Технология производства метано-водородной смеси

Природный газ, очищенный от сернистых соединений поступает в узел смешения с водяным паром. Природный газ с водяными парами при температуре примерно 450^оС поступают в огневой подогреватель. На выходной линии огневого подогревателя температура смеси составляет примерно 680^оС. С такой температурой смесь поступает в адиабатический реактор. В реакторе, благодаря адиабатической конверсии метана, получаем МВС и водяные пары с температурой примерно 590^оС. Так как в адиабатическом реакторе часть воды тратится для получения водорода, производится постоянная подача воды в систему. Применение метано-водородных смесей с высоким содержанием водорода (до 50%) в качестве топливного газа на строящихся, а также на действующих компрессорных станциях (КС) с газоперекачивающими агрегатами (ГПА) позволит существенно улучшить эксплуатационные характеристики и значительно снизит эмиссионные показатели.

Применение МВС в энергетике

К.п.д. котельного агрегата при уменьшении коэффициента избытка воздуха на 0,1% увеличивается на 1%. Если в камерных печах с температурой уходящих газов 400 - 500 °С снизить коэффициент расхода воздуха в горелочных устройствах с 1,2 до 1,05, то только это мероприятие обеспечило бы экономию топлива в количестве не менее 15 -20 %, т.е. превысило в несколько раз энергозатраты на конверсию природного газа для производства МВС. Данное преимущество, получаемое за счет улучшения качества топлива и свойств водорода, позволяет использовать высокообводнённое нестандартное жидкое топливо, нефтесодержащие отходы с содержанием механических примесей размером до 2 мм в качестве добавки к основному газовому топливу, повысить к.п.д. котла как минимум на 2-3 % за счет снижения потерь теплоты с теплом отходящих дымовых газов, активизации теплообмена и снижения коэффициента избытка воздуха. Снижение выбросов оксидов азота достигает до 70 % при номинальном режиме работы котельного агрегата.

МВС может применяться в качестве топлива в газотурбинных установках (ГТУ).

Входящий продукт (природный газ) в основном состоит из метана (99%). Выходящий продукт является смесью трех компонентов: водяного пара - 67,7% (об.), водорода – 13,6% (об.) и метана – 15%. Повышенное содержание по сравнению с входящим продуктом имеют: диоксид углерода – 3,3% и оксид углерода – 0,233%. Однако при использовании МВС в качестве топливного газа выбросы СО² и СО уменьшаются в полтора раза. Это связано с тем, что часть водорода, содержащегося в МВС, получается из воды, а также уменьшается на 30-40% количество используемого топливного газа.

Выводы

1. Природный газ является одним из ключевых энергоносителей в мировой глобальной энергетике XXI века.

2. В дальнейшей перспективе природный газ должно заменить водородное топливо. Водород – самое эффективное и экологически чистое топливо.

3. В России разработана технология адиабатической конверсии метана (АКМ), производящая метано-водородное топливо (МВС) с содержанием водорода до 48%. Эта технология существенно упрощает промышленный процесс получения водорода и происходит при более низких температурах (до 680⁰С).

4. Проведенные эксперименты показали, что повышение содержания водорода в МВС:

- расширяет пределы его горения;

- делает горение смеси устойчивым и при нормальном давлении;

- смесь сгорает при значительном содержании водяных паров (20-30%);

5. Интеграция технологий утилизации теплоты уходящих газов и АКМ позволит создать газотурбинную установку нового типа с высокими энергетическими и экологическими показателями (технология «Тандем»). Увеличение мощности газотурбинной установки по сравнению с базовой ГТУ может составить до 70-80%, снижение расхода топлива – до 35-40%.

6. Разработанная технология по производству МВС позволяет:

- рассматривать процесс получения МВС как эффективное средство диверсификации газовой отрасли с получением альтернативного газового топлива из различного сырья, в том числе - газового конденсата, попутных газов, газов коксохимии, сланцевого газа и других источников газа;

- рассматривать эти технологии как отдельную технологическую платформу для поставок по отдельным энергетическим коридорам в газотранспортные сети и создания запасов этого топлива в подземных газохранилищах (ПГХ);

- получить эффективную поддержку механизмов и технологий CCS (система секвестрирования углерода), инструментов ETS (системы торговли выбросами (эмиссией), в том числе в рамках «дорожной карты» ЕС в сфере энергоснабжения до 2050 года.

http://neftegas.info/upload/iblock/7ba/7bab561974fb22122bc00607e463b67d.pdf

Рис. 7. Адиабатическая конверсия метана: сравнение выбросов CO² при использовании различных видов топливного газа на ГПА (16 МВт).

Рис. 8. Энергоемкость производства водорода при адиабатической конверсии метана в сравнении с электролизом.