1598005503-634bb8193a0a063d19abf81fb6d27ecd (Введение в водородную энергетику. Э.Э. Шпильрайн, С.П. Малышенко, Г.Г. Кулешов, 1984u), страница 7

Если принять затраты электроэнергии 0,37 кВт.ч м — з От, стоимость электроэнергии ! коп (кВт ч) ' и затраты кислорода 0,6 и' на ! мз метана, нли О,!7 мз От на 1 м Нт (из расчета 3,5 и' Нт на 1 мз СН»), то вклад стоимости кислорода составит 0,063 коп м-з Нт, или в пересчете на условное топливо 1,72 руб т-', тогда расчетные затраты оказываются равнымн 3 6,9+1,47 С, что с учетом приведенной выше стоимости природного газа дает около 73 руб т — ' — зкономический показатель, практически не отличающийся от такового для паровой конверсии.

Поэтому выбор одного нз этих методов определяется главным образом необходимой чистотой конеч. 'ного продукта — водорода. Производство ввздородв в процессая нефтепереработки В,настоящее время иа предприятиях нефтехимии и нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) в качестве сырья для производства водорода используют природный газ, а в случае удаленности НПЗ от газовых месторождений нли газопроводов широко используют также нефтезаводские газы и нефтяные остатки .или любые фракции нефте. продуктов, Основным методом производства водорода на нПЗ является паровая каталнтическая конверсия углеводородов.

Этот метод хорошо освоен и экономически наиболее эффективен. Находит применение и метод парокислородной газификации нефтяных остатков. Особенно значительны ресурсы водорода, получаемого при каталитическом риформинге бензина, за счет него в основном и покрываются нужды отечественных НПЗ в водороде. Таблица 1,15.

Объемный состав газов НЛЗ, »у» ттрочесс Коыямеят Клтллвтячссялв ряформяяг Освзянв Прямая лсрсгоякз мс(мв Гвлраочвсткв лвзсльяого тозлявв Квтллятв- ческвя яр»язв» Гсрмзчссляя крсяяяг Нв СН С,((, СН з з СН БС,((, БС',Н„ 38,7 !6,4 29,6 9,6 4,4 1,3 Зо,8 !9,4 18,7 .!7,6 7,5 37,3 22,7 !1,0 . 7,4 6,7 10,1 4,8 !9,8 39,6 23,6 12,6 2,6 1,8 53 16,2 '45,1 30,6 2,8 35 Сухие нефтезаводские газы (табл. 1.15) очищают от сероводорода н используют в настоящее время главным образом в качестве топлива для основных технологических процессов НПЗ. Использование части этих газов для производства водорода неизбежно должно привести к увеличению расхода жидкого топлива, однако такое производство водорода все же может оказаться целесообразным, поскольку в сухих газах НПЗ содержится водорода больше, чем в жидких углеводородах.

Выделение водорода из водородсодержащих газов НПЗ, представ- ляющих собой смеси углеводородов с водородам, достигается методами глубокого охлаждения, адсорбции, абсорбции, диффузии через мем- браны. Концентрирование водорода криогенными методамн основано на большой разности парциальных давлений водорода и углеводородов (главным образом метана, так как другие углеводойоды иоидеисиру- ются при более высоких, чем метан, температурах).

Благодаря низкой растворимости водорода (при температурах около !ОО К и давлениях до 1О МПа молярное содержание водорода в жидкой фазе раствора ие превышает нескольиих проне~стон) он выводится с метаном сравни- тельно мало и степень его извлечения достигает 95 вгз. Наиболее распространенная схема разделения, основанная на нспользова овании дли охлаждения газа эффекта Джоуля — Томсона, показана на а на рис. !.3. Эта схема находит применение для разделения метено-во о о дородной фракции нефтезаводского газа с объемным содер.

жаиием водорода 50 — 60 ото, 3» Прн более высокой исходной концентрации водорода необходимо предварительное охлаждение газа НПЗ дополнительным источником холода, что, естественно, усложняет и удорожает газоразделение. Для выделения водорода из газов НПЗ с нестабильным его содержанием применяются более сложные и энергоемкие установки с азотным холодильным циклом, Несмотря на то что в этом холодильном цикле можно использовать стандартное оборудование, применяемое для получения кислорода из воздуха методом глубокого охлаждения, капитальные затраты нн реализацию схемы с азотным циклом на !5 %о, а экс- Выход водорода через палладиейую мембрану ие является обычным процес. сом диффузии: водород адсорбируется на поверхности металла, диссоцинрует, теряет электрон и через атомарную решетку палладия диф.

фунднрует только протон (ядро атома водорода), ко~орый затем вновь присоединяет электрон, образуя атом водорода на противоположной стороне мембраны. В последние ~оды проведены обширные исследо. вания влияния состава сплавов, давления, температуры, толщины мембран на проницаемость водорода 117, 22). Сменить затра~ы на производство водорода на НПЗ затруднительно как ввиду большого различия в данных о стоимости сырья, так и в связи с болыпой неопределенностью данных о капитальных затратах.

По данным различных нефтяных компаний США эти затраты составляют в пересчете на условное топливо от 50 до !ОО руб т †' 19), при этом верхнее значение, по-видимому, ближе всего к действительности, так как основано на данных предприятий, производящих водород с целевым назначением; нижнее значение скорее относится к случаю, когда исходным сырьем являются побочные продукты нефтепереработки, стоимостью которых пренебрегают: Рнс, 1,3. Схема установки для выделения водорода иэ нефтезаводских газов методом фракционированной конденсации; г — алсорберы; 3 — тенлообненннкн; 3 — сепаратоРы; 4 — крчсселнрувшнн устРой- «тна плуатационные на 30% выше, чем яа схему, в которой исполь. зуется эффект Джоуля — Томсона.

Замена азотного холодильного цикла метановым позволяет вдвое снизить эиергозатраты, однако первый цикл безопаснее, в нем применяется стандартное оборудование, поэтому его обычно предпочитают второму, Криогенные методы применяют также для выделения окиси углерода из газов паровой каталитической конверсии углеводородов, в этом случае водород получают как побочный продукт. Мощность современных установок выделения водорода из газов нефтепереработки и нефтехимических производств криогениым методом достигает 5"!О' т водорода в год [!7).

Для выделения водорода и в еще большей степени для его очистки и осушки применяются адсорбенты, поглощающие водяные пары, углеводороды, окислы углерода, сернистые соединения. Наиболее распространена адсорбция на цеолнтах — естественных минералах или синтетических алюмосиликатах некоторых щелочных металлов. Такой процесс очистки водорода получил название цикловой адсорбцни, он позволяет получать водород высокой чистоты (до 99,99'%) при степени извлечения до 85 %. Для получения сверхчистого водорода используют также вроннцаемые для водорода мембраны, изготовленные из сплавов па основе палладия нли нз полимерных материалов.

Механизм «просачивания» 1.4. Источники энергии для получения водорода В различных процессах и технологических схемах получения водорода затрачиваются теплота и работа (электроэнергия), которые могут быть получены от различных источников энергии: природных жидких и газообразных топлив, угля, ядерных, а в перспективе и термоядерных реакторов различных типов, от источников возобновляемых энергоресурсов (солнечная и геотсрмальная энергия, гидроэнергия н др.). Эти источники различаются многими характерными показателями: уровнем рабочих температур, удельными мощностями, режимами работы„эффективностью преобразования энергии, удельными капитальными затратами и т. д.

Использование того или иного источника энергии для производства водорода в значительной степени определяет как выбор наиболее подходящих процессов, так и конкретну!о технологическую схему производства и ее технико-зкономические показатели 110, 13 в 151. Для, многих производств необходимы большие единичныс мощности энергоисточника (от нескольких сотен мегаватт до нескольких гигаватт), причем непосредственно для производства водорода используется лишь часть энергии, остальная энергия расходуется на обеспечение других процессов р ц ов технологического цикла. При произво стае аммиака и м метанола значительная часть затрачиваемой дст исходной энергии используется для производства 37 электроэнергии и генерации пара, и процессах переработки нефти и в металлургии — для производства высокотемпературной теплоты. В связи с этим прп использовании в качестве первичного источника ядерной энергии полное энергообеспечение процессов производства.

' аммиака и метанола может быть осуществлено как с помощью обычных ядерных реакторов (тнпа ВВЭР ' н РБМК), так и с помощью высокотемпературных ядерных реакторов (ВТЯР), а для металлургии и переработки нефти это возможно только с помощью ВТЯР. При применении низкотемпературных ядерных реакторов крупномасштабное производство водорода может быть - осуществлено только с использованием электроэнергии путем электролиза или плазмохнмическими методами, при применении же ВТЯР для получения водорода могут быть. использованы высокопотенциальная теплота и электроэнергия, что позволяет реализовать и другие процессы— конверсионные, термохимические или комбинированные.

Важными показателями, определяющими целесообразность использования того или иного источника первичной энергии для производства водорода, являются и другие технические характеристики энергоисточника; надежность, возможность резервирования, возможность работы в пусковых, переходных и аварийных режимах, продолжительность пуска и останова, радиационная, ядерная и пожаровзрывобезопасность, возможность высокой степени автоматизации управления процессами и т. д. При этом соответствие тедническнх и эксплуатационных характеристик источника энергии требованиям, предъявляемым к существующим н вновь проектируемым предприятиям, является обязательным. Например, для предприятий азотной промышленности такими требованиями, в частности, являются длительная безаварийная работа в течение установленных сроков эксплуатации (до 30 лет) и продолжительный межэ ремонтный период (до 8000 ч)'.