Sinopec tarafından dağıtılan zengin metan gazından hidrojen üretim tesisinin 300 Nm3/h kapasiteli üretim ve teslimat törenini başarıyla tamamladık. Burada doğal gazdan hidrojen üretimi sürecine kısaca değinmek istiyorum.
Enerji tüketiminin yoğunlaşmasıyla birlikte, yeni enerji kaynakları bulmak önemli bir görev haline gelmiştir. En büyük potansiyele sahip enerji kaynağı olan hidrojen, geniş kaynak yelpazesi, neredeyse hiç kirlilik yaratmaması, yüksek dönüşüm verimliliği ve geniş uygulama olanaklarıyla öne çıkmaktadır. Doğal gazdan hidrojen üretimi, Çin'in enerji krizini bir ölçüde hafifletebilir ve Çin'in enerji kullanım yapısının dönüşümünü daha da hızlandırabilir.
Bu çalışma, doğal gazdan hidrojen üretiminin prensibi, süreci ve teknolojisi, doğal gazdan hidrojen üretim teknolojilerinin sınıflandırılması ve doğal gazdan hidrojen üretiminin maliyet muhasebesi konularına odaklanacaktır.
1 İlke ve süreç Doğal gazdan hidrojen üretimi
1.1Doğal gazdan hidrojen üretme prensibi
Doğal gazdan hidrojen üretme sürecinin prensibi, önce doğal gazın ön işlemden geçirilmesi, ardından reformasyon ünitesinde metan ve buharın karbonmonoksit ve hidrojene dönüştürülmesi ve atık ısı geri kazanımından sonra kaydırma kulesinde karbonmonoksitin karbondioksit ve hidrojene dönüştürülmesidir. Bu proses teknolojisinin temeli, doğal gaz buhar dönüştürme teknolojisine dayanmaktadır. Kaydırma kulesinde, katalizör varlığında reaksiyon sıcaklığı kontrol edilir ve dönüşüm gazındaki karbonmonoksit su ile reaksiyona girerek hidrojen ve karbondioksit üretir.
Uygun basınç ve sıcaklık altında, doğal gazdaki alkanlar bir dizi kimyasal reaksiyona girerek dönüşüm gazı üretir. Dönüşüm gazı, otomatik kontrol altında çeşitli adsorbanlarla donatılmış PAS cihazından geçtikten sonra, karbonmonoksit, karbondioksit ve diğer safsızlıklar adsorpsiyon kulesi tarafından adsorbe edilir ve hidrojen, safsızlıkların adsorbanını adsorbe etmek üzere gaz tüketim ünitesine gönderilir. Desorpsiyondan sonra, analitik gaz yakıt olarak kaydırma fırınına gönderilebilir ve adsorban da yeniden üretilebilir.
Ana reaksiyon formülü aşağıdaki gibidir:
Doğal gaz ve su, 800-900 ℃ sıcaklıkta ve nikel oksit katalizörü ile reaksiyona girerek karbonmonoksit ve hidrojen üretir.
Tepkime formülü şöyledir: CH4 + H2O → CO + H2-Q
Karbonmonoksit ve su, demir oksit katalizörü ile 300-400 ℃'de reaksiyona girerek karbondioksit ve hidrojen üretir.
Tepkime formülü şöyledir: CO + H2O → CO2 + H2 + Q
Ayrıca, hazırlık sürecinde ilgili teknik indeks gereksinimleri aşağıdaki gibidir:
Basınç genellikle 1,5 ~ 2,5 MPa'dır ve doğal gazın birim tüketimi 0,4 ~ 0,5 m³ / m³ hidrojendir; Çalışma süresi: > 8000 saat; Endüstriyel ölçek: 1000 m³ / saat ~ 100000 m³ / saat.
1.2 Doğal gazdan hidrojen üretim süreci
Doğal gazdan hidrojen üretme süreci esas olarak dört aşamadan oluşur: besleme gazı ön işlemi, doğal gazın buhara dönüştürülmesi, karbonmonoksitin dönüştürülmesi ve hidrojenin saflaştırılması.
İlk adım, ham madde ön işlemidir. Buradaki ön işlem esas olarak ham gazın kükürt giderme işlemini ifade eder. Gerçek proses operasyonunda, doğal gazdaki organik kükürtü inorganik kükürte dönüştürmek ve ardından uzaklaştırmak için genellikle doğal gaz kobalt molibden hidrojenasyon serisi çinko oksit kükürt giderici olarak kullanılır. Burada işlenen ham doğal gazın akış hızı büyüktür, bu nedenle yüksek basınçlı doğal gaz kaynağı kullanılabilir veya doğal gaz kompresörü seçilirken geniş bir güvenlik payı dikkate alınabilir.
İkinci adım, doğal gazın buharla dönüştürülmesidir. Reformerde nikel katalizörü kullanılarak doğal gazdaki alkanlar, ana bileşenleri karbonmonoksit ve hidrojen olan besleme gazına dönüştürülür.
Daha sonra, karbonmonoksit, katalizör varlığında su buharı ile reaksiyona girerek hidrojen ve karbondioksit üretir ve ana bileşenleri hidrojen ve karbondioksit olan dönüşüm gazı elde edilir. Farklı dönüşüm sıcaklıklarına göre, karbonmonoksit dönüşüm süreci iki tipe ayrılabilir: orta sıcaklık dönüşümü ve yüksek sıcaklık dönüşümü. Yüksek sıcaklık dönüşüm sıcaklığı yaklaşık 360 ℃, orta sıcaklık dönüşüm süreci ise yaklaşık 320 ℃'dir. Teknik önlemlerin gelişmesiyle birlikte, son yıllarda karbonmonoksit yüksek sıcaklık dönüşümü ve düşük sıcaklık dönüşümünün iki aşamalı prosesi benimsenmiştir, bu da kaynak tüketimini daha da azaltabilir. Bununla birlikte, dönüşüm gazındaki karbonmonoksit içeriğinin yüksek olmadığı durumlarda, yalnızca orta sıcaklık dönüşümü uygulanabilir.
Son adım hidrojeni saflaştırmaktır. Günümüzde en yaygın kullanılan hidrojen saflaştırma sistemi PAS sistemi veya diğer adıyla PSA saflaştırma ve ayırma sistemidir. Bu sistem düşük enerji tüketimi, basit işlem ve yüksek saflıkta hidrojen üretimi sağlar. En yüksek seviyede hidrojen saflığı %99,99'a ulaşabilir.
Yayın tarihi: 11 Kasım 2021