Новый процесс производства водорода из метана без выбросов CO2

   Природный газ составляет более 28 процентов от объема потребления энергоносителей. Его основным компонентом является метан. Метан является широко используемым ископаемым топливом, при сжигании которого повышается уровень CO2, и, следовательно, изменения климата.
     Проблема снижения уровня углекислого газа решается многими научными коллективами мира, в частности, исследователи из Института перспективных исследований в области устойчивого развития (IASS) и Технологического института Карлсруэ (KIT) разработали процесс, который извлекает энергетический компонент метана в виде водорода и без выделения диоксида углерода. Классический способ получения водорода — паровая конверсия. Паровая конверсия — получение чистого водорода из лёгких углеводородов (например метана, пропан-бутановой фракции) путём парового риформинга (каталитической конверсии углеводородов в присутствии водяного пара). Реформирование газового пара является самым популярным и самым дешевым способом производства водорода. По сравнению с, например, электролизом воды, количество водорода, полученного на единицу потребляемой энергии, намного выше.
Химизм процесса выглядит таким образом:

2 R-SH + H2 = 2 H2S + 2 R-H — реакция гидроочистки сырья

СхНу + x H2O = х СО + (х + 0,5y) H2 — реакция парового риформинга

CH4 + H2O = CO + 3 H2 — реакция парового риформинга

СО + H2O = CO2 + H2 — реакция конверсии СО.

     Продуктовый водород поступает на блок очистки короткоцикловой адсорбции, где на специальных угольных фильтрах происходит его очистка до 99,9 % об.
     Необходимо отметить, что вследствие высоких температур процесса, на установке предусмотрена выработка водяного пара, который является также и сырьём процесса.
     Реформирование парового природного газа обычно происходит в два этапа. Первый этап называется первым риформингом и осуществляется в трубах, заполненных никелевым катализатором, нанесенным на алюминиевую подложку. Тепло, необходимое для процесса, подается через стенки труб, нагретых снаружи путем сжигания другой части природного газа.
     В процессе, называемом «крекинг метана», молекулярные компоненты метана — водород и углерод — разделяются при температуре свыше 750 ° C (1,382 ° F), без вредных выбросов.
     Концепция крекинга метана разрабатывалась в течение нескольких десятилетий, но изучение было ограничено низкой степенью конверсии (процесс переработки газов с целью изменения состава исходной газовой смеси) и загрязнением углеродом.
     Немецкие исследователи изменили процесс, используя реактор нового дизайна на основе технологии жидких металлов, имеющий высоту 1,2 метра (4 фута), созданный из кварца и нержавеющей стали. Мелкие пузырьки метана вводятся в столбы с расплавленным оловом. По мере того, как они поднимаются к поверхности, углерод отделяется и оседает в виде порошка в верхней части реактора:

Засорение не допускается за счет легко отделяемого микро-гранулированного углеродного порошка, в то время как дизайн реактора делает его устойчивым к коррозии.
По мнению профессора Томаса Ветцеля (Thomas Wetzel) из KIT, реактор производит водород с эффективностью преобразования 78 процентов при температуре 1200 ° C (2192 ° F), и может непрерывно работать в течение двух недель. Это тот последний аспект указывает на возможность собрать реактор промышленных масштабов, который будет получать энергию от полученного водорода. «Мы ожидаем, что исследования и разработки займут около трех лет, что сможет привести к модульному реактору промышленного образца, который сможет масштабироваться путем простого умножения», сказал исследователь Стефан Стукрад (Stefan Stueckrad).
Стукрад добавил, что энергетическая эффективность процесса «была оценена немного выше, чем обычный паровой реформинг природного газа и на около 20 процентов выше, чем газификация угля» — учитывая, что оба процесса используют улавливание и хранение углерода.
Исследование команды показало, что крекинг метана сопоставим с электролизом воды, в отношении выбросов CO2 на единицу водорода, и более чем на 50 процентов чище, чем технологии реакции конверсии метана водяным паром. Предварительные расчеты показывают, что разработанная технология может достичь затрат от €1,9 до €3,3 (US $ 2 до $ 3,50) за килограмм водорода (в текущих немецких ценах на природный газ).

Facepla.net по материалам: kit.edu

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *