Установка получения водорода конверсией природного газа
Поставляем установки производства водорода компании Caloric Anlagenbau GmbH («Калорик»). Установки производят водород из природного газа методом риформинга. Использование таких установок целесообразно, если потребность в водороде превосходит 500 Нм³/ч.
Компания также выпускает оборудование для производства азота, азотно-водородных смесей и биогаза. С 1965 года компания поставила более 500 установок. Компания «ЭкоГазСистем» является официальным партнёром «Caloric» на территории России.
— Высокая надёжность и длительный срок службы. У некоторых Заказчиков установки «Caloric» непрерывно работают уже более 20 лет.
— Модульная конструкция. Водородная установка поставляется в виде готовых блоков на скид-рамах, что существенно удешевляет проектирование и монтаж.
Водородные установки компании «Caloric» 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 6 руб/Нм³.
В этом разделе приводится схема и краткое описание принципа действия установки производства водорода из природного газа.
В основу работы установки положен метод паровой конверсии природного газа (метана), сжиженного нефтяного газа или нафты и последующей очистки полученного водородсодержащего газа.
Поток природного газа поступает на установку с давлением 21 бар и разделяется на два потока: как топливо для горелок реформера, а также смешивается с потоком рециркуляционного водорода.
Далее смешанный поток направляется в подогревательи нагревается до температуры порядка 390°C, после чего поступает в реактор гидрирования / десульфуризации. В верхней части реактора содержится катализатор гидрирования (Co-Mo), где сера и ее соединения гидрируются до H₂S, включая ненасыщенные углеводороды. Температура в реакторе 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.
Замечание по терминологии: в русской языке закрепилось написание «риформер, риформинг» вместо «реформер, реформинг».
Десульфуризированный поток смешивается с технологическим паром из котла дымовых газов, который предварительно подогревается до 520°C в пароперегревателе и поступает на печь парового риформинга. 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 до 350°C за счёт образования насыщенного пара с давлением около 22 бар. Далее проходит через высокотемпературный СО конвертер, где большая часть монооксида углерода вступает в реакцию с избыточным количеством пара, присутствующем в потоке риформинга-газа. Температура выходящего газа составляет ~400°C.
Деминерализованная вода подаётся в дегазатор/деаэратора и нагнетается до 26 бар с помощью насоса системы водоснабжения бойлера. Воду нагревают до 210°С в экономайзере перед подачей в котёл дымовых газов.
В первом теплообменнике тепло конвертированного процессного газа используют для нагрева питающего газового потока и рециркуляционного потока до 390°C.Второй теплообменник используется для экономии тепла, где питающая вода из дегазатора/деаэратора подогревается восстановленным теплом от 100°C до 210°C.
Охлаждение преобразованного процессного газа приблизительно до 35°С происходит в охладителе воды. В ходе процесса охлаждения избыток пара конденсируется. Конденсат может быть переработан и использован повторно.
В блоке КЦА водород отделяется от примесей, таких как H₂O, CO, CO₂, N₂ и непрореагировавшего СН₄. Система состоит из 4 адсорберов с различным типом адсорбента, с помощью которого очищается водород путём процесса сорбции примесей на адсорбенте. Регенерация происходит путём сброса давления и продувки адсорберов.
Источник
Установка получения водорода конверсией природного газа
Инженеры и исследователи Томского политеха разработали демонстрационный образец мобильного генератора водорода — плазмохимической установки для конверсии природного газа в водород и углерод при воздействии плазмы СВЧ-разряда.
Соглашение о сотрудничестве по использованию установки было подписано между ООО «Газпром трансгаз Томск», ООО «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий – Газпром ВНИИГАЗ» и ТПУ на площадке ПАО «Газпром» в рамках XI Петербургского международного газового форума.
Мобильный генератор водорода был создан в ТПУ в рамках договора на выполнение НИОКР по заказу «Газпром трансгаз Томск». Соглашение направлено на взаимодействие между компанией, «Газпром ВНИИГАЗ» и вузом в области передачи и использования демонстрационного образца установки. В Томском политехе работы велись под руководством ведущего инженера лаборатории «Радиационные и плазменные технологии» Инженерной школы ядерных технологий Алексея Жерлицына.
Подписи под соглашением поставили генеральный директор ООО «Газпром трансгаз Томск» Владислав Бородин, заместитель генерального директора по перспективному развитию ООО «Газпром ВНИИГАЗ» Леонтий Эдер и проректор по науке и трансферу технологий ТПУ Леонид Сухих.
«Одна из стратегических ставок Томского политехнического университета в рамках программы «Приоритет 2030» посвящена энергии будущего. И один из важнейших проектов, который мы выполняем по заказу нашего индустриального партнера, — это создание опытного образца плазмохимической установки для конверсии природного газа в водород и углерод при воздействии плазмы СВЧ-разряда. Для этого используется метод плазмохимической конверсии при атмосферном давлении газа. При этом процесс происходит в закрытом реакторе проточного типа в сверхвысокочастотном поле без вредных выбросов в атмосферу. Процесс проходит в неравновесной низкотемпературной плазме, возникающей в реакционной зоне реактора за счет СВЧ-разряда. Особенностью технологии является то, что природный газ одновременно является и плазмообразующим газом. Поэтому СВЧ-разряд в процессе реакции поддерживается самостоятельно — без дополнительных газов и инициаторов разряда», — комментирует проректор по науке и трансферу технологий ТПУ Леонид Сухих.
В результате использования установки можно будет получить водород и мелкодисперсный углерод. Углерод может быть применен, например, в электротехнической и химической отраслях промышленности, энергетике и металлургии. В настоящее время получение водорода и метано-водородных смесей (МВС) из природного газа — перспективное направление, позволяющее повысить эффективность использования природного газа. При этом для получения водорода используются каталитический (паровая конверсия, пиролиз и другие) и плазмохимический методы. Одной из наиболее распространенных технологий получения водорода сейчас является паровая конверсия метана. Однако применение подобного метода для природного газа является экономически эффективным только для крупномасштабного производства. Кроме того, подобное производство экологически небезопасно, так как паровая конверсия газа сопровождается вредными выбросами в атмосферу (в основном двуокиси углерода).
«Переход на водородные технологии — это настоящий вызов для мировой энергетики. Поэтому создание установки, которая позволяет получить водород из природного газа без выброса парниковых газов, имеет ценное практическое значение. Разработка обладает широким потенциалом применения на объектах газотранспортной системы, а также на местах потребления метано-водородного топлива, водорода и генерации электричества на возобновляемых источниках энергии», — отмечает гендиректор «Газпром трансгаз Томск» Владислав Бородин.
Установка, разработанная в ТПУ, использует плазмохимический метод получения водорода из природного газа и не имеет аналогов. При этом плазмохимический метод представляется перспективным при малотоннажном производстве водорода в районах со слаборазвитой инфраструктурой, с критической экологической обстановкой. Мобильный генератор до конца года будет передан ООО «Газпром ВНИИГАЗ» для опытной эксплуатации и дальнейшего масштабирования. Сейчас макет установки представлен в экспозиции «Газпром трансгаз Томск» и администрации Томской области на международном газовом форуме.
Источник