Серьезный

Сохранить для чтения. Опубликовано Каллумом О'Рейли, старшим редактором Hydrocarbon Engineering, понедельник, 16 августа 2021 г. 11:50

По данным Министерства энергетики США (DOE), на долю риформинга природного газа или паровой конверсии метана (SMR) в настоящее время приходится 95% водорода, производимого в США; возможно, это один из, если не самый, экономически эффективный и энергоэффективный метод производства водорода.

Рисунок 1. Обзор типичного процесса SMR.

На рисунке 1 представлен обзор типичного процесса SMR. SMR считается зрелым производственным процессом, при котором источник метана (т. е. природный газ, биогаз, синтез-газ и т. д.) вступает в эндотермическую реакцию с высокотемпературным паром в присутствии катализатора с образованием водорода, монооксида углерода и диоксида углерода:

CH4 + H2O (+ тепло) → CO + 3H2

Впоследствии окись углерода и водяной пар вступают в реакцию в присутствии катализатора с образованием дополнительного водорода и диоксида углерода в рамках реакции «конверсия вода-газ»:

CO + H2O → CO2 + H2 (+ тепло)

Наконец, газообразный водород очищается с помощью адсорбции при переменном давлении (PSA), которая удаляет углекислый газ и другие примеси. Часто после водородного завода располагается завод по производству аммиака, в котором водород реагирует с азотом с получением аммиака.

Сочетание высоких температур и давлений приводит к созданию суровых условий эксплуатации, что создает серьезные проблемы с требованиями к изоляции жидкости. В риформере и парогенераторе температура и давление могут достигать или превышать 1500°F и 1500 фунтов на квадратный дюйм соответственно. Эти повышенные температуры и давления преобладают в различных модулях и приложениях процесса SMR, включая риформинг, питательную воду котлов, линии подачи газа, уздечки паровых барабанов, системы продувки и продувки.

За пределами острова SMR и на участке производства аммиака эти проблемы с температурой и давлением также сохраняются во всех сферах применения азота – например, давление в клапанах подачи азота к компрессорам и факельным коллекторам может достигать или превышать 4000 фунтов на квадратный дюйм при температуре 400°F.

По мере того, как мир продвигает инициативы в области возобновляемых источников энергии, водород набирает все большую популярность в качестве «стратегической опоры» энергетического перехода, поскольку он является экологически чистой молекулой и потенциальной заменой ископаемого топлива. В сочетании с технологиями улавливания и секвестрации углерода (CCS) процесс SMR позволяет преобразовать обычное производство водорода, называемое «серым водородом», в производство низкоуглеродистого водорода, также известного как «голубой водород». Чтобы синий водород стал экономически жизнеспособным в качестве первичного источника энергии, необходимо снизить затраты по всей цепочке создания стоимости водорода, включая производство, хранение, распространение и т. д., чтобы достичь целевых показателей затрат Министерства энергетики для будущих автомобилей и других применений. Что касается производства водорода, процесс SMR остается наиболее экономически эффективным методом по сравнению с другими, такими как электролиз. Хотя процесс SMR считается зрелой технологией, существуют возможности как коммерческой, так и экологической оптимизации, которые реализуются за счет устойчивого повышения температуры и давления в определенных областях процесса. Например, Совет по водороду и McKinsey & Co. утверждают, что: «Проведение ATR [автотермического риформинга] при более высоких температурах может также увеличить скорость конверсии метана в водород, что приведет к снижению содержания метана в получаемом газе, что еще больше сократит выбросы. «1 В результате новые установки проектируются так, чтобы работать при гораздо более высоких температурах и давлениях в конкретных приложениях и модулях по сравнению с существующими установками. Более того, эффективность настоящей замкнутой системы без утечек в атмосферу становится критически важной как с коммерческой, так и с экологической точки зрения. Таким образом, надежная изоляция с принудительной отсечкой становится не только гораздо более сложной задачей для клапанов в этих приложениях, но и жизненно важной для всего производственного процесса.