Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Моделирование установок паровой конверсии природного газа и пиролиза метана с целью получения водорода - файл


скачать (45.1 kb.)


МОДЕЛИРОВАНИЕ УСТАНОВОК ПАРОВОЙ КОНВЕРСИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА И ПИРОЛИЗА МЕТАНА С ЦЕЛЬЮ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА

Жагфаров Ф.Г., Кодряну Н.П.

РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина

E-mail: firdaus_jak@mail.ru

kodryany.n@yandex.ru

АННОТАЦИЯ

В данной работе было проведено исследование энергоэффективности производства водорода процессами паровой конверсии природного газа и пиролиза метана с помощью построения кинетических моделей данных процессов в программах Aspen Hysys и Aspen Plus. По результату исследования процесс паровой конверсии оказался более энергоэффективным чем процесс пиролиза метана.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: Водород, паровая конверсия, пиролиз метана, моделирование, Hysys, Plus.

Водородная энергетика сегодня является популярной и быстрорастущей темой. Европейские страны и страны АТР (Азиатского-Тихоокеанского региона) уже подписали программу перехода на водородную энергетику к 2050 году, с целью уменьшения выбросов оксидов углерода. Многие из подписавших данную программу стран планируют производить «зелёный водород», то есть водород, при получении которого не происходит эмиссии оксидов углерода. В качестве основной технологии для получения данного водорода рассматривается процесс электролиза воды с ВИЭ (восполняемые источники энергии). Россия сегодня стоит на перепутье, так как Европа и страны АТР являются основными потребителями российского природного газа и если данные программы вступят в силу, то остаётся два пути: продолжить экспорт природного газа в Европу и Азию с новыми пошлинами за эмиссию углерода или же налаживание производства водорода в стране. В качестве источника для данного водорода может выступать природный газ.

В данной работе были построены модели перспективных процессов для производства водорода из природного газа – паровая конверсия природного газа и пиролиз метана, результаты расчёта которых были проанализированы по главному параметру – энергозатраты на нм3 (нормальный кубический метр) водорода [кВт/нм3].

Для создания модели паровой конверсии природного газа были использованы кинетические данные работ [1,2] с учетом алюмоникелевого катализатора и мольным соотношением ПГ (природный газ): вода = 1: 2 с помощью программы Aspen Hysys. Модель пиролиза метана была создана на основе двух методов: с эффектом «водородного торможения» [3], с использованием кинетики брутто – схемы Касселя [4], в программе Aspen Plus, так как она позволяет считать модели с графитом – вторым продуктом пиролиза метана.

Модели технологических процессов представлены на рисунке 1.



Рисунок 1. Модели технологических процессов. Слева – процесс пиролиза метана. Справа – процесс паровой конверсии природного газа.

В результате расчёта моделей были получены данные, представленные в таблице 1.
Таблица 1. – Результаты расчёта моделей


Показатели

ПМ «Водородное торможение»

ПМ «Кассель»

ПК ПГ

Производительность по водороду, нм3

218473,42

218037,28

220820,37

Расход метана, кг/чr

73802,87

74082,24

48496,91

Конверсия по метану, % моль

99,71%

99,81%

99,04%

Температура реактора, oC

1480,00

1460,00

850

Общие затраты энергии, кВт

285104,53

292511,54

262150

Энергозатраты на 1 нм3 водорода, кВт/нм3

1,30

1,34

1,19

Эмиссия CO2, кг/ч

0,00

0,00

99358,706

Чистота водорода, % моль

99,57

97,12

100

Объём реакционной зоны, м3

12 058

12 058

1131

По результату анализа и сравнения полученных данных можно прийти к выводу, что процесс паровой конверсии природного газа является более энергоэффективным процессом чем пиролиз метана, однако процесс производства водорода методом паровой конверсии приводит к эмиссии оксидов углерода. Только процесс выделения и утилизации оксидов углерода с помощью мембраны может перевести данный водород в категорию «голубого» водорода. Пиролиз же метана не приводит к эмиссии оксидов углерода, однако для статуса «зелёного» водорода потребуется ВИЭ.

В дальнейшем планируется усовершенствование модели пиролиза метана, объединение двух кинетических моделей в одну, сравнение данных технологий по энергоэффективности с технологией электролиза воды. Также планируется рассмотрение системы мембранного разделения оксидов углерода в паровой конверсии природного газа с его дальнейшими путями утилизации или синтеза.


ЛИТЕРАТУРА

1.Дубинин А.М., Тупоногов В.Г., Скисов Г.Н., Чернышев В.А. Моделирование процесса паровой конверсии метана. Проблемы энергетики, 2015. № 1-2.

2.Жоров Ю.М. Термодинамика химических процессов (нефтехимический синтез, переработка нефти, угля и природного газа). М.: Химия, 1985. С. 320.

3.Молодых Э.И., Булгаков В.И., Васильева Н.Н. К кинетике выделения сажи при пиролизе метана. Научные и образовательные проблемы гражданской защиты, 2012’1.



4 Kassel L.S. //J. Amer. Chem. Soc. 1932. V.54. P.3949


Скачать файл (45.1 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации