Vodíkové zariadenia  [ späť  Výroba plynov  ]

Výroba vodíka

Vodík sa môže získavať reformovaním zemného plynu alebo vyšších uhľovodíkov. Pritom v prvom stupni, úprave surového plynu, sa zemný plyn obohacuje vodíkom. Predtým, ako sa privedie do ďalšieho stupňa, odsírenia, predohrieva sa asi na 380 °C. V hornej časti reaktora sa organické zlúčeniny síry transformujú na H₂S. V dolnej časti sa sírovodík absorbuje oxidom zinočnatým (ZnO). Jeho obsah v surovom plyne sa tak zníži na menej než 0,2 ppm.

ZnO + H₂S --> ZnS + H₂O

Odsírený surový plyn sa mieša s parou, prehrieva sa, a zavádza na predreformovanie Tento stupeň slúži na konvertovanie vyšších uhľovodíkov. Predreformovaný surový plyn sa opäť prehrieva. V samotnom reforméri dochádza k transformácii zmesi zo surového plynu a pary pomocou katalyzátora na niklovej báze. Teraz vzniká tak zvaný syntézny plyn, zmes vodíka, oxidu uhoľnatého, oxidu uhličitého a metánu, v závislosti od teploty a vedľajších reakcií, podľa rovníc:

CH4 + H₂O --> CO + 3 H₂
CO + H₂ O --> CO₂ + H₂

Syntézny plyn opúšťa reformér s teplotou asi 850 až 950 °C a vstupuje do ďalšieho stupňa, konverzie CO. S použitím katalyzátora na báze železa sa väčšina CO konvertuje vodnou parou na CO₂:

CO + H₂O --> CO₂ + H₂

Tým sa zvýši množstvo získaného vodíka.

Posledným stupňom je rafinácia vodíka. Syntézny plyn z konvertora sa chladí, ešte prítomná nadbytočná para kondenzuje a vylučuje sa. Pomocou PSA zariadenia (Pressure Swing Adsorption) sa vodíkom obohatený plyn čistí pomocou adsorpcie pri striedavom tlaku až na 99,999+ %. Nepatrný podiel čistého vodíka sa použije na odsírenie.

Preplachovací plyn, ktorý odpadá pri pri čistení PSA zariadenia, sa použije ako vykurovací plyn pre reaktor reformingu. Čistý vodík sa potrubím alebo v cisternách dopravuje k zákazníkom. Rafinácia vodíka je možná aj pomocou nízkoteplotného (kryogenného) procesu.

Využitie energie
Teplo reformovaného plynu sa využíva pri výrobe pary, ohreve zemného plynu a na prihrievanie vody podávanej do kotlov.

Oblasti použitia

• vodík: potravinársky priemysel, chémia a petrochémia, strojárenstvo, laboratórna technika, rafinérie ropy, polovodičový priemysel, železiarsky a oceliarsky priemysel, vesmírne lety, sklársky priemysel
• oxid uhličitý: potravinársky priemysel, strojárenstvo, medicína
• syntézny plyn: chémia, petrochémia

AIR LIQUIDE prevádzkuje v Porúrí najväčšiu vodíkovú sieť v Nemecku. Dĺžka potrubia je vyše 240 km a potrubie zásobuje veľkoodberateľov v tejto oblasti.

V meste Marl, na severnom okraji Porúria, je v prevádzke najväčšia plniareň vodíka v celej Európe. Plniareň je v prevádzke 24 hodín denne, 365 dní do roka. Okrem vodíka sa plní ešte metán a etylén.

Autotermický reforming sa odlišuje od parného reformingu samotným reformovacím reaktorom V prípade parného reformingu prebiehajú endotermické reformovacie reakcie, a spaľovacie reakcie, potrebné na prívod tepla sa uskutočňujú v priestorovo oddelených zónach. V prípade parného reformingu prebiehajú endotermické reformovacie reakcie, a spaľovacie reakcie, potrebné na prívod tepla sa uskutočňujú v priestorovo oddelených zónach. V prípade autotermického reformingu sa naproti tomu oba procesy uskutošňujú spoločne v jednej reakčnej zóne. Paralelne prebiehajúcim spaľovaním za účelom výroby tepla sa dosahuje optimálny prestup tepla pre reformačný proces.

Parciálna oxidácia
Ďalšou možnosťou získavania vodíka, poťažne zmesi vodíka a oxidu uhoľnatého, je parciálna oxidácia. Ta spočíva na na transformácii zemného plynu alebo ťažkých uhľovodíkov (napr. zvyškových olejov zo spracovania ropy alebo ťažkého vykurovacieho oleja) pomocou kyslíka. Na výrobu vodíka a oxidu uhoľnatého sa používa chemické a fyzikálne pranie, ktorým sa odstráňuje CO₂.

Pri výrobe čistého vodíka sa v dodatočne zaradenom CO-výmenníku transformuje koncový plyn obsahujúci CO pomocou vodnej pary na CO₂ a vodík.

2 CH4 + H₂O + O₂ --> CO + CO₂ + 5 H₂

Nakoniec sa odstráni CO₂. Kapacity veľkopriemyselných zariadení predstavujú vyše 20 000 m³/h CO a/alebo 60 000 m³/h vodíka.

Syntézny plyn je zmes vodíka a oxidu uhoľnatého. Ak sa dá syntézny plyn využiť, odpadá konverzia CO. Namiesto toho nasleduje po reformingu absorpčné odstránene CO₂. Odstránený CO₂ sa môže ako vedľajší produkt zavádzať do ďalších aplikácií.

Pomer vodíka a oxidu uhoľnatého v syntéznom plyne sa prispôsobuje potrebám. Prípadne sa uskutočňuje ďalšia separácia na čistý vodík a čístý CO. Táto separácia sa môže robiť pomocou VSA zariadenia (Vacuum Swing Adsorption), nejakého membránového procesu, alebo v Coldboxe.