Водородные установки
Фото: установка производства водорода из природного газа

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.

Реакция получения водорода из природного газа

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)

 

Схема установки производства водорода из природного газа
(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 ~400°C.

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.

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.

 

3D модель водородной установки

Справа изображена 3D-модель установки паровой конверсии метана. Производительность по водороду - 2400 Нм³/ч. Оборудование (кроме печи риформинга) размещается в помещении. Такое решение используется в странах с холодным климатом и позволяет удешевить установку, а также продлить срок службы оборудования.

Модель разработана в рамках реализации одного из проектов компании "Mahler AGS" в России.

3D модель установки паровой конверсии метана

(нажмите для увеличения)

Водород - прочие методы получения

Компания "Mahler AGS" предлагает также другие технологии получения водорода.  Установка HYDROFORM-M производит водород из метанола. Этот способ может быть использован при отсутствии достаточных объемов природного газа на предприятии Заказчика. Принцип действия аналогичен SMR-процессу.

Установка HYDROSWING позволяет извлекать чистый водород из различных водородсодержащих газов. Такой газ возникает как промежуточный или отбросной продукт на предприятиях химической промышленности. Принцип действия установки - короткоцикловая адсорбция (КЦА). 

На стекольных заводах или в металлургии в технологическом процессе требуется азотно-водородная смесь.  Установки HN/HNX позволяют производить такую смесь из природного газа с очень низкой себестоимостью.  

Параметр/модель HYDROFORM-C HYDROFORM-M HYDROSWING HN/HNX
Исходное сырье  природный газ, СУГ, нафта  метанол водородсодержащие газы природный газ
Производительность, Нм³/ч  200 - 10.000 200 - 5.000 100 - 20.000 350 - 1.200
Давление, бар  10 - 30  10 - 30 6 - 40 1,1
Чистота водорода, %  до 99,999%  до 99,999% до 99,999% 1-12%
Уд. расход сырья 0,43 Нм³ 0,63 кг  - -