シノペック分散型リッチメタンガス水素製造プラントの納入式

シノペック分散型リッチメタンガス水素製造プラントの300Nm3 /hの生産・納入式を無事に終えました。ここで、天然ガスからの水素製造プロセスについて簡単に紹介したいと思います。

エネルギー消費の増大に伴い、新たなエネルギーの発掘が重要な課題となっています。 最も潜在的なエネルギーである水素は、供給源が幅広く、汚染がほとんどなく、変換効率が高く、幅広い応用の可能性を持っています。 天然ガスからの水素製造は、中国のエネルギー危機をある程度緩和し、中国のエネルギー利用構造の変革をさらに促進する可能性がある。

本稿では、天然ガスからの水素製造の原理、天然ガスからの水素製造のプロセスと技術、天然ガスからの水素製造技術の分類、および天然ガスからの水素製造の原価計算に焦点を当てます。

1原理とプロセス天然ガスからの水素製造

1.1天然ガスからの水素製造原理

天然ガス水素製造プロセスの原理は、まず天然ガスを前処理し、改質器でメタンと水蒸気を一酸化炭素と水素に変換し、廃熱回収後のシフト塔で一酸化炭素を二酸化炭素と水素に変換することです。 このプロセス技術の基礎は、天然ガス蒸気変換技術に基づいて実現されています。 シフト塔では触媒の存在下に反応温度が制御され、変換ガス中の一酸化炭素と水が反応して水素と二酸化炭素が生成されます。

適切な圧力と温度の下で、天然ガス中のアルカンは一連の化学反応を起こして変換ガスを生成します。 変換ガスは自動制御の下、各種吸着剤を備えたPAS装置を通過した後、一酸化炭素、二酸化炭素等の不純物が吸着塔で吸着され、水素がガス消費装置に送られて不純物の吸着剤に吸着されます。脱着後、分析ガスを燃料としてシフト炉に送ることができ、吸着剤の再生も可能です。

主な反応式は次のとおりです。

天然ガスと水を酸化ニッケル触媒により800～900℃で反応させ、一酸化炭素と水素を生成します。

反応式はCH4 + H2O → CO + H2-Qです。

一酸化炭素と水を酸化第二鉄触媒により300～400℃で反応させ、二酸化炭素と水素を生成します。

反応式は CO + H2O → CO2 + H2 + Q

さらに、作成プロセスにおける関連する技術指標の要件は次のとおりです。

圧力は一般に1.5〜2.5 MPa、天然ガスの単位消費量は0.4〜0.5 m3 / m3水素、運転時間：> 8000時間、工業規模：1000 m3 / H〜100000 m3 / h。

1.2天然ガス水素製造プロセス

天然ガスの水素製造プロセスは主に、原料ガス前処理、天然ガス蒸気変換、一酸化炭素変換、水素精製の4つのプロセスから構成されます。

最初のステップは原料の前処理ステップです。 ここでの前処理とは主に原料ガスの脱硫処理を指します。 実際のプロセスでは、天然ガス中の有機硫黄を無機硫黄に変換して除去する脱硫剤として、天然ガスコバルトモリブデン水素化系酸化亜鉛が一般的に使用されます。 ここで処理される原料天然ガスの流量が多いため、高圧の天然ガス源を使用するか、マージンを大きく考慮した天然ガス圧縮機の選定が可能です。

2 番目のステップは、天然ガスの水蒸気変換です。 ニッケル触媒は、天然ガス中のアルカンを一酸化炭素と水素を主成分とする供給ガスに変換するために改質器で使用されます。

次に、一酸化炭素を触媒の存在下で水蒸気と反応させて水素と二酸化炭素を生成し、水素と二酸化炭素を主成分とする変換ガスを得る。 異なる変換温度に応じて、一酸化炭素の変換プロセスは中温変換と高温変換の2種類に分けることができます。 高温転化温度は約360℃、中温転化プロセスは約320℃です。技術対策の開発により、一酸化炭素高温転化と低温転化の2段階プロセス設定が採用されています。近年では、資源の消費をさらに節約できるようになりました。 ただし、変換ガス中の一酸化炭素含有量が高くない場合は、中温変換のみを採用することができます。

最後のステップは水素を精製することです。 現在、最も一般的に使用されている水素精製システムは、PSA 精製分離システムとも呼ばれる PAS システムです。 このシステムは、エネルギー消費が低く、プロセスが簡単で、高純度の水素を生成します。 最高の水素純度は 99.99% に達します。