Войти
Паровой риформинг или паровой риформинг метана - это метод производства синтез-газа (водород и оксид углерода ) реакцией углеводородов с водой. Обычно природный газ является сырьем. Основное назначение данной технологии - производство водорода. Реакция представлена этим равновесием:
Реакция сильно эндотермическая (расходуется тепло, ΔH r = 206 кДж / моль).
Паровой риформинг природного газа производит большую часть водорода в мире. Водород используется в промышленном синтезе аммиака и других химикатов.
Реакция проводится в реакторе риформинга, где смесь пара под высоким давлением и метана вводится в контакт с никелевым катализатором . Катализаторы с высоким отношением площади поверхности к объему являются предпочтительными из-за ограничений диффузии из-за высокой рабочей температуры. Примерами используемых форм катализатора 2 являются колеса со спицами, шестерни и кольца с отверстиями. Кроме того, эти формы имеют низкий перепад давления, что является преимуществом для этого применения.
Посредством реакции конверсии водяного газа можно получить дополнительный водород путем обработки монооксид углерода, образующийся при паровом риформинге с водой:
Эта реакция является умеренно экзотермической (дает тепло, ΔH r = -41 кДж / моль).
Соединенные Штаты производят 9-10 миллионов тонн водорода в год, в основном за счет парового риформинга природного газа. Мировое производство аммиака с использованием водорода, полученного в результате парового риформинга, составило 144 миллиона тонн в 2014 году. Потребление энергии было снижено со 100 ГДж / т аммиака в 1920 году до 27 ГДж к 2019 году.
Паровой риформинг. КПД природного газа составляет 65–75%.
Производство H 2 и CO из углеводородных газов (например, природного газа) осуществляется двумя хорошо известными установками первичного и вторичного риформинга.. Паровой риформинг метана (SMR) и автотермический риформинг (ATR) являются двумя промышленными примерами первичного и вторичного риформинга соответственно. С другой стороны, в процессе комбинированного риформинга используются как первичные, так и вторичные инструменты для производства синтез-газа, как это обычно практикуется при производстве аммиака. В случае метанола в АТР подают почти чистый кислород (99,5%), а не воздух, поскольку присутствие избыточного N <18 2 в синтез-газе приведет к чрезмерному сжатию и замедлению образования метанола. Установка риформинга ATR состоит из камеры частичного окисления (POX) (обычно некаталитической среды) и каталитической секции с неподвижным слоем. Каталитический неподвижный слой не только регулирует соотношение H 18 2 65 / CO, но также уничтожает любую возможную сажу и предшественник (например, этилен и ацетилен), которые могут образоваться в камере POX. Природный газ (ПГ) частично окисляется в камере сгорания кислородом или воздухом (в качестве окислителя). Отношение пара к углероду (S / C), которое обычно составляет 0,6 в случае использования кислорода, было коммерциализировано компанией Haldor-Topose.
Автотермический риформинг (ATR) использует кислород и диоксид углерода или водяной пар в реакции с метаном с образованием синтетического газа. Реакция протекает в одной камере, где метан частично окисляется. Реакция экзотермична из-за окисления. Когда в ATR используется диоксид углерода, полученное соотношение H 2 : CO составляет 1: 1; когда в ATR используется пар, соотношение H 2 : CO составляет 2,5: 1
. Реакции могут быть описаны следующими уравнениями с использованием CO 2:
И с использованием пара:
Температура синтез-газа на выходе составляет 950- 1100 ° C, а давление на выходе может достигать 100 бар.
Основное различие между SMR и ATR состоит в том, что SMR использует только воздух для сгорания в качестве источника тепла для создания пара, а ATR использует очищенный кислород. Преимущество ATR состоит в том, что H 18 2 65: CO можно варьировать, что может быть полезно для производства специальных продуктов. Например, для производства диметилового эфира требуется соотношение H 2 : CO 1: 1.
Частичное окисление (POX) происходит, когда субстехиометрическая топливно-воздушная смесь частично сгорает в установке риформинга с образованием синтез-газа, обогащенного водородом. POX обычно намного быстрее парового риформинга и требует меньшего размера реактора. POX производит меньше водорода на единицу входящего топлива, чем паровой риформинг того же топлива.
Капитальные затраты на установки парового риформинга считаются непомерно высокими для малых и средних предприятий Приложения. Затраты на эти сложные объекты не уменьшаются. Обычные установки парового риформинга работают при давлении от 200 до 600 фунтов на квадратный дюйм (14-40 бар) с температурами на выходе от 815 до 925 ° C.
Факельный газ и выбрасываемые летучие органические соединения являются известными проблемами в морской отрасли и в наземной нефтегазовой промышленности, поскольку оба выделяют парниковые газы в атмосфера. При реформинге двигателей внутреннего сгорания используется технология парового риформинга для преобразования отработанных газов в источник энергии.
Риформинг для двигателей внутреннего сгорания основан на паровом риформинге, в котором неметановые углеводороды (NMHC ) с низким содержанием качественные газы преобразуются в синтез-газ (H2+ CO) и, наконец, в метан (CH 4), диоксид углерода (CO 2) и водород (H2) - тем самым улучшая качество топливного газа (метановое число).
Также есть интерес к разработке многих блоки меньшего размера, основанные на аналогичной технологии для производства водорода в качестве сырья для топливных элементов. Маломасштабные установки парового риформинга для снабжения топливных элементов в настоящее время являются предметом исследований и разработок, обычно связанных с риформингом метанола, но рассматриваются и другие виды топлива, такие как пропан, бензин, автогаз, дизельное топливо и этанол.
Риформер-топливо- Система ячеек все еще исследуется, но в ближайшем будущем системы будут продолжать работать на существующих видах топлива, таких как природный газ, бензин или дизельное топливо. Однако ведутся активные дебаты о том, выгодно ли использование этого топлива для производства водорода, в то время как глобальное потепление является проблемой. Реформирование ископаемого топлива не устраняет выбросы диоксида углерода в атмосферу, но снижает выбросы диоксида углерода и почти исключает выбросы монооксида углерода по сравнению со сжиганием традиционных видов топлива за счет повышения эффективности и характеристик топливных элементов. Однако, превращая выброс диоксида углерода в точечный источник, а не в распределенный выброс, улавливание и хранение углерода становится возможным, что предотвратит выброс диоксида углерода в атмосферу, в то время как добавление к стоимости процесса.
Стоимость производства водорода путем реформинга ископаемого топлива зависит от масштаба, в котором это делается, капитальных затрат на установку реформинга и эффективности установки, так что, хотя это может стоить всего несколько долларов за килограмм водорода в промышленных масштабах, он мог бы быть более дорогим в меньшем масштабе, необходимом для топливных элементов.
Однако есть несколько проблем, связанных с этой технологией:
