Сборник тезисов докладов
ПОЛУЧЕНИЕ ВОДОРОДА В ПРОЦЕССАХ КОНВЕРСИИ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ
жүктеу/скачать 6,55 Mb. Pdf көрінісі
|
proceedings 2020
| ПОЛУЧЕНИЕ ВОДОРОДА В ПРОЦЕССАХ КОНВЕРСИИ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ
И.В. Седов, Л.П. Диденко, А.Ю. Зайченко, А.В. Никитин Институт проблем химической физики РАН E-mail: isedov@icp.ac.ru
Водород в последние десятилетия рассматривается в качестве универсального экологически чистого энергоносителя для высокоэффективных (в том числе мобильных) энергетических систем. Основой современных крупнотоннажных технологий получения Н 2 является переработка природного газа/метана в синтез-газ, промышленные способы
которой характеризуются низкой энергоэффективностью и высокой капиталоемкостью. Альтернативой традиционным способам получения Н 2 могут быть процессы некаталитического газофазного окисления углеводородов, проводимые, в том числе, в сверхадиабатических режимах, которые основаны на частичной рекуперации тепла продуктов сгорания, что позволяет повысить температуру реагентов, не прибегая к дополнительным внешним источникам тепла. Матричная конверсия углеводородных газов основана на процессе беспламенного приповерхностного горения вблизи матрицы, которая в ходе процесса разогревается до 800 – 900 0 С и становится интенсивным источником теплового излучения, что обеспечивает частичную рекуперацию тепла продуктов окислительной конверсии. Основные преимущества матричной конверсии: метод технологически прост, не требует применения внешних источников тепла и катализаторов. Для осуществления фильтрационного горения также применяют реакторы различной конструкции, например, реактор с раздельным вводом реагентов в противоточном реакторе фильтрационного горения с подвижным слоем инертного теплоносителя. Отличительная особенность таких реакторов – наличие теплообменного устройства, которое позволяет более эффективно использовать тепло инертного теплоносителя за счет предварительного подогрева воздуха, а также наличие разнообразных вариантов ввода окислителя в систему. На примере модельного углеводородного топлива (веретенное масло) изучены закономерности конверсии в реакторе с раздельным вводом реагентов в зависимости от отношения окислитель/топливо (α). Максимальная калорийность синтез-газа и химический КПД процесса наблюдались при значении α=0.4 и составляли 7 МДж/м 3 и 94%. Однако, с целью использования получаемого синтез газа в химической промышленности целесообразно увеличивать значения α до 0.5-0.6. В этом диапазоне происходит увеличение содержания СО и Н 2 , и снижение концентрации углеводородов при еще достаточно высоком КПД процесса 70-80%. Процесс матричной конверсии углеводородных газов может быть совмещен с последующей паровой конверсией образующихся продуктов. Показана возможность возврата, получаемого СО 2 на стадию матричной конверсии для получения дополнительного количества водорода и СО. Небольшие добавки СО 2 снижают конверсию метана, однако при соотношениях СО 2 /СН
4 больше единицы конверсия метана растет за счет увеличения вклада его углекислотной конверсии. Добавки СО увеличивают скорость паровой конверсии, что приводит, в области низких температур и небольших концентраций CO, к росту выхода водорода. Подача водяного пара в камеру смешения позволяет стабилизировать температурный режим работы матричного конвертора и снизить концентрацию получаемого ацетилена, который является каталитическим ядом для последующих каталитических процессов. Успешно проведены испытания установки, совмещенной матричной и паровой конверсии природного газа в водород и показана принципиальная возможность увеличения содержания водорода при комбинации процессов и снижение концентрации ацетилена, образующегося в матричном блоке, за счет его каталитической паровой конверсии. Показана возможность получения синтез-газа с содержанием водорода более 70 %об, что близко к соответствующим показателям традиционной паровой конверсии (75 – 80%об) при существенном снижении энергоемкости процесса (расход топливного газа в случае паровой конверсии – 4 м 3 /кг водорода, в предлагаемом процессе – 0.5 м 3 /кг водорода) и капитальных затрат. Также в ИПХФ РАН разрабатывается способ каталитической паровой конверсия метана и его смесей с пропаном в мембранном реакторе с промышленным никелевым катализатором марки НИАП-03-01 и мембраной в виде фольги толщиной 30 мкм из Pd-Ru сплава. Такой подход позволяет проводить конверсию в более мягких условиях: при Т=823К происходит полная конверсия метана, селективность образования СО 2
2 . Исследование паровой конверсии метан-пропановой смеси в течение 50 часов при 823К показало, что каталитическая система не дезактивируется, а мембрана сохраняет водородопроницаемость и бездефектность. Мембранная технология не требует дополнительных стадий конверсии СО и очистки получаемого Н 2 , используемых в традиционном процессе, что позволяет понизить капиталоемкость и увеличить энергоэффективность процесса. Представленные варианты конверсии углеводородных газов открывают конкурентоспособные перспективы для повышения эффективности процессов получения водорода. |