Чистота водорода 98~99,9999 % и выход 75~99,5 %: почему это разные цифры 

В таблице характеристик установки выделения водорода стоят рядом два числа: чистота водорода 98~99,9999 % и выход водорода 75~99,5 %. Их легко принять за одно и то же. Это разные показатели, и они тянут в разные стороны. Разобраться в этом стоит до запроса, а не после пусконаладки.

Содержание

1. 01. Чистота отвечает на вопрос «какой продукт»
2. 02. Выход отвечает на вопрос «сколько продукта»
3. 03. Что скрывается за цифрой чистоты
4. 04. Почему оба показателя заданы диапазоном
5. 05. Что компания заявляет как достигнутый уровень
6. 06. Откуда берётся исходный газ
7. 07. Что разделяет — решает адсорбент
8. 08. Три строки, которые нужно добавить в запрос
9. 09. Ещё один ресурс диапазона
10. 10. Что мы поставляем

Чистота отвечает на вопрос «какой продукт»

Чистота — это доля водорода в готовом продукте. Страница технологии выделения водорода PSA даёт диапазон 98~99,9999 %. Это очень широкий диапазон: разница между его концами — четыре порядка по содержанию примесей.

Для сравнения: маршруты получения водорода — крекинг метанола и конверсия природного газа — в каталоге заявлены с чистотой 99–99,9999 %, а маршрут конверсии CO — 99–99,999 %. То есть именно блок PSA определяет, какой будет итоговая цифра, и именно в запросе её нужно называть конкретно.

Практический вывод: писать «нужен водород высокой чистоты» недостаточно. Нужно называть число, потому что установка, рассчитанная на 98 %, и установка, рассчитанная на 99,9999 %, — это разные конфигурации.

Выход отвечает на вопрос «сколько продукта»

Второй показатель — выход водорода, в каталоге указан как 75~99,5 %. Это доля водорода из исходного газа, которая уходит в продукт, а не в хвостовой поток.

Здесь кроется главная ошибка закупки. Чистота и выход — не одно и то же, и высокое значение первого не гарантирует высокого значения второго. Можно получить очень чистый водород, но меньшую его долю от того, что было в сырье. Остальное уйдёт в отдувочный газ.

Для установки, работающей непрерывно на дорогом сырье, разница между выходом 75 % и 95 % — это разница в объёме сырья на тот же объём продукта. В каталоге оба значения присутствуют, но не сказано, при каких условиях реализуется каждое. Это и есть то, что нужно уточнять.

Что скрывается за цифрой чистоты

Чтобы почувствовать масштаб диапазона 98~99,9999 %, полезно перевести его в долю примесей.

• чистота 98 % — это 2 % примесей, то есть 20 000 ppm;
• чистота 99,999 % — это 0,001 % примесей, то есть 10 ppm;
• чистота 99,9999 % — это 0,0001 % примесей, то есть 1 ppm.

Между концами диапазона — четыре порядка. Это не «чуть чище» и «чуть грязнее», а принципиально разные продукты для разных потребителей. И это объясняет, почему в запросе чистота должна стоять числом: установка под 1 ppm и установка под 20 000 ppm — разные конфигурации одного и того же процесса.

Расчёт приведён как арифметическое следствие указанного в каталоге диапазона; нормы по конкретным примесям в каталоге не приведены, их нужно указывать в запросе отдельно.

Почему оба показателя заданы диапазоном

Потому что они зависят от исходного газа и от давления. На странице PSA указаны рабочие параметры установки:

Ни одна строка этой таблицы не является фиксированной величиной — каждая задана интервалом. Это честный способ подать данные: реальные значения определяются составом вашего газа и давлением, под которое спроектирована установка.

Что компания заявляет как достигнутый уровень

Отдельно от диапазонов на странице указан конкретный достигнутый уровень: технология обеспечивает CO 1 ppm и CO₂ 1 ppm в водороде при давлении адсорбции 5,5 МПа (изб.) и масштабе свыше 200 000 Нм³/ч.

Эти три числа стоит читать вместе: они описывают верхнюю границу того, что технология делает, а не типовую поставку. Типовая поставка описывается диапазонами из таблицы выше.

Откуда берётся исходный газ

На странице PSA перечислены два принципиально разных типа источников.

Первый — водородсодержащий газ, специально полученный из угля, природного газа, тяжёлой нефти, метанола или крекинга аммиака. Это маршруты, где водород — целевой продукт.

Второй — водородсодержащий хвостовой газ, который уже образуется в ходе производства: конверсионный газ, отдувочный воздух синтеза, отдувочный газ метанола, коксовый газ, угольный газ, газ риформинга, каталический сухой газ, среднепеременный газ, газ холодного ящика, водяной газ, газ крекинга аммиака, газ крекинга метанола.

Второй тип часто упускают: водород в этих потоках уже есть, и его извлечение дешевле, чем производство с нуля. Но состав таких газов сложнее, и именно для них расхождение по выходу — между 75 % и 99,5 % — будет максимальным. Для коксового газа подготовительные этапы разобраны в материале о технологии очистки коксового газа, для метанольного продувочного газа — в отдельной публикации.

Что разделяет — решает адсорбент

Блок PSA разделяет газ не «вообще», а за счёт того, что разные компоненты по-разному удерживаются твёрдым наполнением. Поэтому то, что именно удалится и с какой полнотой, зависит от подобранного адсорбента.

В каталоге перечислены шесть классов, и у каждого свой круг задач: активированный уголь — извлечение водорода, извлечение CO, удаление CO₂, десульфуризация, обессмоливание, удаление тяжёлых углеводородов, деалкоголизация, сушка и дегидратация; молекулярные сита — экстракция водорода и CO, разделение кислорода и азота в воздухе, сушка; силикагель — тот же круг плюс десульфуризация; активированный оксид алюминия — извлечение водорода и CO, удаление CO₂, сушка; отдельно есть специальный адсорбент CO и углеродные молекулярные сита для разделения азота и кислорода.

Практический вывод для запроса: состав примесей в вашем исходном газе определяет не только конфигурацию, но и то, сколько разных адсорбентов будет загружено в один блок. Один и тот же блок PSA, работающий на чистом конверсионном газе и на коксовом газе, будет начинён по-разному — и именно поэтому диапазон по выходу так широк.

Если в исходном газе много CO₂, имеет смысл посмотреть на выделение углекислоты как отдельную ступень: технология адсорбционной декарбонизации и удаление CO₂ из метана методом PSA и TSA. Если в газе сера — сначала мокрое удаление H₂S или десульфуратор, потому что сера портит и адсорбент, и катализатор.

Три строки, которые нужно добавить в запрос

1. Чистота — числом, с указанием того, какие именно примеси нормируются. Значение «98~99,9999 %» из каталога — это диапазон технологии, а не ваша спецификация.
2. Выход — числом, и отдельно указать, что важнее при конфликте: чистота или выход. Если приоритет не обозначить, вы получите установку, оптимизированную под один показатель, и узнаете об этом по хвостовому потоку.
3. Давление и состав исходного газа. Рабочее давление по каталогу — 0,4~5,5 МПа (изб.), и от него зависит, какая точка внутри диапазонов будет реализована.

Ещё один ресурс диапазона

Диапазон регулирования нагрузки — 10~120 %. Это запас по производительности: установку можно менять в этих пределах без остановки. Для площадки с сезонным или переменным потреблением это свойство важнее, чем максимальная чистота, потому что оно определяет, сколько продукта вы не получите в периоды низкого спроса.

Вместе с этим на странице указаны два свойства, которые влияют на эксплуатацию: установка может работать непрерывно без остановки, и может реализовать необслуживаемую площадку за счёт высокой степени автоматизации. Для автоматизации критичен клапан с программным управлением — его ресурс задаёт частоту обслуживания всего блока.

Что мы поставляем

ООО Сычуань Яси Технологии — лидер в области технологий адсорбции под давлением (PSA) и температурной адсорбции (TSA) в Китае, с десятилетним опытом и более чем 100 поставленными комплектами установок.

• Установка для извлечения водорода — масштаб 100~200 000 Нм³/ч
• Адсорбент — активированный уголь, молекулярные сита, силикагель, активированный оксид алюминия, специальный адсорбент CO
• Клапан с программным управлением — ресурс переключения более 1 миллиона раз
• Катализатор и десульфуратор — подготовка газа перед блоком PSA
• Технология адсорбционной декарбонизации — удаление CO₂ в смежных задачах

Подбор высокочистого водорода для конкретной отрасли обсуждается через Контакты; о том, где найти производителя водорода высокой чистоты, — в отдельной публикации. Другие разборы — в разделах Новости и Технология процесса.