Переработка компонентов природного газа в водород с использованием плазмохимических методов

• Автор: Иванов, Евгений Владимирович
• Шифр специальности: 05.17.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 150 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ НАУЧНОТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ,

НОРМАТИВ ТЕХ НИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ И ДРУГИХ МАТЕРИАЛОВ, ОТНОСЯПЩХСЯ К МЕТОДАМ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА И ПРОЦЕССАМ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ КОМПОНЕНТОВ ПРИРОДНОГО ГАЗА.
1.1 Традиционные способы получения водорода каталитической конверсией природного газа

1.2 Плазменные методы получения водорода из компонентов природного газа.

1.2.1 Выбор направления плазмохимической переработки природного газа

1.3 I олучение водорода с помощью электролиза.

1.4 Получение водорода с помощью фотобиологических методов.

1.5 Высокотемпературные методы получения водорода из воды

1.5.1 Термохимическое разложение воды цикл иодсера, i .

1.5.2 Термохимическое разложение воды i i i

1.5.3 Термохимическое разложение воды
1.5.4 Получение водорода путем пиролиза биомассы.
1.6 Биологические методы получения водорода из биомассы
1.7 Получение водорода из СО и воды с помощью каталитических процессов
1.8 Выделение водорода высокой чистоты из газовых смесей.
1.8.1 Криогенная технология
1.8.2 Короткоцикловая адсорбция , i i.
1.8.3 Методы мембранной очистки водорода.
1.8.4 Выбор технологии выделения водорода из газовых смесей
Выводы по обзору литературных данных.
ГЛАВА 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.
2.1 Методика проведения экспериментальных исследований
ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОЙ КОНВЕРСИИ КОМПОНЕНТОВ ПРИРОДНОГО ГАЗА.
2.2 Методика проведения хроматографического анализа
2.3. Методика обработки результатов
2.3.1 Разложение метана в отсутствии окислителей.
2.3.2 Окислительная конверсия метана в присутствии воздуха.
2.3.3 Углекислотная конверсия метана.
2.4 Математический аппартат для расчетов математических моделей ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
2.5 ФИНАНСОВЫЙ АНАЛИЗ ПРОЕКТА ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА.
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОЙ КОНВЕРСИИ КОМПОНЕНТОВ ПРИРОДНОГО ГАЗА
3.1 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОЙ КОНВЕРСИИ МЕТАНА В ОТСУТСТВИИ ОКИСЛИТЕЛЕЙ
3.2 Результаты экспериментальных данных плазмохимической ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ конверсии метана в присутствии воздуха.
3.3 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
ЛАЗМОХИМИЧЕСКОЙ УГЛЕКИСЛОТНОЙ КОНВЕРСИИ МЕТАНА
3.3.1 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА УГЛЕКИСЛОТНОЙ КОНВЕРСИИ МЕТАНА
Выводы по главе 3.
ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ, ИСПЫТАНИЯ ОТДЕЛЬНЫХ ЕЕ БЛОКОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ ИЗ ПРИРОДНОГО ГАЗА И ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА
4.1 Разработка технологической схемы получения водорода высокой чистоты.
4.2 Техникоэкономическая оценка эффективности системы получения
водорода.
Выводы по разделу 4.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


СпНт Н иСО 4 0,п шН2 О 1. Состав получаемого синтезгаза зависит от температуры, давления и состава исходной смеси. Процесс паровой конверсии оксида углерода проходит по реакции 1. В трубчатых печах подвод тепла осуществляется дымовыми газами, за счет сжигания топлива в межтрубном пространстве печи, в шахтных реакторах за счет сжигания части углеводородного сырья над катализатором, подавая в реактор кислород. Тепло дымовых газов после трубчатого реактора и конвертированного газа используется для подогрева технологических потоков природного газа, воздуха и др. С целью повышения экономических показателей процесса реализованы схемы, в которых процесс конверсии в трубчатом реакторе осуществляется за счет тепла после шахтного реактора ,. Трубчатые печи имеют ряд ограничений подвода тепла в зону реакции, давления и температуры проведения процесса, производительности. Процесс конверсии в шахтных реакторах имеет необходимость использования кислорода. В обоих случаях наблюдаются большие потери давления реакционной среды в слое катализатора, что вызывает необходимость использования катализаторов больших размеров и сложных геометрических форм Пример представлен на рисунке 1. Рисунок 1. Как трубчатые, печи так и шахтные реакторы громоздки, металлоемки, при изготовлении требуют большого количества жаропрочных сплавов, имеющих высокую стоимость. При эксплуатации трубчатых печей с отходящими дымовыми газами выбрасывается в атмосферу большое количество вредных веществ СО и ЫОх. Кроме того, сотни тысяч кубических метров в час отходящих дымовых газов сбрасываются при температуре 0С и выше, что приводит к значительным потерям тепла. Используемые в настоящее время реакторы паровой конверсии СО не могут обеспечить оптимальные температурные условия процесса, при этом имеют большое гидравлическое сопротивление и металлоемкость. Из альтернативных способов производства синтезгаза известен способ высокотемпературной конверсии углеводородных газов, который представляет собой их неполное горение в кислороде 1,5. СН4 0,5О2 СО 2Н2 ,6 кДж 1. СпНт 0,5пО2 пСО 0,5шН2 1. Процесс окисления проводят при атмосферном, реже при повышенном давлении. Этот способ вызывает интерес с точки зрения простоты и компактности оборудования для его проведения, но проводимые теоретические и экспериментальные исследования пока не привели к его широкому внедрению в промышленность. Одним из недостатков высокотемпературной конверсии природного газа является образование свободного углерода. Парциальное окисление метана и его гомологов всегда протекает при наличии параллельных и последовательных реакций. Очистить синтезгаз, полученный прямым окислением углеводородного сырья от нежелательных примесей, довести содержание в нем побочных продуктов до уровня, пригодного для его последующей переработки в целевой продукт является сложной задачей. Это недостаточно изучено как с точки зрения технической возможности и экологии, так и с точки зрения экономики процесса. До настоящего времени продолжаются работы над проблемой производства синтезгаза из ПГ или из другого углеводородного сырья методом прямого окисления. При этом применяются различные режимы ведения процесса путем изменения температуры, давления, расхода окислителя и др. В качестве окислителя используется, как правило, воздух, реже кислород. При этом меняется и аппаратурное оформление этого процесса. Окисление проводят или в свободном объеме 1,5, или в двигателе внутреннего сгорания , или в реактивном двигателе , или в стационарном микроволновом разряде плазмохимический метод . Получение синтезгаза при атмосферном давлении вызывает необходимость дополнительных затрат энергии на его компримирование. При использовании воздуха как окислителя содержание азота в синтезгазе достигает , что является недостатком при его дальнейшей переработке. Получение синтезгаза с использованием ракетных технологий потребует использования кислорода под давлением и довольно сложной очистки полученного газа от компонентов, мешающих его переработке в целевые продукты.