Concluímos com sucesso a produção e a entrega da planta de produção de hidrogênio a partir de gás metano rico, com capacidade de 300 Nm³/h, distribuída pela Sinopec. Gostaria de apresentar aqui uma breve introdução ao processo de produção de hidrogênio a partir de gás natural.
Com a intensificação do consumo de energia, a busca por novas fontes energéticas tornou-se uma tarefa crucial. Sendo a energia com maior potencial, o hidrogênio possui ampla disponibilidade, praticamente não gera poluição, apresenta alta eficiência de conversão e vastas perspectivas de aplicação. A produção de hidrogênio a partir do gás natural pode aliviar, em certa medida, a crise energética da China e impulsionar ainda mais a transformação da matriz energética chinesa.
Este artigo abordará o princípio da produção de hidrogênio a partir do gás natural, o processo e a tecnologia de produção de hidrogênio a partir do gás natural, a classificação da tecnologia de produção de hidrogênio a partir do gás natural e a contabilização dos custos da produção de hidrogênio a partir do gás natural.
1 Princípio e processo de produção de hidrogênio a partir de gás natural
1.1Princípio da produção de hidrogênio a partir do gás natural
O princípio do processo de produção de hidrogênio a partir de gás natural consiste em pré-tratar o gás natural, converter o metano e o vapor em monóxido de carbono e hidrogênio no reformador e, em seguida, converter o monóxido de carbono em dióxido de carbono e hidrogênio na torre de conversão após a recuperação do calor residual. A base dessa tecnologia de processo é a tecnologia de conversão de vapor de gás natural. Na torre de conversão, a temperatura de reação é controlada na presença de um catalisador, e o monóxido de carbono presente no gás de conversão reage com a água para produzir hidrogênio e dióxido de carbono.
Sob pressão e temperatura adequadas, os alcanos presentes no gás natural sofrem uma série de reações químicas para gerar gás de conversão. Após passar por um dispositivo PAS equipado com diversos adsorventes sob controle automático, o gás de conversão remove monóxido de carbono, dióxido de carbono e outras impurezas na torre de adsorção, enquanto o hidrogênio é enviado para a unidade de consumo de gás para adsorver as impurezas. Após a dessorção, o gás de conversão pode ser enviado ao forno de conversão como combustível, e o adsorvente pode ser regenerado.
A fórmula da reação principal é a seguinte:
O gás natural e a água reagem a temperaturas entre 800 e 900 °C com um catalisador de óxido de níquel para produzir monóxido de carbono e hidrogênio.
A fórmula da reação é: CH4 + H2O → CO + H2-Q
O monóxido de carbono e a água reagem a 300-400 ℃ com um catalisador de óxido férrico para produzir dióxido de carbono e hidrogênio.
A fórmula da reação é: CO + H2O → CO2 + H2 + Q
Além disso, os requisitos relevantes de índice técnico no processo de preparação são os seguintes:
A pressão geralmente varia de 1,5 a 2,5 MPa, e o consumo unitário de gás natural é de 0,4 a 0,5 m³/m³ de hidrogênio; Tempo de operação: > 8000 h; Escala industrial: 1000 m³/H₂ ~ 100000 m³/h.
1.2 Processo de produção de hidrogênio a partir de gás natural
O processo de produção de hidrogênio a partir do gás natural inclui principalmente quatro etapas: pré-tratamento do gás de alimentação, conversão do gás natural em vapor, conversão do monóxido de carbono e purificação do hidrogênio.
A primeira etapa é o pré-tratamento da matéria-prima. O pré-tratamento aqui se refere principalmente à dessulfurização do gás natural bruto. Na operação do processo, geralmente utiliza-se óxido de zinco da série de hidrogenação de cobalto-molibdênio para gás natural como dessulfurizador, convertendo o enxofre orgânico presente no gás natural em enxofre inorgânico e, em seguida, removendo-o. O fluxo de gás natural bruto tratado nesta etapa é grande, portanto, pode-se utilizar uma fonte de gás natural com alta pressão ou considerar uma margem de segurança na seleção do compressor de gás natural.
A segunda etapa é a conversão do gás natural em vapor. Um catalisador de níquel é usado no reformador para converter os alcanos presentes no gás natural em gás de alimentação, cujos principais componentes são monóxido de carbono e hidrogênio.
Em seguida, o monóxido de carbono reage com o vapor de água na presença de um catalisador para gerar hidrogênio e dióxido de carbono, obtendo-se assim o gás de conversão, cujos principais componentes são hidrogênio e dióxido de carbono. De acordo com a temperatura de conversão, o processo de conversão do monóxido de carbono pode ser dividido em dois tipos: conversão a média temperatura e conversão a alta temperatura. A temperatura de conversão a alta temperatura é de aproximadamente 360 °C, enquanto a conversão a média temperatura ocorre em torno de 320 °C. Com o desenvolvimento de medidas técnicas, o processo em duas etapas, com conversão do monóxido de carbono a alta e baixa temperatura, tem sido adotado nos últimos anos, o que permite economizar ainda mais recursos. No entanto, quando o teor de monóxido de carbono no gás de conversão não for elevado, apenas a conversão a média temperatura pode ser utilizada.
A última etapa é a purificação do hidrogênio. Atualmente, o sistema de purificação de hidrogênio mais utilizado é o sistema PAS, também conhecido como sistema de purificação e separação PSA. Este sistema apresenta baixo consumo de energia, processo simples e alta pureza na produção de hidrogênio. Em sua configuração mais avançada, a pureza do hidrogênio pode atingir 99,99%.
Data da publicação: 11/11/2021