Pomyślnie zakończyliśmy produkcję i dostawę instalacji do produkcji wodoru z bogatego metanu o wydajności 300 Nm3/h firmy Sinopec. W tym miejscu chciałbym przedstawić krótkie wprowadzenie do procesu produkcji wodoru z gazu ziemnego.
Wraz ze wzrostem zużycia energii, poszukiwanie nowych źródeł stało się ważnym zadaniem. Wodór, jako źródło energii o największym potencjale, ma szeroki wachlarz źródeł, charakteryzuje się niemal zerowym poziomem zanieczyszczeń, wysoką wydajnością konwersji i szerokimi perspektywami zastosowania. Produkcja wodoru z gazu ziemnego może w pewnym stopniu złagodzić kryzys energetyczny w Chinach i dodatkowo przyspieszyć transformację chińskiej struktury wykorzystania energii.
W artykule tym skupiono się na zasadach produkcji wodoru z gazu ziemnego, procesie i technologii produkcji wodoru z gazu ziemnego, klasyfikacji technologii produkcji wodoru z gazu ziemnego oraz rozliczeniu kosztów produkcji wodoru z gazu ziemnego.
1 Zasada i proces produkcja wodoru z gazu ziemnego
1.1Zasada produkcji wodoru z gazu ziemnego
Zasada procesu produkcji wodoru z gazu ziemnego polega na wstępnym oczyszczeniu gazu ziemnego, a następnie przekształceniu metanu i pary wodnej w tlenek węgla i wodór w reformerze, a następnie przekształceniu tlenku węgla w dwutlenek węgla i wodór w wieży skraplania, po odzyskaniu ciepła odpadowego. Podstawę tej technologii procesowej stanowi technologia konwersji pary wodnej z gazu ziemnego. W wieży skraplania temperatura reakcji jest kontrolowana w obecności katalizatora, a tlenek węgla zawarty w gazie skraplania reaguje z wodą, wytwarzając wodór i dwutlenek węgla.
Pod odpowiednim ciśnieniem i w odpowiedniej temperaturze alkany w gazie ziemnym ulegają szeregowi reakcji chemicznych, tworząc gaz konwersyjny. Po przejściu gazu konwersyjnego przez urządzenie PAS wyposażone w różne adsorbenty, sterowane automatycznie, tlenek węgla, dwutlenek węgla i inne zanieczyszczenia są adsorbowane przez wieżę adsorpcyjną, a wodór jest przesyłany do odbiornika gazu w celu adsorbowania zanieczyszczeń. Po desorpcji, gaz analityczny może być przesyłany do pieca przesunięciowego jako paliwo, a adsorbent może zostać również zregenerowany.
Główny wzór reakcji jest następujący:
Gaz ziemny i woda reagują w temperaturze 800–900 ℃, a katalizatorem jest tlenek niklu, w wyniku czego powstaje tlenek węgla i wodór.
Wzór reakcji jest następujący: CH4 + H2O → CO + H2-Q
Tlenek węgla i woda reagują w temperaturze 300–400 ℃ z udziałem katalizatora w postaci tlenku żelaza, wytwarzając dwutlenek węgla i wodór.
Wzór reakcji to: CO + H2O → CO2 + H2 + Q
Ponadto istotne wymagania dotyczące wskaźników technicznych w procesie przygotowania przedstawiają się następująco:
Ciśnienie wynosi na ogół 1,5 ~ 2,5 MPa, a jednostkowe zużycie gazu ziemnego wynosi 0,4 ~ 0,5 m3/m3 wodoru; Czas pracy: > 8000 godz.; Skala przemysłowa: 1000 m3/H ~ 100000 m3/h.
1.2 Proces produkcji wodoru z gazu ziemnego
Proces produkcji wodoru z gazu ziemnego obejmuje cztery główne procesy: wstępne przetwarzanie gazu wsadowego, konwersję gazu ziemnego z parą wodną, konwersję tlenku węgla i oczyszczanie wodoru.
Pierwszym etapem jest wstępna obróbka surowca. W tym przypadku wstępna obróbka odnosi się głównie do odsiarczania gazu surowego. W rzeczywistym procesie, tlenek cynku z procesu uwodornienia kobaltu, molibdenu i gazu ziemnego jest zazwyczaj stosowany jako odsiarczanie, aby przekształcić siarkę organiczną w gazie ziemnym w siarkę nieorganiczną, a następnie ją usunąć. Przepływ surowego gazu ziemnego poddanego obróbce w tym procesie jest duży, dlatego można wykorzystać źródło gazu ziemnego o wysokim ciśnieniu lub uwzględnić duży margines bezpieczeństwa przy doborze sprężarki gazu ziemnego.
Drugim etapem jest konwersja gazu ziemnego na parę wodną. Katalizator niklowy jest używany w reformerze do konwersji alkanów zawartych w gazie ziemnym na gaz zasilający, którego głównymi składnikami są tlenek węgla i wodór.
Następnie tlenek węgla jest przekształcany w reakcję z parą wodną w obecności katalizatora, aby wytworzyć wodór i dwutlenek węgla, uzyskując gaz konwersyjny, którego głównymi składnikami są wodór i dwutlenek węgla. W zależności od temperatury konwersji, proces konwersji tlenku węgla można podzielić na dwa typy: konwersję średniotemperaturową i konwersję wysokotemperaturową. Temperatura konwersji wysokotemperaturowej wynosi około 360°C, a proces konwersji średniotemperaturowej około 320°C. Wraz z rozwojem technicznych środków zaradczych, w ostatnich latach przyjęto dwuetapowy proces konwersji tlenku węgla w wysokiej temperaturze i konwersji w niskiej temperaturze, co może dodatkowo zmniejszyć zużycie zasobów. Jednakże, w przypadku, gdy zawartość tlenku węgla w gazie konwersyjnym nie jest wysoka, można zastosować tylko konwersję średniotemperaturową.
Ostatnim etapem jest oczyszczanie wodoru. Obecnie najczęściej stosowanym systemem oczyszczania wodoru jest system PAS, znany również jako system oczyszczania i separacji PSA. System ten charakteryzuje się niskim zużyciem energii, prostym procesem i wysoką czystością produkcji wodoru. W maksymalnej czystości wodoru może osiągnąć 99,99%.
Czas publikacji: 11-11-2021