Технология производства водорода из углеводородов для «топливных элементов»
ВВЕДЕНИЕ
Водород является ценным элементом, который используется во многих отраслях жизни. В нефте- и газопереработке водород играет огромную роль, так как он важный химический реагент в таких процессах, как гидроочистка, риформинг, гидрокрекинг, гидроизомеризация. Кроме того, он может использоваться в качестве альтернативного топлива для автотранспорта и других видов двигателей.
Наибольший интерес водород вызывает в качестве альтернативного источника энергии. Стремление развития водородной энергетики возникло из-за стремления к снижению потребления невозобновляемых источников энергии. Так как водород наиболее распространенный элемент, который к тому же обладает высокой теплотой сгорания (около 120 МДж/кг) и неограниченными ресурсами, идея использование водорода в качестве источника энергии имеет мощный потенциал [1].
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ5
1 Теоретическая часть7
1.1Методы производства водорода7
1.1.1Электролиз8
1.1.2 Паровая конверсия углеводородов10
1.1.3 Углекислотная конверсия11
1.1.4 Парциальное окисление углеводородов12
1.1.5 Автотермическая конверсия углеводородов13
1.1.6 Пиролиз (термический крекинг) углеводородов14
1.1.7 Газификация угля14
1.1.8 Плазмохимический метод производства водорода16
1.2 Короткоцикловая адсорбция КЦА для производства водорода17
1.3 Установка производства технического водорода реализованная на МНПЗ20
1.4 Водородные топливные элементы24
1.4.1 Предъявляемые требования к водороду для топливных элементов27
1.4Метанирование оксидов углерода СО (II)29
2. Технологическая часть30
2.1 Технологический расчет30
2.2 Расчёт материальных балансов30
2.3 Степень выделения водорода на КЦА35
2.2 Данные о составе газа после установки производства водорода на МНПЗ37
2.2.1 Статистическая обработка полученных данных40
2.3 Вариант снижения концентрации окиси углерода в получаемом газе44
3 Экономический расчет46
3.2 Расчет себестоимости процесса получения водорода электролизом воды46
3.2 Расчет себестоимости процесса получения водорода паровой конверсией природного газа48
3 Основные выводы51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ52
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ54
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Борзенко, В. И. Водородная энергетика - состояние и перспективы / В. И. Борзенко // Окружающая среда и энерговедение. – 2020. – № 3(7). – С. 13-22. – DOI 10.5281/zenodo.4139240.
Методы получения водорода в промышленном масштабе. Сравнительный анализ / Д. Р. Шафиев, А. Н. Трапезников, А. А. Хохонов [и др.] // Успехи в химии и химической технологии. – 2020. – Т. 34, № 12(235). – С. 53-57. – EDN KTZOMS.
Cосна М.Х., Крючков М.В., Масленникова М.В., Пустовалов М.В. «Зеленый» и/или «голубой» водород // НефтеГазоХимия. 2020. № 3-4. – С. 21-23. – D0I:10.24412/2310-8266-2020-3-4-21-23.
Скуратник, Я. Б. Электролиз и водородная энергетика на транспорте / Я. Б. Скуратник, А. К. Покровский // Вестник транспорта. – 2003. – № 8. – С. 32-34.
Суфиянов, Р. Ш. Получение водорода электролизом / Р. Ш. Суфиянов // Тенденции развития науки и образования. – 2021. – № 71-2. – С. 64-68. – DOI 10.18411/lj-03-2021-53. – EDN GIAWUK.
Дустов, А. Ю. Технология производства водорода из природного газа / А. Ю. Дустов, Н. Н. Султонов // Международный академический вестник. – 2020. – № 3(47). – С. 93-95.
Кислов, В.Р. Углекислотная конверсия метана с использованием мембранных катализаторов на основе двойных карбидов: дис.кан.хим.наук:05.17.07. – РХТУ им. Д.И. Менделеева, Москва, 2017. – 135 с.
Мурзин, П.А., Масленников Г.Е. Сравнительный анализ парового и автотермического риформинга природного газа для производства водорода//Уральский федеральный университет. – 2022. – С. 111-114.
Блинков, С. С. Газификация угля / С. С. Блинков, И. Ю. Жукова // Новая наука: Стратегии и векторы развития. – 2016. – № 5-3(82). – С. 240-242. – EDN VXNGKV.
Животов, В.К. Плазменные методы производства водорода// ФГУ РНЦ «Курчатовский институт». – 2010. – С. 110-115.
Латышенко, К. П. Плазмохимическая технология - основа производства водорода из полимерных отходов / К. П. Латышенко, С. А. Гарелина // Известия МГТУ МАМИ. – 2013. – Т. 2. – № 3(17). – С. 63-69. – EDN
- компримирование (дожатие) технического водорода;
- подготовка питательной воды;
- получение и перегрев водяного пара для процесса получения водорода;
- утилизация тепла дымовых и конвертированного газов.
В качестве сырья может использоваться природный газ и водородсодержащий газ со сдувок завода. Предварительно сырье сжимается компрессорами до необходимого давления и направляется в блок очистки от сернистых соединений.
Для очистки от сернистых соединений используется гидрирование, а затем поглощение выделенного сероводорода. Для более эффективной очистки возможно применение предварительной обработки сырья раствором моноэтаноламина (МЭА). На этапе гидрирования органических сернистых соединений, содержащихся в сырье, происходят следующие реакции:
RSH + H2 → RH + H2S (25)
CS2 + 4 H2 → CH4 + 2 H2S (26)
COS + 5 H2 → CH4 + 2 H2S + H2O (27)