พิธีส่งมอบโรงงานผลิตไฮโดรเจนจากก๊าซมีเทนคุณภาพสูงที่จัดจำหน่ายโดยซิโนเปค

เราได้ดำเนินการผลิตและส่งมอบโรงงานผลิตไฮโดรเจนจากก๊าซมีเทนเข้มข้นขนาด 300 Nm³/h ของซิโนเปคเสร็จสมบูรณ์แล้ว ในที่นี้ ผมขอแนะนำกระบวนการผลิตไฮโดรเจนจากก๊าซธรรมชาติโดยสังเขป

ด้วยการใช้พลังงานที่เพิ่มสูงขึ้น การค้นหาแหล่งพลังงานใหม่จึงกลายเป็นภารกิจสำคัญ ไฮโดรเจนเป็นพลังงานที่มีศักยภาพสูง มีแหล่งที่มาหลากหลาย แทบไม่มีมลพิษ ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานสูง และมีโอกาสในการใช้งานกว้างขวาง การผลิตไฮโดรเจนจากก๊าซธรรมชาติสามารถบรรเทาวิกฤตพลังงานของจีนได้ในระดับหนึ่ง และส่งเสริมการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างการใช้พลังงานของจีนต่อไป

บทความนี้จะมุ่งเน้นไปที่หลักการผลิตไฮโดรเจนจากก๊าซธรรมชาติ กระบวนการและเทคโนโลยีการผลิตไฮโดรเจนจากก๊าซธรรมชาติ การจำแนกประเภทเทคโนโลยีการผลิตไฮโดรเจนจากก๊าซธรรมชาติ และการบัญชีต้นทุนของการผลิตไฮโดรเจนจากก๊าซธรรมชาติ

1 หลักการและกระบวนการของ การผลิตไฮโดรเจนจากก๊าซธรรมชาติ

1.1หลักการผลิตไฮโดรเจนจากก๊าซธรรมชาติ

หลักการของกระบวนการผลิตไฮโดรเจนจากก๊าซธรรมชาติคือ การเตรียมก๊าซธรรมชาติเบื้องต้นก่อน จากนั้นเปลี่ยนมีเทนและไอน้ำให้เป็นคาร์บอนมอนอกไซด์และไฮโดรเจนในเครื่องปฏิรูป (reformer) และเปลี่ยนคาร์บอนมอนอกไซด์ให้เป็นคาร์บอนไดออกไซด์และไฮโดรเจนในหอเปลี่ยนสถานะ (shift tower) หลังจากนำความร้อนเหลือทิ้งกลับมาใช้ใหม่ เทคโนโลยีของกระบวนการนี้พัฒนาขึ้นบนพื้นฐานของเทคโนโลยีการแปลงก๊าซธรรมชาติเป็นไอน้ำ ในหอเปลี่ยนสถานะ อุณหภูมิปฏิกิริยาจะถูกควบคุมโดยมีตัวเร่งปฏิกิริยา และคาร์บอนมอนอกไซด์ในก๊าซที่ได้จากการแปลงจะทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อผลิตไฮโดรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์

ภายใต้ความดันและอุณหภูมิที่เหมาะสม อัลเคนในก๊าซธรรมชาติจะเกิดปฏิกิริยาเคมีหลายขั้นตอนเพื่อสร้างก๊าซแปลงสภาพ หลังจากที่ก๊าซแปลงสภาพผ่านอุปกรณ์ PAS ที่ติดตั้งสารดูดซับชนิดต่างๆ ภายใต้การควบคุมอัตโนมัติ คาร์บอนมอนอกไซด์ คาร์บอนไดออกไซด์ และสิ่งเจือปนอื่นๆ จะถูกดูดซับโดยหอการดูดซับ และไฮโดรเจนจะถูกส่งไปยังหน่วยบริโภคก๊าซเพื่อดูดซับสิ่งเจือปนบนสารดูดซับ หลังจากกระบวนการคายประจุแล้ว ก๊าซวิเคราะห์สามารถถูกส่งไปยังเตาเผาแปลงสภาพเพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิง และสารดูดซับก็สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้เช่นกัน

สูตรปฏิกิริยาหลักมีดังนี้:

ก๊าซธรรมชาติและน้ำทำปฏิกิริยากันที่อุณหภูมิ 800 ~ 900 ℃ โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาออกไซด์นิกเกิล เพื่อผลิตคาร์บอนมอนอกไซด์และไฮโดรเจน

สูตรปฏิกิริยาคือ: CH4 + H2O → CO + H2-Q

คาร์บอนมอนอกไซด์และน้ำทำปฏิกิริยากันที่อุณหภูมิ 300-400 องศาเซลเซียส โดยมีตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นเฟอร์ริกออกไซด์ ทำให้เกิดคาร์บอนไดออกไซด์และไฮโดรเจน

สูตรปฏิกิริยาคือ: CO + H2O → CO2 + H2 + Q

นอกจากนี้ ข้อกำหนดดัชนีทางเทคนิคที่เกี่ยวข้องในกระบวนการเตรียมการมีดังต่อไปนี้:

โดยทั่วไปความดันจะอยู่ที่ 1.5 ~ 2.5 MPa และปริมาณการใช้ก๊าซธรรมชาติต่อหน่วยจะอยู่ที่ 0.4 ~ 0.5 m³ / m³ ไฮโดรเจน ระยะเวลาการใช้งาน: > 8000 ชั่วโมง ขนาดอุตสาหกรรม: 1000 m³ / ชั่วโมง ~ 100000 m³ / ชั่วโมง

1.2 กระบวนการผลิตไฮโดรเจนจากก๊าซธรรมชาติ

กระบวนการผลิตไฮโดรเจนจากก๊าซธรรมชาติส่วนใหญ่ประกอบด้วยสี่ขั้นตอนหลัก ได้แก่ การปรับสภาพก๊าซป้อนเข้า การเปลี่ยนก๊าซธรรมชาติเป็นไอน้ำ การเปลี่ยนคาร์บอนมอนอกไซด์เป็นไฮโดรเจน และการทำให้บริสุทธิ์ด้วยไฮโดรเจน

ขั้นตอนแรกคือขั้นตอนการเตรียมวัตถุดิบ การเตรียมวัตถุดิบในที่นี้ส่วนใหญ่หมายถึงการกำจัดกำมะถันออกจากก๊าซดิบ ในการดำเนินงานจริง มักใช้ซิงค์ออกไซด์ไฮโดรจิเนชันโคบอลต์โมลิบเดนัมในก๊าซธรรมชาติเป็นสารกำจัดกำมะถัน เพื่อเปลี่ยนกำมะถันอินทรีย์ในก๊าซธรรมชาติให้เป็นกำมะถันอนินทรีย์แล้วจึงกำจัดออกไป ปริมาณก๊าซธรรมชาติดิบที่ผ่านการบำบัดในขั้นตอนนี้มีมาก ดังนั้นจึงควรใช้แหล่งก๊าซธรรมชาติที่มีแรงดันสูง หรือควรพิจารณาเผื่อแรงดันไว้มากเมื่อเลือกใช้คอมเพรสเซอร์ก๊าซธรรมชาติ

ขั้นตอนที่สองคือการเปลี่ยนก๊าซธรรมชาติเป็นไอน้ำ โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยานิกเกลในเครื่องปฏิรูปเพื่อเปลี่ยนแอลเคนในก๊าซธรรมชาติให้เป็นก๊าซป้อนที่มีส่วนประกอบหลักคือคาร์บอนมอนอกไซด์และไฮโดรเจน

จากนั้น คาร์บอนมอนอกไซด์จะถูกเปลี่ยนสภาพโดยทำปฏิกิริยากับไอน้ำในที่ที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อสร้างไฮโดรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ เพื่อให้ได้ก๊าซเปลี่ยนสภาพซึ่งมีส่วนประกอบหลักเป็นไฮโดรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ ตามอุณหภูมิการเปลี่ยนสภาพที่แตกต่างกัน กระบวนการเปลี่ยนสภาพคาร์บอนมอนอกไซด์สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท ได้แก่ การเปลี่ยนสภาพที่อุณหภูมิปานกลางและการเปลี่ยนสภาพที่อุณหภูมิสูง อุณหภูมิการเปลี่ยนสภาพที่อุณหภูมิสูงอยู่ที่ประมาณ 360 ℃ และกระบวนการเปลี่ยนสภาพที่อุณหภูมิปานกลางอยู่ที่ประมาณ 320 ℃ ด้วยการพัฒนามาตรการทางเทคนิค ปัจจุบันได้มีการนำการตั้งค่ากระบวนการสองขั้นตอนของการเปลี่ยนสภาพคาร์บอนมอนอกไซด์ที่อุณหภูมิสูงและการเปลี่ยนสภาพที่อุณหภูมิต่ำมาใช้ ซึ่งสามารถประหยัดการใช้ทรัพยากรได้มากขึ้น อย่างไรก็ตาม ในกรณีที่ปริมาณคาร์บอนมอนอกไซด์ในก๊าซเปลี่ยนสภาพไม่สูง สามารถใช้การเปลี่ยนสภาพที่อุณหภูมิปานกลางเพียงอย่างเดียวได้

ขั้นตอนสุดท้ายคือการทำให้ไฮโดรเจนบริสุทธิ์ ปัจจุบันระบบการทำให้ไฮโดรเจนบริสุทธิ์ที่ใช้กันมากที่สุดคือระบบ PAS หรือที่รู้จักกันในชื่อระบบการทำให้บริสุทธิ์และการแยก PSA ระบบนี้ใช้พลังงานต่ำ กระบวนการไม่ซับซ้อน และผลิตไฮโดรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูง โดยความบริสุทธิ์สูงสุดสามารถสูงถึง 99.99%