천연가스를 이용한 수소 생산

천연가스를 이용한 수소 생산은 저비용과 규모의 경제 효과라는 장점을 가지고 있습니다. 천연가스로부터 수소를 생산하는 더욱 발전된 신공정 기술의 연구 개발은 저렴한 수소 공급 문제를 해결하는 데 중요한 역할을 할 것입니다. 고품질의 청정 산업 에너지인 천연가스는 중국의 에너지 발전 과정에서 중요한 전략적 의미를 지닙니다. 천연가스는 사람들의 일상생활에 필수적인 연료일 뿐만 아니라, 다양한 화학 제품의 기본 원료이기도 하기 때문입니다.
천연가스를 이용한 수소 생산은 다양한 천연가스 제품 중 하나입니다. 중국에서 세 번째로 큰 유전인 랴오허 유전은 천연가스 자원이 풍부하며, 특히 석유 및 가스 집중 처리 기업들이 많이 있습니다. 석유 및 가스 생산 과정에서 상당량의 건성 가스가 부수적으로 생산되는데, 이는 천연가스 심층 처리에 매우 유리한 조건을 제공하며, 천연가스 수소 생산 공정의 개발 및 보급에 실질적인 의미를 갖습니다.
1. 천연가스를 이용한 수소 생산의 선정 및 이론적 분석
수소는 2차 화학 제품으로서 제약, 정밀 화학, 전자 및 전기 산업에서 널리 사용됩니다. 특히 연료 전지의 주요 연료인 수소는 향후 운송 및 발전 분야에서 폭넓은 시장 전망을 가지며 미래 에너지 구조에서 점점 더 중요한 위치를 차지할 것입니다. 경질 탄화수소 수증기 전환, 물 전기분해, 메탄올 분해, 석탄 가스화 및 암모니아 분해와 같은 기존의 수소 생산 방법은 비교적 성숙 단계에 있지만, 높은 비용, 낮은 수율, 낮은 노동 효율이라는 "한 가지 장점만 있고 두 가지 단점은 없는" 문제점을 안고 있습니다. 랴오허 유전의 석유 및 가스 생산 과정에는 건성 가스와 나프타와 같은 탄화수소 자원이 존재합니다. 이러한 자원을 활용하여 수소를 생산하면 자원 활용도를 극대화할 수 있습니다. 더욱이, 부수 천연가스의 주성분인 메탄은 탄화수소 수증기 전환을 통해 수소로 전환될 수 있으며, 생산 순도와 생산 효율이 높습니다.
2. 천연가스로부터 수소를 생산하는 공정 원리
천연가스의 주요 처리 공정에는 상압 및 진공 증류, 촉매 분해, 촉매 개질 및 방향족 생산이 포함됩니다. 동시에 천연가스 채굴, 집하 및 수송, 정제 과정도 포함됩니다. 특정 압력, 고온 및 촉매 조건에서 천연가스 내의 알칸과 수증기는 화학 반응을 일으킵니다. 개질 가스는 보일러에서 열교환을 거친 후 전환기로 들어가 CO를 H2와 CO2로 변환합니다. 열교환, 응축 및 수증기 분리 과정을 거친 후, 가스는 프로그램 제어를 통해 세 가지 특수 흡착제가 장착된 흡착탑을 순차적으로 통과하며, 압력 스윙 흡착(PSA)을 통해 N2, CO, CH4 및 CO2가 가압 흡착되어 생성물인 수소가 추출됩니다. 감압 분석을 통해 불순물이 제거되고 흡착제가 재생됩니다.
반응식:

CH4 + H2O → CO + 3H2-q

CO + H2O → CO2 + H2 + Q