Установки производства водорода из 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. 
Отличительные особенности оборудования Caloric:
- Высокая надёжность и длительный срок службы. У некоторых Заказчиков установки "Caloric" 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 "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:

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. 

Схема SMR-установки
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.
Подача природного 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.
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, 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.
Система водоснабжения бойлера
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.
Рекуперация тепла
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.
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 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, используется следующим образом:
Перегрев питающего и технологического пара в пароперегревателе до 520 °С.
Генерация технологического пара и вспомогательного пара в дымовом газовом котле , процессный пар смешивается с десульфуризированным газом .
Предварительный нагрев воздуха до 350 - 400°С в подогревателе с воздушной горелкой. Газоохладитель интегрирован в котёл дымовых газов.
Корректная температура риформинг-газа на выходе регулируется с помощью внутреннего байпаса, чтобы обеспечить оптимальные условия эксплуатации при любой нагрузке.
Справа изображена 3D модель водородной установки Caloric производительностью 5.000 Нм³/ч.

Тип установки	Производительность, Нм³/ч	Состав оборудования
Малые	500 - 3.000	1 риформер + 4 колонн КЦА
Средние	3.000 - 6.500	1 риформер + 4/5 колонн КЦА
Большие	6.500 - 13.000	2 риформера + 5 колонн КЦА

Ресурс	Расход
Метан	0,38-0,45 Нм³/ч
Деминерализованная вода	0,6 л
Охлаждающая вода	0,07 м³
Электроэнергия	0,033 КВт*ч
Прочее: воздух КИП, азот для пуска и останова	-

Водород из природного газа

Схема SMR-установки

Подача природного газа

Печь риформера

Система водоснабжения бойлера

Рекуперация тепла

Блок короткоцикловой адсорбции (КЦА)

Рекуперация тепла топочных газов

Технические характеристики