Мы успешно завершили производство и поставку водорода из обогащенного метана производительностью 300 Нм³/ч на распределенной установке Sinopec. Здесь я хотел бы кратко рассказать о процессе производства водорода из природного газа.
В условиях интенсификации энергопотребления поиск новых источников энергии стал важной задачей. Водород, как наиболее перспективный источник энергии, обладает широким спектром источников, практически не загрязняет окружающую среду, имеет высокую эффективность преобразования и широкие перспективы применения. Производство водорода из природного газа может в определенной степени смягчить энергетический кризис в Китае и способствовать дальнейшей трансформации структуры энергопотребления страны.
В данной статье основное внимание будет уделено принципу производства водорода из природного газа, процессу и технологии производства водорода из природного газа, классификации технологий производства водорода из природного газа и учету затрат на производство водорода из природного газа.
1 Принцип и процесс производство водорода из природного газа
1.1Принцип производства водорода из природного газа
Принцип процесса производства водорода из природного газа заключается в предварительной обработке природного газа, затем преобразовании метана и пара в риформер в оксид углерода и водород, а также преобразовании оксида углерода в диоксид углерода и водород в колонне конверсии после рекуперации отработанного тепла. Основой этой технологии является технология конверсии пара из природного газа. В колонне конверсии температура реакции контролируется в присутствии катализатора, а оксид углерода в конверсионном газе реагирует с водой, образуя водород и диоксид углерода.
При соответствующем давлении и температуре алканы в природном газе вступают в ряд химических реакций, образуя конверсионный газ. После прохождения конверсионного газа через устройство PAS, оснащенное различными адсорбентами и находящееся под автоматическим управлением, оксид углерода, диоксид углерода и другие примеси адсорбируются адсорбционной башней, а водород направляется в газопотребляющий блок для адсорбции примесей. После десорбции аналитический газ может быть направлен в плавильную печь в качестве топлива, а адсорбент может быть регенерирован.
Основная формула реакции выглядит следующим образом:
Природный газ и вода реагируют при температуре 800–900 ℃ с катализатором на основе оксида никеля, образуя монооксид углерода и водород.
Формула реакции: CH4 + H2O → CO + H2-Q
Оксид углерода и вода реагируют при температуре 300-400 ℃ с катализатором на основе оксида железа, образуя диоксид углерода и водород.
Формула реакции: CO + H2O → CO2 + H2 + Q
Кроме того, в процессе подготовки были установлены следующие требования к соответствующим техническим показателям:
Давление обычно составляет 1,5–2,5 МПа, а удельный расход природного газа — 0,4–0,5 м³/м³ водорода; время работы: > 8000 ч; промышленный масштаб: 1000 м³/ч ~ 100000 м³/ч.
1.2 Процесс производства водорода из природного газа
Процесс производства водорода из природного газа включает в себя четыре основных этапа: предварительную обработку подаваемого газа, конверсию природного газа в пар, конверсию в монооксид углерода и очистку водорода.
Первый этап — это предварительная обработка сырья. В данном случае предварительная обработка в основном подразумевает десульфуризацию сырого газа. В реальных условиях процесса в качестве десульфуризатора обычно используется оксид цинка, полученный методом гидрогенизации кобальта и молибдена из природного газа, для преобразования органической серы в природном газе в неорганическую серу и последующего её удаления. Поток обрабатываемого сырого природного газа велик, поэтому можно использовать источник природного газа с высоким давлением или учитывать большой запас прочности при выборе компрессора природного газа.
Второй этап — паровая конверсия природного газа. В риформере используется никелевый катализатор для превращения алканов природного газа в исходный газ, основными компонентами которого являются монооксид углерода и водород.
Затем оксид углерода в присутствии катализатора вступает в реакцию с парами воды, образуя водород и диоксид углерода, в результате чего получается конверсионный газ, основными компонентами которого являются водород и диоксид углерода. В зависимости от температуры конверсии процесс превращения оксида углерода можно разделить на два типа: среднетемпературная конверсия и высокотемпературная конверсия. Температура высокотемпературной конверсии составляет около 360 ℃, а среднетемпературной — около 320 ℃. С развитием технических решений в последние годы применяется двухстадийный процесс высокотемпературной и низкотемпературной конверсии оксида углерода, что позволяет дополнительно экономить ресурсы. Однако в случае невысокого содержания оксида углерода может быть использована только среднетемпературная конверсия.
Последний этап — очистка водорода. В настоящее время наиболее распространенной системой очистки водорода является система PAS, также известная как система очистки и разделения PSA. Эта система отличается низким энергопотреблением, простым процессом и высокой чистотой получаемого водорода. В лучшем случае чистота водорода может достигать 99,99%.
Дата публикации: 11 ноября 2021 г.