Chúng tôi đã hoàn thành thành công việc sản xuất và bàn giao nhà máy sản xuất hydro từ khí metan giàu phân tán của Sinopec với công suất 300 Nm3/h. Sau đây, tôi xin giới thiệu sơ lược về quy trình sản xuất hydro từ khí tự nhiên.
Với sự gia tăng mạnh mẽ nhu cầu tiêu thụ năng lượng, việc tìm kiếm các nguồn năng lượng mới đã trở thành một nhiệm vụ quan trọng. Là nguồn năng lượng tiềm năng nhất, hydro có nguồn cung dồi dào, hầu như không gây ô nhiễm, hiệu suất chuyển đổi cao và triển vọng ứng dụng rộng rãi. Sản xuất hydro từ khí tự nhiên có thể phần nào giúp giảm bớt khủng hoảng năng lượng của Trung Quốc và thúc đẩy hơn nữa quá trình chuyển đổi cơ cấu sử dụng năng lượng của nước này.
Bài báo này sẽ tập trung vào nguyên lý sản xuất hydro từ khí tự nhiên, quy trình và công nghệ sản xuất hydro từ khí tự nhiên, phân loại công nghệ sản xuất hydro từ khí tự nhiên và hạch toán chi phí sản xuất hydro từ khí tự nhiên.
1 Nguyên tắc và quy trình của Sản xuất hydro từ khí tự nhiên
1.1Nguyên lý sản xuất hydro từ khí tự nhiên
Nguyên tắc của quy trình sản xuất hydro từ khí tự nhiên là xử lý sơ bộ khí tự nhiên trước, sau đó chuyển hóa metan và hơi nước thành carbon monoxide và hydro trong lò chuyển hóa, và chuyển hóa carbon monoxide thành carbon dioxide và hydro trong tháp chuyển hóa sau khi thu hồi nhiệt thải. Công nghệ này được thực hiện trên cơ sở công nghệ chuyển hóa hơi nước từ khí tự nhiên. Trong tháp chuyển hóa, nhiệt độ phản ứng được kiểm soát với sự có mặt của chất xúc tác, và carbon monoxide trong khí chuyển hóa phản ứng với nước để tạo ra hydro và carbon dioxide.
Dưới áp suất và nhiệt độ thích hợp, các ankan trong khí tự nhiên sẽ trải qua một loạt các phản ứng hóa học để tạo ra khí chuyển hóa. Sau khi khí chuyển hóa đi qua thiết bị PAS được trang bị nhiều chất hấp phụ khác nhau dưới sự điều khiển tự động, carbon monoxide, carbon dioxide và các tạp chất khác sẽ được hấp phụ bởi tháp hấp phụ, và hydro sẽ được đưa đến đơn vị tiêu thụ khí để hấp phụ các tạp chất trên chất hấp phụ. Sau khi giải hấp, khí phân tích có thể được đưa đến lò chuyển hóa làm nhiên liệu, và chất hấp phụ cũng có thể được tái tạo.
Công thức phản ứng chính như sau:
Khí tự nhiên và nước phản ứng ở nhiệt độ 800 ~ 900 ℃ với chất xúc tác oxit niken để tạo ra carbon monoxide và hydro.
Công thức phản ứng là: CH4 + H2O → CO + H2-Q
Khí cacbonic và nước phản ứng ở nhiệt độ 300-400 ℃ với chất xúc tác oxit sắt để tạo ra khí cacbonic và khí hydro.
Công thức phản ứng là: CO + H2O → CO2 + H2 + Q
Ngoài ra, các yêu cầu về chỉ số kỹ thuật liên quan trong quá trình chuẩn bị như sau:
Áp suất thường là 1,5 ~ 2,5 MPa, và lượng tiêu thụ khí tự nhiên trên mỗi đơn vị là 0,4 ~ 0,5 m3/m3 hydro; Thời gian hoạt động: > 8000 giờ; Quy mô công nghiệp: 1000 m3/H ~ 100000 m3/h.
1.2 Quy trình sản xuất hydro từ khí tự nhiên
Quá trình sản xuất hydro từ khí tự nhiên chủ yếu bao gồm bốn công đoạn: xử lý sơ bộ khí nguyên liệu, chuyển hóa khí tự nhiên thành hơi nước, chuyển hóa carbon monoxide và tinh chế hydro.
Bước đầu tiên là bước tiền xử lý nguyên liệu thô. Tiền xử lý ở đây chủ yếu đề cập đến quá trình khử lưu huỳnh trong khí thô. Trong quá trình vận hành thực tế, khí tự nhiên thường được xử lý bằng oxit kẽm thuộc chuỗi hydro hóa coban molypden để chuyển đổi lưu huỳnh hữu cơ trong khí tự nhiên thành lưu huỳnh vô cơ và sau đó loại bỏ nó. Lưu lượng khí tự nhiên được xử lý ở đây rất lớn, vì vậy có thể sử dụng nguồn khí tự nhiên có áp suất cao hoặc cần xem xét biên độ an toàn lớn khi lựa chọn máy nén khí tự nhiên.
Bước thứ hai là chuyển hóa khí tự nhiên thành hơi nước. Chất xúc tác niken được sử dụng trong bộ chuyển đổi để chuyển hóa các ankan trong khí tự nhiên thành khí cấp liệu với các thành phần chính là carbon monoxide và hydro.
Sau đó, carbon monoxide được chuyển hóa và phản ứng với hơi nước dưới sự có mặt của chất xúc tác để tạo ra hydro và carbon dioxide, thu được khí chuyển hóa có thành phần chính là hydro và carbon dioxide. Tùy thuộc vào nhiệt độ chuyển hóa khác nhau, quá trình chuyển hóa carbon monoxide có thể được chia thành hai loại: chuyển hóa ở nhiệt độ trung bình và chuyển hóa ở nhiệt độ cao. Nhiệt độ chuyển hóa ở nhiệt độ cao khoảng 360 ℃, và quá trình chuyển hóa ở nhiệt độ trung bình khoảng 320 ℃. Với sự phát triển của các biện pháp kỹ thuật, việc thiết lập quy trình hai giai đoạn chuyển hóa carbon monoxide ở nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp đã được áp dụng trong những năm gần đây, giúp tiết kiệm hơn nữa nguồn lực tiêu thụ. Tuy nhiên, trong trường hợp hàm lượng carbon monoxide trong khí chuyển hóa không cao, chỉ có thể áp dụng chuyển hóa ở nhiệt độ trung bình.
Bước cuối cùng là tinh chế hydro. Hiện nay, hệ thống tinh chế hydro được sử dụng phổ biến nhất là hệ thống PAS, còn được gọi là hệ thống tinh chế và tách PSA. Hệ thống này có mức tiêu thụ năng lượng thấp, quy trình đơn giản và cho ra hydro có độ tinh khiết cao. Ở mức cao nhất, độ tinh khiết của hydro có thể đạt tới 99,99%.
Thời gian đăng bài: 11/11/2021