적으로 완료하고 납품 기념식을 마쳤습니다. 오늘 이 자리에서 천연가스를 이용한 수소 생산 공정에 대해 간략하게 소개드리겠습니다.
에너지 소비가 심화됨에 따라 신에너지 개발은 중요한 과제가 되었습니다. 가장 잠재력이 큰 에너지원 중 하나인 수소는 풍부한 공급원, 거의 오염이 없는 무공해 에너지, 높은 전환 효율, 그리고 폭넓은 응용 가능성을 가지고 있습니다. 천연가스를 이용한 수소 생산은 중국의 에너지 위기를 어느 정도 완화하고, 중국의 에너지 이용 구조 전환을 더욱 촉진할 수 있습니다.
본 논문에서는 천연가스로부터의 수소 생산 원리, 천연가스로부터의 수소 생산 공정 및 기술, 천연가스로부터의 수소 생산 기술 분류 및 천연가스로부터의 수소 생산 비용 회계에 대해 중점적으로 다룬다.
1 원칙 및 과정 천연가스를 이용한 수소 생산
1.1천연가스를 이용한 수소 생산 원리
천연가스 수소 생산 공정의 원리는 먼저 천연가스를 전처리한 후, 개질기에서 메탄과 수증기를 일산화탄소와 수소로 전환하고, 폐열을 회수한 후 시프트탑에서 일산화탄소를 이산화탄소와 수소로 전환하는 것입니다. 이 공정 기술의 기본은 천연가스 수증기 전환 기술을 기반으로 구현됩니다. 시프트탑에서는 촉매 존재 하에 반응 온도를 제어하여 전환 가스 중의 일산화탄소가 물과 반응하여 수소와 이산화탄소를 생성합니다.
적절한 압력과 온도 조건에서 천연가스에 함유된 알칸은 일련의 화학 반응을 거쳐 전환 가스를 생성합니다. 이 전환 가스는 자동 제어되는 다양한 흡착제가 장착된 PAS 장치를 통과하면서 흡착탑에서 일산화탄소, 이산화탄소 등의 불순물이 흡착되고, 수소는 가스 소비 장치로 보내져 불순물 흡착제를 재흡착합니다. 탈착 후, 분석용 가스는 연료로 사용하기 위해 시프트로에 공급되며, 흡착제는 재생될 수 있습니다.
주요 반응식은 다음과 같습니다.
천연가스와 물은 800~900℃에서 산화니켈 촉매와 반응하여 일산화탄소와 수소를 생성합니다.
반응식은 다음과 같습니다: CH4 + H2O → CO + H2-Q
일산화탄소와 물은 300~400℃에서 산화철 촉매와 반응하여 이산화탄소와 수소를 생성합니다.
반응식은 다음과 같습니다: CO + H2O → CO2 + H2 + Q
또한, 준비 과정에서 요구되는 관련 기술 지표는 다음과 같습니다.
압력은 일반적으로 1.5~2.5MPa이며, 천연가스 단위 소비량은 수소 1m³당 0.4~0.5m³입니다. 작동 시간은 8000시간 이상이며, 산업 규모는 수소 1m³당 1000m³에서 100000m³/h까지입니다.
1.2 천연가스 수소 생산 공정
천연가스를 이용한 수소 생산 공정은 크게 공급 가스 전처리, 천연가스 수증기 전환, 일산화탄소 전환 및 수소 정제의 네 가지 공정으로 구성됩니다.
첫 번째 단계는 원료 전처리 단계입니다. 여기서 전처리는 주로 원료 가스의 탈황을 의미합니다. 실제 공정에서는 천연가스 내 유기황을 무기황으로 전환한 후 제거하기 위해 코발트-몰리브덴 수소화 계열 산화아연 탈황제를 일반적으로 사용합니다. 이 단계에서 처리되는 원료 천연가스의 유량이 많으므로 고압의 천연가스 공급원을 사용하거나 천연가스 압축기 선정 시 충분한 여유를 두는 것이 좋습니다.
두 번째 단계는 천연가스의 수증기 전환입니다. 개질기에서는 니켈 촉매를 사용하여 천연가스에 포함된 알칸을 일산화탄소와 수소를 주성분으로 하는 공급 가스로 전환합니다.
촉매 존재 하에 일산화탄소가 수증기와 반응하여 수소와 이산화탄소를 생성하는 전환 가스를 얻게 되는데, 이 전환 가스의 주성분은 수소와 이산화탄소입니다. 전환 온도에 따라 일산화탄소 전환 공정은 중온 전환과 고온 전환으로 나눌 수 있습니다. 고온 전환은 약 360℃에서, 중온 전환은 약 320℃에서 진행됩니다. 최근에는 기술적 대책의 발전으로 고온 전환과 저온 전환을 결합한 2단계 공정 설정이 도입되어 자원 소비를 더욱 절감할 수 있게 되었습니다. 그러나 전환 가스 내 일산화탄소 함량이 높지 않은 경우에는 중온 전환만 적용할 수 있습니다.
마지막 단계는 수소를 정제하는 것입니다. 현재 가장 널리 사용되는 수소 정제 시스템은 PAS 시스템(PSA 정제 및 분리 시스템이라고도 함)입니다. 이 시스템은 에너지 소비가 적고 공정이 간단하며 생산되는 수소의 순도가 높습니다. 최고 순도는 99.99%에 달할 수 있습니다.
게시 시간: 2021년 11월 11일