Меню Рубрики

Установка производства водорода конверсией метана

Установка производства водорода конверсией метана

Поставляем установки производства водорода компании Mahler AGS (Малер АГС). Установки производят водород из природного газа методом риформинга. Использование таких установок целесообразно, если потребность в водороде превосходит 200 Нм³/ч.

Компания также выпускает оборудование для производства азота, азотно-водородных смесей и биогаза. С 1950 года компания поставила 4500 установок. Компания «ЭкоГазСистем» является официальным партнёром Mahler AGS на территории России и в странах СНГ ( сертификат ).

Отличительные особенности оборудования «Mahler AGS»:

— Высокая надёжность и длительный срок службы. У некоторых Заказчиков установки «Mahler» непрерывно работают уже более 20 лет.

— Установки работают в полностью автоматическом режиме, есть возможность дистанционного контроля.

— Модульная конструкция. Водородная установка поставляется в виде готовых блоков на скид-рамах, что существенно удешевляет проектирование и монтаж.

Водород из природного газа

Водородные установки компании «Mahler AGS» серии HYDROFORM-C производят водород методом паровой конверсии метана (англ. «steam methane reforming — SMR»). Также используется термин «паровой риформинг природного газа». Вместо природного газа могут использоваться и другие углеводороды (сжиженный углеводородный газ, нафта). В реакторе SMR-установки при высокой температуре смесь углеводородов и водяного пара преобразуется в водород и оксиды углерода (СО, СО₂) по реакции:

CnHm + n⋅H₂O=(n + m/2)⋅H₂ + n⋅CO (эндотермическая)

CO + H₂O=CO₂ + H₂ (экзотермическая)

Далее с помощью системы адсорбционной очистки из получившейся смеси извлекается чистый водород.

Крупнейший потребитель водорода – это химические и нефтеперерабатывающие заводы. Установки производства водорода из природного газа на НПЗ производят водород для нефтепереработки. Водород позволяет увеличить выпуск высококачественного топлива. На химических предприятиях водород используется для синтеза аммиака, соляной кислоты и перекиси водорода. SMR-установки успешно используются и в металлургии, в производстве плоского стекла (по методу флоат), в производстве растительных жиров.

Паровая конверсия метана (SMR) — это самый дешёвый способ получения водорода, этим способом производится 90-95% всего водорода в мире. Удельные прямые затраты на производство водорода методом SMR в России составляет примерно 5 руб/Нм³.

Схема SMR-установки

В этом разделе приводится схема и краткое описание принципа действия установки производства водорода из природного газа.

В основу работы системы HYDROFORM-C положен метод паровой конверсии природного газа (метана), сжиженного нефтяного газа или нафты и последующей очистки полученного водородсодержащего газа в системе HYDROSWING®.

Подача природного газа

Поток природного газа поступает на установку с давлением 21 бар и разделяется на два потока:

  • Поток А — как топливо для горелок реформера (D13101)
  • Поток Б — смешивается с потоком рециркуляционного Н2 компрессором (V15501)

(нажмите для увеличения)

Далее смешанный поток направляется в подогреватель (W14001) и нагревается до температуры порядка 390°C, после чего поступает в реактор гидрирования / десульфуризации (C10201). В верхней части реактора (C10201) содержится катализатор гидрирования (Co-Mo), где сера и ее соединения гидрируются до H₂S, включая ненасыщенные углеводороды. Температура в реакторе (C10201) растёт пропорционально количеству этих веществ в потоке газа. Максимальное допустимое содержание ненасыщенных соединений составляет 1%. В нижней части реактора содержится катализатор на основе оксида цинка с помощью которого поглощается сероводород.

Печь риформера

Замечание по терминологии: в русской языке закрепилось написание «риформер, риформинг» вместо «реформер, реформинг».

Десульфуризированный поток смешивается с технологическим паром из котла дымовых газов (D11001), который предварительно подогревается до 520°C в пароперегревателе (W11001) и поступает на печь парового риформинга (D13101).Риформинг питающей паровой смеси происходит в нагреваемых примерно до 820°C высоколегированных трубках риформера которые заполнены катализатором на основе никеля. Затем газ охлаждается в газоохладителе (W11003) до 350°C за счёт образования насыщенного пара с давлением около 22 бар. Далее проходит через высокотемпературный СО конвертер (C14001), где большая часть монооксида углерода вступает в реакцию с избыточным количеством пара, присутствующем в потоке риформинга-газа. Температура выходящего газа составляет

Система водоснабжения бойлера (BFW)

Деминерализованная вода подаётся в дегазатор/деаэратора (B12101) и нагнетается до 26 бар с помощью насоса системы водоснабжения бойлера (P12001 / P12002). Воду нагревают до 210°С в экономайзере (W14002) перед подачей в котёл дымовых газов (D11001).

Рекуперация тепла

В первом теплообменнике (W14001) тепло конвертированного процессного газа используют для нагрева питающего газового потока и рециркуляционного потока до 390°C.Второй теплообменник (W14002) используется для экономии тепла, где питающая вода из дегазатора/деаэратора (B12101) подогревается восстановленным теплом от 100°C до 210°C.

Охлаждение преобразованного процессного газа приблизительно до 35°С происходит в охладителе воды (W14003). В ходе процесса охлаждения избыток пара конденсируется (F14001). Конденсат может быть переработан и использован повторно.

Блок короткоцикловой адсорбции (КЦА)

В блоке КЦА водород отделяется от примесей, таких как H₂O, CO, CO₂, N₂ и непрореагировавшего СН₄. Система состоит из 4 адсорберов (A14101-A14104) с различным типом адсорбента, с помощью которого очищается водород путём процесса сорбции примесей на адсорбенте. Регенерация происходит путём сброса давления и продувки адсорберов.

Читайте также:  Установка бесплатного счетчика для воды

Рекуперация тепла топочных газов

Горячий дымовой газ (D13101), используется следующим образом:

  • Перегрев питающего и технологического пара в пароперегревателе (W11001) до 520 °С.
  • Генерация технологического пара и вспомогательного пара в дымовом газовом котле (D11001), процессный пар смешивается с десульфуризированным газом и направляется в (W11001).
  • Предварительный нагрев воздуха до 350 — 400°С в подогревателе с воздушной горелкой (W11002).Газоохладитель (W11003) интегрирован в котёл дымовых газов (D11001).

Корректная температура риформинг-газа на выходе регулируется с помощью внутреннего байпаса, чтобы обеспечить оптимальные условия эксплуатации при любой нагрузке.

источник

Инструменты пользователя

Инструменты сайта

Содержание

Получение водорода

Так как на современном нефтеперерабатывающем заводе имеется большое число установок гидрокрекинга и гидроочистки, то важное значение приобретает обеспечение их водородом.

Источником водорода на нефтеперерабатывающем заводе обычно является установка каталитического риформинга. Легкокипящая фракция, поступающая с этой установки, характеризуется высоким соотношением водород/метан; обычно ее подвергают деэтанизации и депропанизации, чтобы повысить концентрацию водорода.

Иногда водорода с установки риформинга оказывается недостаточно, чтобы удовлетворить все потребности нефтеперерабатывающего завода, например, если работает установка гидрокрекинга. Тогда водород получают на установке конверсии метана с водяным паром, которая показана на рисунке ниже. 1) Метан используется по той причине, что в его молекуле содержится 25 % (масс.) водорода. 2)


Конверсия метана с водяным паром

При поиске возможностей синтеза водорода в качестве потенциального сырья рассматривались различные соединения с высоким содержанием водорода, чтобы получалось как можно меньше отходов и как можно меньше энергии было потрачено впустую. Два соединения, которые в конце концов выбрали, кажутся достаточно очевидными — это метан (СН4) и вода (Н2О).

Задача процесса конверсии метана с водяным паром состоит в том, чтобы извлечь из этих соединений как можно больше водорода, затратив при этом как можно меньше энергии (топлива). Этот процесс осуществляется в четыре стадии с помощью некоторых полезных катализаторов.

1. Конверсия. Метан и водяной пар (Н2О) смешивают и пропускают над катализатором при 800°С (1500°F), в результате чего образуется монооксид углерода и водород.

Без катализатора паровая конверсия метана с приемлемой скоростью и глубиной превращения протекает при 1250…1350 °С. Катализаторы конверсии углеводородов предназначены не только для ускорения основной реакции, но и для подавления побочных реакций пиролиза путем снижения температуры конверсии до 800…900 °С. Как наиболее активные и эффективные катализаторы конверсии метана признаны никелевые, нанесенные на термостойкие и механически прочные носители с развитой поверхностью типа оксида алюминия. С целью интенсификации реакций газификации углерода в никелевые катализаторы в небольших количествах обычно вводят щелочные добавки (оксиды Са и Mg). 4)

2. Дополнительная конверсия. Не удовлетворившись водородом, который уже образовался, установка выжимает все, что можно, и из монооксида углерода. К смеси прибавляют дополнительное количество водяного пара и пропускают над другим катализатором при 340°С (650°F); в результате образуется диоксид углерода и водород.

3. Разделение газов. Чтобы получить поток с высоким содержанием водорода, его отделяют от диоксида углерода с помощью процесса экстракции диэтаноламином (ДЭА).

4. Метанирование. Поскольку присутствие даже небольших количеств оксидов углерода в потоке водорода может оказаться вредным для некоторых областей его использования, на следующей стадии процесса эти примеси превращаются в метан. Процесс идет на катализаторе при 420°С (800°F).

Подробная технологическая схема установки для получения водорода паровой каталитической конверсией представлена на следующем рисунке. На ней вы можете увидеть, в каком оборудовании протекают четыре описанные выше стадии.

Газ под давлением подогревают до 300—400°C в подогревателе 7 и подают в реакторы 3 и 2, где он очищается от сернистых соединений. В смесителе 11 смешивают газ с перегретым до 400—500°C водяным паром и подают паро-газовую смесь на конверсию в печь 12. Температура конверсии 800—900°C.

Газ конверсии из общего коллектора проходит котел-утилизатор 13, где охлаждается до 400—450°C (эту температуру поддерживают, впрыскивая воду после котла-утилизатора). Для превращения CO в CO2 газ подают на первую ступень среднетемпературной конверсии в реактор 14 с железо-хромовым катализатором; после этого температуру паро-газовой смеси снова снижают до 230-250°C в котле-утилизаторе 13 и в водоподогревателе 15; смесь направляют на вторую ступень конверсии в реактор 16 с цинк-медным катализатором.

Затем паро-газовая смесь, содержащая водород, диоксид углерода и водяные пары, поступает на очистку от CO2 в абсорбер 18. В результате очистки раствором карбоната калия (K2CO3) удаляют CO2 и большую часть водяных паров. Раствор K2CO3 идет на регенерацию, а водород подогревают до 300°C в теплообменнике 25 и подают в реактор 22 на метанирование, т.е. переводят оставшийся CO в метан путем гидрирования. Затем водород охлаждают в теплообменнике 25 и холодильнике 23. Компрессор 24 сжимает водород до требуемого давления на выводе с установки к месту потребления. 6)

Читайте также:  Установка cyanogenmod zte blade

В некоторых случаях в распоряжении переработчиков не оказывается метана, не содержащего серы (природного газа). В этом случае вместо метана можно использовать более тяжелые углеводороды, например пропан или нафту. Такой процесс требует другого оборудования и других катализаторов. Кроме того, он менее энергетически эффективен, но все же работает.


Трубчатая печь паровой каталитической конверсии метана


Установка производства водорода методом паровой конверсии легких углеводородов

источник

Паровой риформинг метана — Производство водорода

Новости

Air Liquide Engineering & Construction предоставляет технологию парового риформинга метана (SMR) для производства водорода как в больших, там и в малых объемах. SMR – экономически и энергетически эффективный способ получения водорода. Высокая степень чистоты достигается за счет использования собственной установки водородной КЦА.

В процессе парового риформинга обессеренное углеводородное сырье (природный газ, отходящий газ, ШФЛУ или нафта) подогревается, смешивается с паром и опционально подвергается конверсии перед подачей на катализаторы в запатентованной установке парового риформинга с верхним пламенем. При этом получаются следующие продукты: водород, монооксид углерода (CO) и диоксид углерода (CO2). Смесь CO с паром подвергается конверсии, продуктами которой являются дополнительный водород и CO2. Затем водород отделяется путем адсорбции в водородной КЦА.

Преимущества от водородной технологии для заказчика

Наша технология позволяет гибко использовать сырье. В зависимости от целей заказчика установка может быть кастомизирована таким образом, что обеспечить оптимизацию операционных затрат (OPEX), максимальную эффективность или минимальную совокупную стоимость владения . Для удовлетворения требований проекта возможно применение различных степеней модульности и стандартизации. Основной акцент всегда делается на отличной эксплуатационной готовности и надежности установок. Несомненным преимуществом для наших заказчиков является богатый опыт Air Liquide в эксплуатации собственных установок парового риформинга.

В случае необходимости производства небольших объемов водорода Air Liquide Engineering & Construction предлагает подход к SMR с поставкой высокомодульного стандартизированного оборудования, основными чертами которого являются компактное расположение и исполнение в четырех типоразмерах с использованием заранее выбранного оборудования, разводки трубопроводов и модулей.

Преимущества

  • Возможности различной степени адаптации оборудования для удовлетворения требований заказчика
  • Упор на лучшую в данном классе эксплуатационную готовность и надежность установки, обеспечиваемые эксплуатационным опытом Air Liquide
  • Специальная стандартная программа для установок с малой производительностью водорода с высокой степенью модульности делает возможным срок исполнения менее 15 месяцев на условиях FOB

Основные показатели

  • Производительность: 10 000–200 000 нормальных кубических метров водорода в час (Нм³/ч) (10 000–40 000 Нм³/ч для стандартных небольших установок)
  • Сырье+топливо-пар: 12,3–13,2 мегаджоулей на нормальный кубический метр (МДж/Нм³)
  • Производство пара: 0,4–1,2 килограмма на нормальный кубический метр водорода (кг/Нм³)

источник

Производство водорода: технологии и перспективы в России

Производство водорода: обзор 4-х технологий + какое необходимо оборудование + перспективы производства и прибыльность.

Водород – один из многих элементов, которые в чистом виде практически не встречаются в природе, но активно используются в промышленности и в быту. Чаще всего в гидрогене нуждается пищевая и химическая промышленность – его используют в изготовлении пластмасс, аммиака, метанола и мыла.

Структура применения водорода в России

В быту гидроген могут использовать для обогрева помещений, как заменитель природного газа, а также как компонент биотоплива.

В лабораторных условиях водород начали получать ещё в XVII-ом веке. Для этого использовали, к примеру, цинк или соляную кислоту. В XXI-ом веке для промышленного производства такая методика слишком дорогая и неудобная.

Благо, наука не стоит на месте, и сейчас доступны несколько новых способов получения гидрогена. В том числе, они могут использоваться и на скромных мощностях. Отличие в процессах будет заключаться только в химическом и физическом воздействии на исходное сырьё.

За счет этого производство водорода стало доступно не только на крупных промышленных комплексах, но и в небольшом количестве для нужд населения. О том, как именно это происходит, пойдет речь в данной статье.

4 способа получения водорода

Существует более 100 различных методов добычи гидрогена – как теоретических, так и освоенных в промышленных масштабах. В зависимости от выбранного вами вида получения ресурса, производство водорода потребует различного оборудования, сырья и других ресурсов.

Рассмотрим 5 самых распространенных способов производства водорода.

Способ №1. Паровая конверсия

Более 50% всего водорода получается путём паровой конверсии воды и метана. При этом три основных составляющих (природный газ, водяной пар и оксиген) смешиваются в определённых пропорциях.

Таким образом, часть природного газа сгорает вместе с кислородом, тем самым поддерживая необходимую температуру для продолжения химической реакции. Метан, не выгоревший во время реакции конверсии, реагирует с водяным паром, образуя оксид углерода (то есть сажу) и непосредственно гидроген.

Читайте также:  Установка гбо газ гарант

Простота и относительная лёгкость делает производство водорода путём паровой конверсии наиболее дешёвым из всех доступных.

Способ №2. Разделение метана на углерод и водород

Благодаря дешевизне метана, а также простому способу его получения, такой тип добычи водорода проще всего. Однако высокие температуры и потенциальная пожароопасность требуют дополнительных мер безопасности. К тому же, оборудование для полного процесса крекинга не из дешёвых.

Способ №3. Электролиз воды

Ещё один вид добычи гидрогена – электролиз воды. Это второй по распространённости метод добычи водорода, обеспечивающий достаточно высокую чистоту конечного продукта. Сопутствующим «бонусом» в этом технологическом процессе становится кислород, не менее важный элемент.

Для такого способа производства требуются значительные запасы воды. Тем не менее он совсем не требователен к её качеству – для электролиза можно использовать промышленную, дождевую или даже сточную воду.

Способ №4. Пиролиз

«Топливом» для этого могут служить отходы сельского хозяйства и пищевых производств:

  • Птичий помёт и другие побочные продукты животноводства.
  • Отходы рыбных, соко- и мясокомбинатов.
  • Некоторые виды технических культур, специально выращенных для получения биомассы.

При переработке всех этих биоотходов при помощи специальных бактерий образуется синтез-газ, в основном состоящий из двуокиси карбона и метана. Продуктом их переработки и становится гидроген.

Такой способ производства набирает всё большую популярность ввиду того, что, помимо гидрогена, из биомассы добываются этилен и ацетилен. Также ценным сырьём являются и сами биоотходы, которые широко используются в сельском хозяйстве для производства удобрений.

Стоимость закупки оборудования и сырья в России

К примеру, оборудование для пиролиза производит не только водород, но и этин, этен и другие органические соединения. По желанию, любой из этих ресурсов можно реализовать, как отдельный продукт, либо использовать в качестве сырья в дальнейшей добыче гидрогена.

Стоимость оборудования варьируется в зависимости от предполагаемого объема производства. Например, небольшие «комнатные» генераторы можно приобрести по цене до 10000 долларов. Такого вполне может хватить для использования в хозяйственных нуждах – например, для обогрева помещений.

Далее идёт категория «потяжелее»: генератор электролиза, потребляющий 30 л воды в час, будет производить 30 куб. метров H и 15 куб. метров O₂ за час. Стоимость такого оборудования составляет около 110 тыс. долларов США. Чистота получаемого на выходе гидрогена оценивается в 99,6-99,8%.

Такой тип генераторов использует наиболее доступный ресурс для производства – воду и электричество. Как уже говорилось ранее, вода может быть абсолютно любого качества. К примеру, можно использовать дождевую воду, речную, либо морскую.

При покупке генератора стоит учесть, что некоторые из них работают только с дистиллированной, то есть технической водой!

Оборудование для добычи гидрогена из биосырья и полезных ископаемых посредством пиролиза, обойдётся гораздо дороже. К примеру, для производства 300 куб. метров H из биотоплива предприниматель должен быть готов выложить 400-800 тыс. долларов.

Тем не менее не стоит забывать, что при пиролизе добывается большое количество побочных продуктов, а чистота водорода достигает отметки в 99.999%. Сырьём для такого типа добычи могут выступать практически любые органические соединения. При этом срок окупаемости такой установки составляет до 5 лет.

Самый простой способ получения водорода.

Как получить водород для двигателя на воде?

Производство водорода – российские перспективы

Несмотря на то, что некоторые автомобильные и энергетические компании собирались использовать водород на российском рынке ещё в 2014, широкого распространения такой вид топлива пока что не получил. Несмотря на это, у нас имеются в свободной продаже автомобили с гибридным и водородным двигателями.

Но автомобили – не единственная сфера применения этого газа. Водород используется при сварке тугоплавких металлов, в пищевом производстве, а в промышленности при помощи гидрогена восстанавливают некоторые металлы из их оксидов.

Себестоимость добычи одного килограмма – 1-5 долл. США, а 1 м3 H на российском рынке стоит, в среднем, 1300 рублей. И это только с учётом «чистого» гидрогена, без побочных продуктов производства! А ведь, к примеру, стоимость 40 л ацетилена составляет 2,5-4 тыс. рублей.

Как видите, производство водорода – это выгодный бизнес, масштаб реализации которого можно «вписать» в имеющийся у вас бюджет. А что можно сказать о перспективах дела?

В будущем планируется значительное снижение себестоимости гидрогена, а также широкое распространение автомобилей с водородным двигателем, как альтернативы «классическому» топливу.

Вдобавок ко всему, при добыче газа можно использовать солнечную энергию, что ещё больше удешевляет себестоимость гидрогена. Всё это делает производство водорода перспективным и выгодным вложением.

источник

Добавить комментарий

Adblock
detector