Sản xuất hydro từ khí tự nhiên

Sản xuất hydro từ khí tự nhiên có ưu điểm là chi phí thấp và hiệu quả quy mô đáng kể. Nghiên cứu và phát triển công nghệ quy trình mới tiên tiến hơn để sản xuất hydro từ khí tự nhiên là một sự đảm bảo quan trọng để giải quyết vấn đề nguồn hydro giá rẻ. Là một nguồn năng lượng công nghiệp chất lượng cao và sạch, khí tự nhiên có ý nghĩa chiến lược quan trọng trong quá trình phát triển năng lượng của Trung Quốc. Bởi vì khí tự nhiên không chỉ là nhiên liệu quan trọng cho cuộc sống hàng ngày của người dân mà còn là nguyên liệu thô cơ bản của nhiều sản phẩm hóa chất thứ cấp.
Sản xuất hydro từ khí tự nhiên là một trong nhiều sản phẩm của khí tự nhiên. Mỏ dầu Liêu Hà, là mỏ dầu khí lớn thứ ba Trung Quốc, rất giàu tài nguyên khí tự nhiên, đặc biệt là các doanh nghiệp chế biến tập trung dầu khí. Trong quá trình sản xuất dầu khí, chúng ta có thể sản xuất một lượng lớn khí khô đi kèm, tạo điều kiện độc đáo cho việc chế biến sâu khí tự nhiên, có ý nghĩa thực tiễn rộng lớn hơn trong việc thúc đẩy phát triển và phổ biến quy trình sản xuất hydro từ khí tự nhiên.
1. Lựa chọn và phân tích lý thuyết về sản xuất hydro từ khí tự nhiên
Là một sản phẩm hóa học thứ cấp, hydro được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp dược phẩm, hóa chất tinh chế, điện tử và điện. Đặc biệt, hydro, với vai trò là nhiên liệu ưu tiên cho pin nhiên liệu, sẽ có triển vọng thị trường rộng lớn trong lĩnh vực giao thông vận tải và phát điện trong tương lai, và sẽ chiếm vị trí ngày càng quan trọng trong cơ cấu năng lượng tương lai. Các phương pháp sản xuất hydro truyền thống, như chuyển hóa hơi nước hydrocarbon nhẹ, điện phân nước, cracking methanol, khí hóa than và phân hủy amoniac, tương đối hoàn thiện. Tuy nhiên, vẫn còn những vấn đề “một cao, hai thấp” như chi phí cao, năng suất thấp và hiệu quả lao động thấp. Trong quá trình sản xuất dầu khí tại mỏ dầu Liêu Hà, có các nguồn tài nguyên hydrocarbon như khí khô và naphtha. Sử dụng phương pháp này để sản xuất hydro có thể tối đa hóa việc sử dụng tài nguyên. Hơn nữa, thành phần chính của khí tự nhiên đi kèm là metan, có thể được chuyển hóa thành hydro bằng hơi nước hydrocarbon, với độ tinh khiết và hiệu suất sản xuất cao.
2. Nguyên lý hoạt động sản xuất hydro từ khí tự nhiên
Các quy trình chế biến chính của khí tự nhiên bao gồm chưng cất khí quyển và chân không, cracking xúc tác, cải tạo xúc tác và sản xuất các hợp chất thơm. Đồng thời, nó bao gồm khai thác, thu gom, vận chuyển và tinh chế khí tự nhiên. Dưới áp suất, nhiệt độ cao và chất xúc tác nhất định, ankan và hơi nước trong khí tự nhiên phản ứng hóa học. Khí cải tạo đi vào bộ chuyển đổi sau khi trao đổi nhiệt trong lò hơi để chuyển hóa CO thành H2 và CO2. Sau khi trao đổi nhiệt, ngưng tụ và tách hơi nước, khí được dẫn tuần tự qua tháp hấp phụ được trang bị ba chất hấp phụ chuyên dụng thông qua điều khiển chương trình, và N2, CO, CH4 và CO2 được nén và hấp phụ bằng phương pháp hấp phụ dao động áp suất (PSA) để chiết xuất hydro thành sản phẩm. Phân tích giảm áp giúp loại bỏ tạp chất và tái tạo chất hấp phụ.
Công thức phản ứng:

CH4 + H2O → CO + 3H2-q

CO + H2O → CO2 + H2 + Q