Всего за 990 руб. Купить полную версию
Очистка продуктового водорода производится в блоке короткоцикловой адсорбции (КЦА).
В парокислородной конверсии вместе с горячим паром в активную зону реактора подаётся кислород. Реакции процесса аналогичные, однако, дополнительно происходит окисление метана кислородом:
CH4+O2 2CO+3H2.
Реагирование веществ в парокислородной конверсии метана даёт общий результирующий тепловой эффект, равный нулю. Это делает установку дороже на 510 %.
Главное преимущество парокислородной конверсии по сравнению с ПКМ передача теплоты напрямую, а не через стенку теплообменника. Сравнение характеристик ПКМ и парокислородной конверсии представлено в таблице 2.1.
Таблица 2.1. Сравнение характеристик ПКМ и парокислородной конверсии
В настоящий момент уже разработан высокоэффективный проточный мембранный аппарат для одновременного риформинга метана и окисления СО на никелевых и палладиевых катализаторах. Чистота водорода достигает 99,999 %, тогда как при конверсии природного газа всего 76,2 %.
Наиболее критическими параметрами в этом способе производства водорода являются выбор оптимальной температуры процесса и выбор материала катализатора, т. е. его состава, а также стабильность работы такого катализатора. Для этих целей используются следующие типы катализаторов.
1.Разложение метана в присутствии массивного металлического катализатора (Fe, Co, Ni) при Т = 650720°С.
2. Разложение углеводородных газов на поверхности железосодержащего катализатора при Т = 850900°С под давлением 135 атм.
3.Разложение метана или других углеводородов на поверхности брикетированной сажи с никелем или сажи с железом при температурах ниже точки разложения этих соединений.
4.Разложение метана на поверхности катализаторов Ni/Al2O3 или Ni/Mg при Т =500550°С.
5.Разложение метана на поверхности катализаторов Ni-Cu/Al2O3 или Ni-Cu/Mg при Т = 560650°С.
Схема процесса конверсии метана следующая, рис.2.4.
.
Рис.2.4. Схема процесса конверсии метана
Процесс конверсии метана состоит из следующих стадий.
1. Природный газ с содержанием CH497% поступает в сатуратор (1), где нагревается до 80°C и насыщается водяным паром, затем поступает в теплообменник (2).
2. В теплообменнике (2) газ нагревается до 500°C отходящими конверторными газами, смешивается с кислородом или воздухом и подаётся в конвертор (3).
3. В конверторе (3) сначала идут экзотермические реакции:
CH4+ ½O2CO + 2H2+ Q
CH4+ 2O2CO2+ 2H2O + Q
и температура повышается до 1000°C. Затем протекают эндотермические реакции:
CH4+ H2OCO + 3H2 Q
CH4+ CO22CO + 2H2 Q
Конвертированный газ содержит H25154%, N2(если подавали воздух) 20%, CO 20%, CO27%, CH40,5%.
4. Затем газ увлажняется в увлажнителе (4), охлаждается до 400500°C в теплообменнике (2) и поступает в конвертор CO (5).
5. В конверторе CO (5) газ проходит ряд тарелок с катализатором, охлаждаясь между ними конденсатом.
6. Далее проходит через теплообменник (6).
7. И в промывной башне (7) очищается от твёрдой части и от CO, CO2, O2 методом последовательной конденсации
В итоге получается либо чистый водород в случае использования для конверсии метана чистого кислорода, либо азото-водородная смесь, если используют в качестве окислителя воздух.
Технология получения водорода обычно включает очистку сырья от серосодержащих соединений, каталитическую конверсию углеводорода (УВ) с водяным паром и 4-хстадийную очистку конвертированного газа от оксидов углерода. Такую схему можно назвать классической, рис.2.5.
Рис.2.5. Блок-схема производства водорода и азотоводородной смеси конверсией легких углеводородов
Конкретным сырьем могут служить любые УВ газы (природные, попутные), нафта и т.п. Для получения 1 т водорода требуется 56,6 тыс. м3 природного газа.
Обессеривание сырья удаление газообразных сернистых соединений, поскольку они являются сильными каталитическими ядами. Это стадия подготовки сырья для производства водорода и АВ смеси.
2.1.1. Пиролиз метана
Пиролиз метана это умеренно эндотермический процесс разложения природного газа (органического сырья). Пиролиз метана является альтернативным подходом к получению водорода из природного газа без образования CO2 в ходе реакции: CH4 C + 2H2
Пиролиз это процесс разложения метана на водород и чистый углерод, но только не в виде газа, а в твёрдом состоянии. Соответственно, углекислый газ не выбрасывается в атмосферу, а складируется в твёрдом состоянии. Данный метод не требует улавливания и подземного хранения, поэтому может применяться в качестве промышленного материала для производства углеродных материалов.