We hebben met succes de productie en levering van de Sinopec-installatie voor de productie van waterstof uit methaangas met een capaciteit van 300 Nm³/u afgerond. Hierbij wil ik een korte introductie geven over het proces van waterstofproductie uit aardgas.
Met de toenemende energieconsumptie is het vinden van nieuwe energiebronnen een belangrijke opgave geworden. Waterstof, als meest veelbelovende energiebron, heeft een breed scala aan bronnen, is vrijwel niet vervuilend, heeft een hoge conversie-efficiëntie en brede toepassingsmogelijkheden. De productie van waterstof uit aardgas kan de energiecrisis in China tot op zekere hoogte verlichten en de transformatie van de Chinese energiestructuur verder bevorderen.
Dit artikel richt zich op het principe van waterstofproductie uit aardgas, het proces en de technologie van waterstofproductie uit aardgas, de classificatie van waterstofproductietechnologieën uit aardgas en de kostenberekening van waterstofproductie uit aardgas.
1 Principe en proces van waterstofproductie uit aardgas
1.1Principe van waterstofproductie uit aardgas
Het principe van het aardgaswaterstofproductieproces is het eerst voorbehandelen van aardgas, vervolgens het omzetten van methaan en stoom in koolmonoxide en waterstof in de reformer, en het omzetten van koolmonoxide in kooldioxide en waterstof in de shifttoren na terugwinning van restwarmte. De basis van deze procestechnologie is gebaseerd op de technologie voor de omzetting van aardgas in stoom. In de shifttoren wordt de reactietemperatuur geregeld in aanwezigheid van een katalysator, waarbij de koolmonoxide in het omzettingsgas reageert met water om waterstof en kooldioxide te produceren.
Onder de juiste druk en temperatuur ondergaan alkanen in aardgas een reeks chemische reacties waarbij conversiegas ontstaat. Nadat het conversiegas door een PAS-installatie met diverse adsorptiemiddelen onder automatische regeling is geleid, worden koolmonoxide, kooldioxide en andere onzuiverheden geadsorbeerd door de adsorptietoren. Vervolgens wordt waterstof naar de gasverbruikseenheid geleid om de onzuiverheden van het adsorptiemiddel te adsorberen. Na desorptie kan het analysegas als brandstof naar de shiftoven worden geleid en kan het adsorptiemiddel tevens worden geregenereerd.
De belangrijkste reactieformule is als volgt:
Aardgas en water reageren bij 800 tot 900 °C met een nikkeloxidekatalysator om koolmonoxide en waterstof te produceren.
De reactieformule is: CH4 + H2O → CO + H2-Q
Koolmonoxide en water reageren bij 300-400 ℃ met een ijzeroxidekatalysator en produceren daarbij kooldioxide en waterstof.
De reactieformule is: CO + H2O → CO2 + H2 + Q
Daarnaast gelden de volgende eisen met betrekking tot de relevante technische index tijdens het voorbereidingsproces:
De druk bedraagt doorgaans 1,5 ~ 2,5 MPa, en het verbruik per eenheid aardgas is 0,4 ~ 0,5 m³/m³ waterstof; Bedrijfstijd: > 8000 uur; Industriële schaal: 1000 m³/H ~ 100000 m³/h.
1.2 Productieproces van waterstof uit aardgas
Het waterstofproductieproces uit aardgas omvat hoofdzakelijk vier stappen: voorbehandeling van het toevoergas, omzetting van aardgas in stoom, omzetting van koolmonoxide en zuivering van waterstof.
De eerste stap is de voorbehandeling van de grondstoffen. Deze voorbehandeling betreft voornamelijk het ontzwavelen van het ruwe gas. In de praktijk wordt doorgaans zinkoxide (CO2) gebruikt als ontzwavelingsmiddel om de organische zwavel in het aardgas om te zetten in anorganische zwavel, die vervolgens wordt verwijderd. Omdat de hoeveelheid ruw aardgas die hier wordt behandeld groot is, is het raadzaam een aardgasbron met hoge druk te gebruiken of een ruime marge aan te houden bij de keuze van de aardgascompressor.
De tweede stap is de stoomomzetting van aardgas. In de reformer wordt een nikkelkatalysator gebruikt om de alkanen in het aardgas om te zetten in een voedingsgas met als belangrijkste componenten koolmonoxide en waterstof.
Vervolgens wordt koolmonoxide omgezet door te reageren met waterdamp in aanwezigheid van een katalysator, waarbij waterstof en kooldioxide ontstaan. Zo wordt een conversiegas verkregen waarvan de belangrijkste componenten waterstof en kooldioxide zijn. Afhankelijk van de conversietemperatuur kan het conversieproces van koolmonoxide worden onderverdeeld in twee typen: conversie bij middelhoge temperatuur en conversie bij hoge temperatuur. De conversie bij hoge temperatuur vindt plaats bij ongeveer 360 ℃, terwijl de conversie bij middelhoge temperatuur plaatsvindt bij ongeveer 320 ℃. Dankzij de ontwikkeling van technische oplossingen wordt de laatste jaren steeds vaker gebruikgemaakt van een tweetraps proces voor de conversie van koolmonoxide bij hoge en lage temperatuur, wat het verbruik van grondstoffen verder kan verminderen. Echter, wanneer het koolmonoxidegehalte in het conversiegas laag is, kan alleen conversie bij middelhoge temperatuur worden toegepast.
De laatste stap is het zuiveren van waterstof. Het meest gebruikte systeem voor waterstofzuivering is het PAS-systeem, ook wel bekend als PSA-zuiverings- en scheidingssysteem. Dit systeem heeft een laag energieverbruik, een eenvoudig proces en produceert waterstof met een hoge zuiverheid. In het hoogste geval kan de zuiverheid van waterstof 99,99% bereiken.
Geplaatst op: 11 november 2021