химический каталог




Введение в водородную энергетику

Автор Э.Э.Шпильрайн, С.П.Малышенко, Г.Г.Кулешов

осферу двуокисью-углерода и водяными парами.

По материалам VIII Мирового нефтяного конгресса удельные капитальные затраты на установку для получения очищенного водорода методом паровой конверсии метана колеблются от 107 до 172 руб-ч-м-3 Н2 для производительностей соответственно от 92"IО3 до 23-103 м3 Н2-ч,л. Для неочищенного водорода удельные капитальные затраты составляют от 87 до 142 руб-ч-м-3 Н2. Следовательно, для установки " производительностью 100 тыс. м3 Н2-ч-1 капитальная составляющая в расчетных затратах составит (при 7500 ч работы в год, нормативном коэффициенте 12 % и годовых отчислениях на реновацию 3 %) 0,2 коп. м-3 Н2, или в пересчете на условное топливо 5,42 руб-т-1! К этому следует добавить стоимость метана, идущего на конверсию с учетом приведенного выше КПД процесса. Итак, расчетные затраты на производство водорода методом паровой конверсии составляют

3=5,42+1,67 С,

где С — стоимость, руб-т-1 (в пересчете на условное топливо) природного газа (метана) на месте производства водорода. Для европейской части СССР С=42-н4'5 руб-т-1, а расчетные затраты на производство очищенного водорода (в пересчете на условное топливо)—от 75,6 до 80,6 руб-т-'.

Ларокислородная конверсия

Основными реакциями этого процесса 'являются

2СН4+02^2С0+ЗН2 (1.4)

н уже упомянутые

СН4+Н2О^СО+ЗН2 с последующей конверсией СО по реакции

СО+ н2о=^со2+н2.

Состав реагирующих газов подбирается таким, чтобы реакции (1.1) и (1.4) в совокупности давали нулевой тепловой эффект. Существенное преимущество парокислородной конверсии по сравнению с паровой состоит как раз в том, что стенки реактора, в котором протекают реакции (1.1) и (1.4), могут быть холодными— через инх не 3-12 33

, нужно осуществлять передачу теплоты. Это в свою очередь позволяет несмотря на более высокие температуры процесса (1?23—1173 К) вести его при повышенном давлении — до 4 МПа.

Несколько усложняет и удорожает процесс парокислородной Конверсии необходимость в кислороде, получение которого связано с существенными затратами электроэнергии. С учетом затрат теплоты на очистку водорода КПД процесса парокислородной конверсии составляет 67—70 о/0.

По данным VIII Мирового нефтяного конгресса капитальные вложения в установку парокислородной конверсии на 5—10 % 'выше, чем в установку паровой конверсии той же производительности. Такое ' сравнительно небольшое удорожание определяется тем, что увеличение стоимости за счет кислородной установки частично компенсируется применением более дешевого реактора шахтного типа вместо дорогого трубчатого реактора, применяемого в предыдущем случае.

Расчетные затраты на производство высокоочищенного водорода методом парокислородной конверсии могут быть определены следующим образом, Вклад капитальной составляющей при нормативном коэффициенте 12 % и годовых отчислениях 3 °/о для установки производительностью 100 тыс-м3-ч-1 составит 0,191 коп-м-3, или в пересчете

- на условное топливо 5,2руб-т~'. Эксплуатационные расходы включают в себя стоимость метана, затрачиваемого на конверсию с учетом приведенного выше КПД, и стоимость производства кислорода, которую

. можно оценить по количеству затрачиваемой электроэнергии. Если принять затраты электроэнергии 0,37 кВт-ч-м-3 02, стоимость электроэнергии 1 коп-(кВт-ч)-1 и затраты кислорода 0,6 м3 на 1 м3 метана, или 0,17 м3 02 иа 1 м3 Н2 (из расчета 3,5 м3 Н2 на 1 м3.СН,|), то вклад стоимости кислорода составит 0,063 коп-м-3 Н2, или в пересчете на условное топливо 1,72 руб-т-1, тогда расчетные затраты оказываются равными . ^

3=6,9+1,47 С,

что с учетом приведенной выше стоимости природного газа дает около 73 руб-т-1—экономический показатель, практически не отличающийся от такового для паровой конверсии. Поэтому выбор одного нз этих методов определяется главным образом необходимой чистотой конеч--ного продукта — водорода.

Производство в^йорода в процессах нефтепереработки

В,настоящее время на предприятиях нефтехимии и нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) в качестве сырья для производства водорода используют природный газ, а в случае удаленности НПЗ от газовых месторождений или газопроводов широко используют также нефтезаводские газы и нефтяные остатки -или любые фракции нефтепродуктов, "

34 .

Основным методом производства водорода на НПЗ является паровая каталитическая конверсия углеводородов. Этот метод хорошо освоен и экономически наиболее эффективен. Находит применение и метод парокислородной газификации нефтяных остатков. Особенно значительны ресурсы водорода, получаемого при каталитическом риформинге бензина, за счет него в основном и покрываются нужды отечественных НПЗ в водороде. Таблица 1.15. Объемный состав газов НПЗ, %

Компонент

Процесс

Прямая перегонка нефти Каталитический риформииг бензина Гидроочистка дизельного топлива Каталитический крекинг Термический крекинг

38,7 36,8 37,3 19,8

5,3 16,4 19,4 22,7 39,6

16,2 29,6 18,7 11,0 - 23,6

— ' _ — 7,4 12,6

'45,1 9,6 17,6 6,7 2,6

— — — 10,1 1,8

30,6 - 4*", 4 7,5 4,8 —

2,8 , 1,3

н2 ????

С2Н,

с3н8

SC4H;t

SCSH„

Сухие нефтезаводские газы (табл. 1.15) очищают от сероводорода и используют в настоящее время главным образом в качестве топлива для основных технологических процессов НПЗ. Использование части этих газов для производства водорода неизбежно должно привести к увеличению расхода жидкого, топлива, однако такое производство водорода все же может оказаться целесообразным, поскольку в сухих газах НПЗ содержится водорода больше, чем в жидких углеводородах.

Выделение водорода из водородсодержащих газов НПЗ, представляющих собой смеси углеводородов с водородом, достигается методами глубокого охлаждения, адсорбции, абсорбции, диффузии через мембраны.

Концентрирование водорода криогенными методами основано на большой разности парциальных давлений водорода и углеводородов (главным образом метана, так- как другие углеводороды конденсируются при более высоких, чем метан, температурах). Благодаря низкой растворимости водорода (при температурах около 100 К и давлениях до 10 МПа молярное содержание водорода в жидкой фазе раствора не превышает нескольких процентов) он выводится с метаном сравнительно мало и степень его извлечения достигает 95 °/о-

Наиболее распространенная схема разделения, основанная на использовании для охлаждения газа эффекта Джоуля — Томсона, показана на рис. 1.3. Эта схема находит применение для разделения метано-водородной фракции нефтезаводского газа с объемным содержанием водорода 50—60 %.

? -35

При более высокой исходной концентрации водорода необходимо предварительное охлаждение газа НПЗ дополнительным источником холода, что, естественно, усложняет и удорожает газоразделение.

Для выделения водорода из газов НПЗ с нестабильным его содер-_ жанием применяются более сложные и энергоемкие установки с азотным холодильным циклом. Несмотря на то что в этом холодильном цикле можно использовать стандартное оборудование; применяемое для получения кислорода из воздуха методом глубокого охлаждения, капитальные затраты на реализацию схемы с азотным циклом на 15 %, а экс-

« Выход

водорода

2 Г—*—I 2

Вход газа НПЗ

_______?]

Фппктш ? < ' L—1

Фракции

Франции ' Ci-Сг

Рис. 1.3. Схема установки для выделения водорода из нефтезаводских газов методом фракционированной конденсации:

/ — адсорберы; 2 —теплообменники; 3 — сепараторы; 4 — дросселирующий устройства

плуатационные на 30% выше, чем на схему, в которой используется эффект Джоуля — Томсрна. Замена азотного- холодильного цикла метановым позволяет вдвое снизить энергозатраты, однако первый цикл безопаснее, в нем применяется-стандартное оборудование, поэтому его обычно предпочитают второму.

Криогенные методы применяют также для выделения окиси углерода из газов паровой каталитической конверсии углеводородов, в этом случае водород получают как побочный продукт.

Мощность современных установок выделения водорода из газов нефтепереработки и нефтехимических производств криогенным методом достигает 5-104 ? водорода в год [17].

Для выделения водорода и в еще большей степени для его очистки и осушки применяются адсорбенты, поглощающие водяные пары, углеводороды, окислы углерода, сернистые соединения. Наиболее распространена адсорбция на цеолитах — естественных минералах или синтетических алюмосиликатах некоторых щелочных металлов. Такой процесс очистки водорода получил название цикловой адсорбции, он позволяет, получать водород высокой чистоты (до 99,99'%) при степени извлечения до 85 %.

Для получения сверхчистого водорода используют также проницаемые для водорода мембраны, изготовленные из сплавов на основе палладия или из полимерных материалов. Механизм «просачивания»

36

водорода через палладиевую мембрану не является обычным процессом диффузии: водород адсорбируется на поверхности металла, диссоциирует, теряет электрон и через атомарную решетку палладия диффундирует только протон (ядро атома водорода), который затем вновь присоединяет электрон, образуя атом водорода на противоположной стороне мембраны. В последние годы приведены обширные исследования влияния состава сплавов, давления, температуры, толщины мембран на проницаемость водорода [17, 22].

Оценить затраты на производство водорода на НПЗ затруднительно как ввиду большого различия в данных о стоимости сырья, так и в связи с большой неопределенностью данных о капитальных затратах. По данным различных нефтяных компаний США эти затраты составляют в пересчете на условное топливо от 50 до 100 руб-т-1 [9], при этом верхнее значение, по-виднмому, ближе всего к действительности, так как основано на данных предприятий, производящих водород с целевйм назначением; нижнее значение скорее относится к случаю, когда исходным сырьем являются побочные продукты нефтепереработки, стоимостью которых пренебрегают'.

1.4. Источники энергии для получения водорода

В различных процессах и технологических схемах получения водорода затрачиваются теплота и работа (электроэнер

страница 7
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53

Скачать книгу "Введение в водородную энергетику" (2.73Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
металлосайдинг размеры рабочий стол
газовый котел "китурами"
Кликните на ссылку, закажите еще выгодней по промокоду "Галактика" - стационарные компьютеры цены - поставщик товаров для дома и бизнеса.
курсы шитья москва

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(06.12.2016)