Wir haben unsere Produktion und Lieferung der 300 Nm3/h-Lieferzeremonie der dezentralen Wasserstoffproduktionsanlage von Sinopec mit reichem Methangas erfolgreich abgeschlossen. Hier möchte ich eine kurze Einführung in den Prozess der Wasserstoffproduktion aus Erdgas geben.
Mit der Intensivierung des Energieverbrauchs ist die Suche nach neuer Energie zu einer wichtigen Aufgabe geworden. Als Energiequelle mit dem größten Potenzial verfügt Wasserstoff über ein breites Quellenspektrum, nahezu keine Umweltverschmutzung, einen hohen Umwandlungswirkungsgrad und vielfältige Anwendungsaussichten. Die Wasserstoffproduktion aus Erdgas kann Chinas Energiekrise bis zu einem gewissen Grad lindern und den Wandel der chinesischen Energienutzungsstruktur weiter vorantreiben.
Der Schwerpunkt dieses Artikels liegt auf dem Prinzip der Wasserstoffproduktion aus Erdgas, dem Prozess und der Technologie der Wasserstoffproduktion aus Erdgas, der Klassifizierung der Wasserstoffproduktionstechnologie aus Erdgas und der Kostenrechnung der Wasserstoffproduktion aus Erdgas.
1Prinzip und Prozess vonWasserstoffproduktion aus Erdgas
1.1Prinzip der Wasserstofferzeugung aus Erdgas
Das Prinzip des Erdgas-Wasserstoff-Produktionsprozesses besteht darin, zunächst Erdgas vorzubehandeln, dann im Reformer Methan und Dampf in Kohlenmonoxid und Wasserstoff umzuwandeln und nach der Abwärmerückgewinnung im Schichtturm Kohlenmonoxid in Kohlendioxid und Wasserstoff umzuwandeln. Die Basis dieser Prozesstechnologie wird auf Basis der Erdgas-Dampf-Umwandlungstechnologie realisiert. Im Konvertierungsturm wird die Reaktionstemperatur in Gegenwart eines Katalysators kontrolliert und das Kohlenmonoxid im Konvertierungsgas reagiert mit Wasser unter Bildung von Wasserstoff und Kohlendioxid.
Bei entsprechendem Druck und geeigneter Temperatur durchlaufen die Alkane im Erdgas eine Reihe chemischer Reaktionen, um Umwandlungsgas zu erzeugen. Nachdem das Umwandlungsgas unter automatischer Steuerung ein PAS-Gerät passiert hat, das mit verschiedenen Adsorptionsmitteln ausgestattet ist, werden Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und andere Verunreinigungen vom Adsorptionsturm adsorbiert, und Wasserstoff wird zur Gasverbrauchseinheit geleitet, um das Adsorptionsmittel der Verunreinigungen zu adsorbieren Bei der Desorption kann das Analysegas als Brennstoff dem Shift-Ofen zugeführt werden und auch das Adsorbens regeneriert werden.
Die Hauptreaktionsformel lautet wie folgt:
Erdgas und Wasser reagieren bei 800 bis 900 °C und einem Nickeloxidkatalysator zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff.
Die Reaktionsformel lautet: CH4 + H2O → CO + H2-Q
Kohlenmonoxid und Wasser reagieren bei 300–400 °C mit Eisenoxidkatalysator zu Kohlendioxid und Wasserstoff.
Die Reaktionsformel lautet: CO + H2O → CO2 + H2 + Q
Darüber hinaus gelten im Vorbereitungsprozess folgende relevante technische Indexanforderungen:
Der Druck beträgt im Allgemeinen 1,5 bis 2,5 MPa und der Einheitsverbrauch an Erdgas beträgt 0,4 bis 0,5 m3/m3 Wasserstoff. Betriebszeit: > 8000 Stunden. Industrieller Maßstab: 1000 m3/h bis 100.000 m3/h.
1.2Verfahren zur Herstellung von Erdgaswasserstoff
Der Wasserstoffproduktionsprozess von Erdgas umfasst hauptsächlich vier Prozesse: Vorbehandlung des Speisegases, Erdgasdampfumwandlung, Kohlenmonoxidumwandlung und Wasserstoffreinigung.
Der erste Schritt ist die Vorbehandlung des Rohmaterials. Die Vorbehandlung bezieht sich hier hauptsächlich auf die Entschwefelung des Rohgases. Im eigentlichen Prozessbetrieb wird im Allgemeinen das Zinkoxid der Kobalt-Molybdän-Hydrierungsreihe von Erdgas als Entschwefelungsmittel verwendet, um den organischen Schwefel im Erdgas in anorganischen Schwefel umzuwandeln und ihn dann zu entfernen. Der hier behandelte Roherdgasstrom ist groß, sodass die Erdgasquelle mit hohem Druck verwendet werden kann oder bei der Auswahl des Erdgaskompressors ein großer Spielraum berücksichtigt werden kann.
Der zweite Schritt ist die Dampfumwandlung von Erdgas. Im Reformer wird ein Nickelkatalysator verwendet, um Alkane im Erdgas in Speisegas mit den Hauptbestandteilen Kohlenmonoxid und Wasserstoff umzuwandeln.
Dann wird Kohlenmonoxid umgewandelt, um in Gegenwart eines Katalysators mit Wasserdampf zu reagieren, um Wasserstoff und Kohlendioxid zu erzeugen und so das Umwandlungsgas zu erhalten, dessen Hauptbestandteile Wasserstoff und Kohlendioxid sind. Entsprechend der unterschiedlichen Umwandlungstemperatur kann der Umwandlungsprozess von Kohlenmonoxid in zwei Arten unterteilt werden: Umwandlung bei mittlerer Temperatur und Umwandlung bei hoher Temperatur. Die Hochtemperaturumwandlungstemperatur beträgt etwa 360 °C und der Mitteltemperaturumwandlungsprozess etwa 320 °C. Mit der Entwicklung technischer Gegenmaßnahmen wurde die zweistufige Prozesseinstellung der Kohlenmonoxid-Hochtemperaturumwandlung und der Niedertemperaturumwandlung übernommen letzten Jahren, wodurch der Ressourcenverbrauch weiter eingespart werden kann. Für den Fall, dass der Kohlenmonoxidgehalt im Konvertierungsgas jedoch nicht hoch ist, kann nur die Konvertierung bei mittlerer Temperatur durchgeführt werden.
Der letzte Schritt besteht darin, Wasserstoff zu reinigen. Das heute am häufigsten verwendete Wasserstoffreinigungssystem ist das PAS-System, auch bekannt als PSA-Reinigungs- und Trennsystem. Dieses System zeichnet sich durch einen geringen Energieverbrauch, einen einfachen Prozess und eine hohe Reinheit der Wasserstoffproduktion aus. Im höchsten Fall kann die Reinheit von Wasserstoff 99,99 % erreichen.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 11. November 2021
