Три маршрута получения водорода: метанол, природный газ или конверсия CO 

Три технологические страницы каталога дают три разных маршрута к одному и тому же продукту — водороду. У каждого свои температура, свои требования к сырью и своя экономика. Выбор между ними делается не по чистоте: все три дают сопоставимый результат на выходе. Он делается по тому, что у вас уже есть на площадке.

Содержание

1. 01. Что общего у всех трёх маршрутов
2. 02. Маршрут 1 — крекинг метанола
3. 03. Маршрут 2 — конверсия природного газа
4. 04. Маршрут 3 — конверсия CO
5. 05. Сравнение по четырём вопросам
6. 06. Тепло: где его берут
7. 07. Катализатор — не универсальный
8. 08. Какой вопрос решает выбор
9. 09. Что написать в запросе
10. 10. Что мы поставляем

Что общего у всех трёх маршрутов

Во всех трёх случаях реакция идёт на катализаторе, а готовый газ затем разделяется на блоке выделения водорода PSA. Это важно: маршрут определяет не чистоту продукта, а то, каким газом вы питаете блок разделения. Блок PSA — общий финал, различается только то, что стоит до него.

Отсюда первое практическое следствие: если вы уже рассматриваете установку выделения водорода, вопрос «какой маршрут» — это вопрос о сырье и о цене подготовительной части, а не о качестве продукта.

Маршрут 1 — крекинг метанола

Сырьё — метанол и деминерализованная вода. При температуре 220~300 ℃ под действием катализатора завершаются две реакции: крекинг и конверсия. Реакция эндотермическая, требуется внешний нагрев.

Каталог прямо характеризует этот маршрут четырьмя свойствами: удобный источник сырья, низкие инвестиции, низкая стоимость производства, отсутствие загрязнения окружающей среды. Там же указан выход — водород чистотой 99–99,9999 %.

Метанол — это жидкость, которую можно привезти и хранить. Именно поэтому маршрут называют удобным по сырью: он не привязан к трубопроводу и не требует газовой инфраструктуры на площадке.

Маршрут 2 — конверсия природного газа

Сырьё — природный газ и пар. Температура уже другая: 500–800 ℃. Реакция тоже эндотермическая, тоже требует внешнего нагрева, выход по чистоте тот же — 99–99,9999 %.

А вот экономическая характеристика в каталоге сформулирована иначе: удобные источники сырья, но большие инвестиции и высокая себестоимость. Отсутствие загрязнения — общий пункт с маршрутом 1.

Оба маршрута дают одинаковую чистоту, но разную цену входного билета. Если вам нужен небольшой или средний объём и нет дешёвого трубопроводного газа, разница в инвестициях становится решающей. Расчёт себестоимости для распределённого производства водорода из метанола разобран отдельно — в материале о технико-экономическом анализе.

Маршрут 3 — конверсия CO

Третий маршрут принципиально другой по исходному сырью: берётся не метанол и не природный газ, а уже готовый CO-содержащий газовый источник и пар. Это означает, что маршрут привязан к тому, что у вас уже есть как отход или как промежуточный поток.

Реакция здесь не эндотермическая, а экзотермическая — тепло выделяется, а не подводится. Это меняет компоновку: не нужен тот же внешний нагрев, что в первых двух маршрутах.

И есть одна деталь, которую стоит заметить: для этого маршрута в каталоге указана чистота 99–99,999 %, а не 99–99,9999 %. Верхняя граница на один порядок ниже, чем у первых двух. Если ваш потребитель требует именно 99,9999 %, этот маршрут не подойдёт — и это стоит выяснить до того, как вы начнёте считать экономику.

Сравнение по четырём вопросам

Таблица собрана целиком из формулировок страниц каталога. Обратите внимание: по первым двум маршрутам каталог даёт прямые оценки инвестиций и себестоимости, по третьему — нет. Это не означает, что третий маршрут хуже; это означает, что его экономика не может быть оценена без знания состава вашего газа.

Тепло: где его берут

Разница по тепловому балансу не формальная. Для маршрутов на метаноле и на природном газе в каталоге прямо сказано: реакция эндотермическая и требует внешнего нагрева. Значит, в составе установки должен быть источник тепла — и его мощность, его носитель и его стоимость входят в проект отдельной строкой.

У маршрута конверсии CO картина обратная: реакция экзотермическая, тепло выделяется. Тепло надо не подводить, а отводить, и это уже задача не печи, а теплообменного хозяйства. На площадке, где нет лишнего пара или свободной мощности на нагрев, это различие может оказаться важнее разницы в инвестициях.

Практический смысл: сравнивая маршруты, считайте не только реактор, а весь тепловой контур. В каталоге про стоимость теплоносителя ничего не сказано — её и надо уточнять в запросе, потому что она зависит от того, что уже есть у вас.

Катализатор — не универсальный

Маршрут определяет и катализатор, а он у каждой реакции свой. На странице катализаторов перечислены отдельные серии под конкретные задачи: серостойкое превращение монооксида углерода, конверсия угарного газа, риформинг газообразных углеводородов с метаном в качестве сырья, метанирование.

Отсюда вывод, который часто упускают при сравнении маршрутов: катализатор — это расходный материал с собственным ресурсом и собственной ценой замены. Маршрут с более низкими инвестициями в реактор может оказаться дороже в эксплуатации, если его катализатор требует более частой замены или работает в более узком диапазоне условий.

В каталоге указано, что катализаторы поставляются под крекинг метанола, риформинг водорода, конверсию CO, риформинг природного газа и установки гидрогенизационного риформинга — то есть под все перечисленные маршруты. Это значит, что при смене маршрута вопрос о катализаторе решается в рамках одного поставщика, но параметры подбираются заново.

Отдельно стоит десульфурация перед катализатором: газ часто нужно очистить от серы, иначе катализатор теряет активность. Для сухой очистки в каталоге есть десульфуратор, для мокрой — отдельная технология мокрого удаления H₂S. Эта ступень обязательна для маршрутов на углеводородном сырье и её стоимость тоже входит в сравнение.

Какой вопрос решает выбор

Порядок рассуждения такой:

1. Есть ли на площадке дешёвый природный газ по трубе? Если да, маршрут 2 становится основным кандидатом, несмотря на большие инвестиции.
2. Нет трубы, но есть возможность завозить метанол? Тогда маршрут 1 — он даёт ту же чистоту при меньшем входном билете.
3. Есть собственный CO-содержащий поток, который сейчас сжигается или выбрасывается? Тогда маршрут 3 — но сначала проверьте, устраивает ли вас верхняя граница 99,999 %.
4. Ничего из перечисленного нет? Тогда смотрите в сторону выделения водорода из промышленных хвостовых газов — этот путь разобран в материале о технологии выделения водорода PSA.

Что написать в запросе

Маршрут нельзя выбрать по каталогу — его выбирают по вашей площадке. Поэтому в запросе полезно сразу указать четыре вещи:

• какое сырьё доступно и по какой цене (трубопроводный газ, привозной метанол, собственный CO-содержащий поток);
• какая чистота нужна потребителю — с указанием верхней границы, а не «понадёжнее»;
• какой объём, в Нм³/ч;
• есть ли ограничения по площади и по источнику тепла — первые два маршрута требуют внешнего нагрева.

Подробнее о применении маршрута на природном газе — в публикации о применении технологии преобразования природного газа в водород в провинции Сычуань. Сравнение пяти технологий производства водорода по стоимости дано в отдельном исследовании, о крекинге метанола — в материале о лидерах крекинга метанола.

Что мы поставляем

Компания ООО Сычуань Яси Технологии работает на рынке десять лет и поставила более 100 комплектов установок промышленного газа для нефтехимической, углехимической и металлургической отраслей.

• Устройство для получения водорода при крекинге метанола
• Установка по производству водорода из природного газа
• Технология конверсии CO
• Установка для извлечения водорода PSA — общий финал для всех трёх маршрутов
• Катализатор — для крекинга метанола, риформинга, конверсии CO и природного газа
• Клапан с программным управлением

Полный перечень — в разделах Продукция и Технология процесса, подборка — на странице Рекомендуемое. Примеры реализованных объектов — в разделе Пример проекта. Обсудить задачу можно через Контакты; другие разборы собраны в разделе Новости.