Меню

Особенности водородного оборудования

Водородные установки

Водород является ценным химическим реагентом. С целью повышения экономической эффективности производства его получают и концентрируют из топливных, остаточных и сбросных газов. Он практически не встречается в природе в чистом виде, но потребление данного газа неуклонно растет. Для его производства необходимо использовать специальные водородные установки. Мы предлагаем качественное оборудование. Каждая водородная установка отличается компактностью, надежностью системы и обеспечивает полную автоматизацию процесса.

Особенности водородного оборудования

Водородные установки «Грасис» позволяют извлекать водород из технологических потоков. Они используют новейшие достижения мембранной и адсорбционной технологий. Подобное водородное оборудование открывает новые возможности для химических, нефтехимических производств и предприятий нефтепереработки. Каждая установка водородная соответствует новому техническому регламенту. В связи с грядущим переходом к новым классам топлива с пониженным содержанием серы и ароматических углеводородов к качеству водорода, используемого в процессах гидроочистки и процессе изомеризации, предъявляют всё более высокие требования. Роль водородных систем также возрастает. Неуклонное повышение требований к чистоте и полноте извлечения газа происходит и в химической и нефтехимической отраслях. Соответственно, повышенное внимание уделяется и качеству водородного оборудования.

В этой связи компания «Грасис» постоянно работает над совершенствованием водородных технологий, чтобы предложить каждому клиенту установку, в полной мере удовлетворяющую потребности в водороде и повышающую эффективность работы водородного производства предприятия.

Использование установок «Грасис» для производства водорода удобно, эффективно и выгодно с экономической точки зрения, так как данная водородная установка совмещает в себе отличные технические и эксплуатационные характеристики, компактные размеры и автоматизацию всего процесса получения водорода.Получаемый на установках «Грасис» водород может быть возвращен в технологический процесс или отправлен на сжижение.

Мембранные водородные установки

Установки на базе мембранной технологии для извлечения водорода из газовой смеси.

Источник

Как сделать водородный генератор своими руками?

Водород практически идеальный вид топлива, но проблема заключается в том, что он на нашей планете встречается только в виде соединений с другими химическими элементами. Доля «чистого» вещества в атмосфере составляет не более 0,00005%. Учитывая такие реалии, становится актуальным вопрос о водородном генераторе. Рассмотрим принцип работы такого устройства, его конструктивные особенности, сферу применения и возможность самостоятельного изготовления.

Описание и принцип работы водородного генератора

Есть несколько методик выделения водорода и из других веществ, перечислим наиболее распространенные:

  1. Электролиз, данная методика наиболее простая и может быть реализована в домашних условиях. Через водный раствор, содержащий соль, пропускается постоянный электрический ток, под его воздействием происходит реакция, которую можно описать следующим уравнением: 2NaCl + 2H 2O→2NaOH + Cl 2 + H 2↑. В данном случае пример приведен для раствора обычной кухонной соли, что не лучший вариант, поскольку выделяющийся хлор является ядовитым веществом. Заметим, что полученный данным способом водород наиболее чистый (порядка 99,9%).
  2. Путем пропускания водяного пара над каменноугольным коксом, нагретым до температуры 1000°С, при таких условиях протекает следующая реакция: Н 2О + С ⇔ СО↑ + H 2↑.
  3. Добыча из метана путем конверсии с водяным паром (необходимое условие для реакции – температура 1000°С): СН 4 + Н 2О ⇔ СО + 3Н 2. Второй вариант – окисление метана: 2СН 4 + О 2 ⇔ 2СО + 4Н 2.
  4. В процессе крекинга (переработки нефти) водород выделяется в качестве побочного продукта. Заметим, что в нашей стране все еще практикуется сжигание этого вещества на некоторых нефтеперерабатывающих заводах ввиду отсутствия необходимого оборудования или достаточного спроса.

Из перечисленных вариантов последний наименее затратный, а первый наиболее доступный, именно он положен в основу большинства генераторов водорода, в том числе и бытовых. Их принцип действия заключается в том, что в процессе пропускания тока через раствор, положительный электрод притягивает отрицательные ионы, а электрод с противоположным зарядом – положительные, в результате происходит расщепление вещества.

Конструктивные особенности и устройство генератора водорода

Если с получением водорода проблем сейчас практически нет, то его транспортировка и хранение до сих пор остается актуальной задачей. Молекулы этого вещества настолько малы, что могут проникать даже сквозь металл, что несет определенную угрозу безопасности. Хранение в абсорбированном виде пока не отличается высокой рентабельностью. Поэтому наиболее оптимальный вариант – генерация водорода непосредственно перед его использованием в производственном цикле.

Для этой цели изготавливаются промышленные установки для генерации водорода. Как правило, это электролизеры мембранного типа. Упрощенная конструкция такого устройства и принцип работы приведен ниже.

  • А – трубка для отвода хлора (Cl 2).
  • B – отвод водорода (Н 2).
  • С – анод, на котором происходит следующая реакция: 2CL — →CL 2 + 2е — .
  • D – катод, реакцию на нем можно описать следующим уравнением: 2Н 2О + 2е — →Н 2 + ОН — .
  • Е – раствор воды и хлористого натрия (Н 2О & NaCl).
  • F – мембрана;
  • G – насыщенный раствор хлористого натрия и образование каустической соды (NaОН).
  • H – отвод рассола и разбавленной каустической соды.
  • I – ввод насыщенного рассола.
  • J – крышка.

Конструкция бытовых генераторов значительно проще, поскольку в большинстве своем они не вырабатывают чистый водород, а производят газ Брауна. Так принято называть смесь кислорода и водорода. Этот вариант наиболее практичен, не требуется разделять водород и кислород, то можно значительно упростить конструкцию, а значит и сделать ее дешевле. Помимо этого полученный газ сжигается по мере его выработки. Хранить и накапливать его в домашних условиях не только проблематично, но и небезопасно.

  • а – трубка для отвода газа Брауна;
  • b – впускной коллектор подачи воды;
  • с – герметичный корпус;
  • d – блок пластин электродов (анодов и катодов), с установленными между ними изоляторами;
  • e – вода;
  • f – датчик уровня воды (подключается к блоку управления);
  • g – фильтр водоотделения;
  • h – подвод питания, подаваемого на электроды;
  • i – датчик давления (подает сигнал блоку управления при достижении порогового уровня);
  • j – предохранительный клапан;
  • k – отвод газа с предохранительного клапана.
Читайте также:  Оборудование для чип тюнинга для автомобилей Kia Ceed

Характерная особенность таких устройств – использование блоков электродов, поскольку не требуется сепарирование водорода и кислорода. Это позволяет сделать генераторы довольно компактными.

Сферы применения водородного генератора

Ввиду проблем, связанных с транспортировкой и хранением водорода, такие устройства востребованы в производствах, где наличие этого газа требует технологический цикл. Перечислим основные направления:

  1. Производства, связанные с синтезом хлороводорода.
  2. Изготовление топлива для ракетных двигателей.
  3. Создание удобрений.
  4. Производство нитрида водорода (аммиака).
  5. Синтез азотной кислоты.
  6. В пищевой промышленности (для получения твердых жиров из растительных масел).
  7. Обработка металла (сварка и резка).
  8. Восстановление металлов.
  9. Синтез метилового спирта
  10. Изготовление соляной кислоты.

Несмотря на то, что производство водорода в процессе переработки нефти дешевле, чем его получение путем электролиза, как уже указывалось выше, возникают сложности с транспортировкой газа. Строить опасные химические производства, непосредственно, рядом с перерабатывающими нефть заводами не всегда позволяет экологическая обстановка. Помимо этого водород, полученный путем электролиза, значительно чище, чем при крекинге нефти. В связи с этим на промышленные водородные генераторы всегда высокий спрос.

Бытовое применение

В быту также есть применение водороду. В первую очередь это автономные отопительные системы. Но здесь некоторые особенности. Установки по производству чистого водорода стоят значительно дороже, чем генераторы газа Брауна, последние даже можно собрать самостоятельно. Но при организации отопления дома необходимо учитывать, что температура горения газа Брауна значительно выше, чем у метана, поэтому потребуется специальный котел, который несколько дороже обычного.

В интернете можно встретить немало статей, в которых написано, что для гремучего газа можно использовать обычные котлы, это делать категорически нельзя. В лучшем случае они быстро выйдут из строя, а в худшем могут стать причиной печальных или даже трагических последствий. Для смеси Брауна предусмотрены специальные конструкции с более термостойким соплом.

Необходимо заметить, что рентабельность отопительных систем на основе водородных генераторов вызывает большое сомнение ввиду низкого КПД. В таких системах имеются двойные потери, во-первых, в процессе генерации газа, во-вторых, при нагреве воды в котле. Дешевле для отопления сразу нагревать воду в электрическом бойлере.

Не менее спорная реализация для бытового использования, при которой газом Брауна обогащают бензин в топливной системе двигателя автомобиля с целью экономии.

  • а – генератор ННО (принятое обозначение для газа Брауна);
  • b – отвод газа в камеру сушки;
  • с – отсек для удаления водяных паров;
  • d – возвращение конденсата в генератор;
  • е – подача осушенного газа в воздушный фильтр топливной системы;
  • f – автомобильный двигатель;
  • g – подключение к аккумулятору и электрогенератору.

Нужно заметить, что в некоторых случаях такая система даже работает (если ее собрать правильно). Но точные параметры, коэффициент прироста мощности, процент экономии вы не найдете. Эти данные сильно размыты, и достоверность их вызывает сомнения. Опять же не ясен вопрос, насколько уменьшится ресурс двигателя.

Но спрос порождает предложения, в интернетах можно найти подробные чертежи таких приспособлений и инструкцию по их подключению. Есть и готовые модели, сделанные в стране Восходящего Солнца.

Делаем простейший генератор водорода своими руками пошагово

Расскажем, как можно сделать самодельный генератор для получения смеси водорода и кислорода (ННО). Его мощности на отопления дома не хватит, но для газовой горелки для резки металла количество полученного газа будет достаточным.

  • а – сопло горелки;
  • b – трубки;
  • c – водные затворы;
  • d – вода;
  • е – электроды;
  • f – герметичный корпус.

В первую очередь делаем электролизер, для этого нам понадобится герметичная емкость и электроды. В качестве последних используем стальные пластины (их размер выбираем произвольно, в зависимости от желаемой производительности), прикрепленные к диэлектрическому основанию. Соединяем между собой все пластины каждого из электродов.

Когда электроды готовы их надо укрепить в емкости таким образом, чтобы места подключения проводов питания были выше предполагаемого уровня воды. Провода от электродов идут к блоку питания на 12 вольт или автомобильному аккумулятору.

В крышке емкости делаем отверстие под трубку для выхода газа. В качестве водных затворов можно использовать обычные стеклянные банки емкостью 1 литр. Заполняем их на 2/3 водой и подключаем к электролизеру и горелке, как показано на рисунке 8.

Горелку лучше взять готовую, поскольку не каждый материал может выдержать температуру горения газа Брауна. Подключаем ее к выходу последнего водного затвора.

Читайте также:  Как открыть собственный мини завод по производству цемента

Наполняем электролизер водой, в которую добавлена обычная кухонная соль.

Подаем напряжение на электроды и проверяем работу устройства.

Источник



Установка производства водорода

Назначение

Установка производства водорода предназначена для обеспечения техническим водородом вновь вводимых установок:

  1. изомеризации,
  2. гидроочистки,
  3. гидрокрекинга,
  4. каталитического риформинга.

Строительство установки производства водорода позволит:

Установка производства водорода

  • ликвидировать недостающую потребность в водороде на НПЗ
  • производить водород высокой чистоты (не менее 99,5 % об.), что сокращает объём газа в последующих схемах потребления водорода;
  • улучшить экологические условия на территории предприятия за счёт применения в качестве топлива обессеренного газа с блока КЦА.

Установка производства водорода

Методы производства водорода

  • паровая конверсия метана и природного газа;
  • газификация угля;
  • электролиз воды;
  • пиролиз;
  • частичное окисление;
  • биотехнологии.

Сырье и продукты

На российских НПЗ наиболее распространенным методом получения водорода является паровая конверсия углеводородов (СУГ, нафты, природного газа).

Продуктами являются чистый водород с концентрацией >99% об., а также отдувочный газ, который чаще всего используется в качестве топлива для печей.

Катализаторы

Наиболее часто используемыми в промышленности катализаторами для процесса паровой конверсии являются катализаторы на основе никеля, однако в ряде специфических процессов допускается использование благородных металлов платиновой группы.

Технологическая схема

В состав установки производства водорода входят следующие блоки и узлы:

Принципиальная схема установки производства водорода методом паровой конверсии

  • блок подготовки и очистки сырья;
  • блок предриформинга;
  • блок парового риформинга;
  • блок конверсии и охлаждения конвертированного газа;
  • блок очистки водородсодержащего газа по технологии КЦА;
  • блок утилизации тепла продуктовых потоков и дымовых газов.

Принципиальная схема установки производства водорода методом паровой конверсии 1 – печь риформинга; 2 – реактор гидрообессеривания; 3 – адсорберы; 4 – реактор предриформинга; 5 – реактор конверсии СО; 6 – блок короткоцикловой адсорбции (КЦА)

Очистка сырья

Природный газ поступает в подогреватель, нагревается до температуры 40 °С. Для гидрирования сернистых соединений, содержащихся в сырье, до серо­водорода, требуется небольшое количество водорода.

С этой целью часть водоро­да, полученного на установке, подается в качестве рециркуляционного водорода в поток сырья. Смесь сырья и рециркулирующего водорода, последова­тельно поступая в теплообменники, нагревается до температуры 380 °С, необходимой для предварительной очистки сырья.

Подогретая газосырьевая смесь поступает в реактор гидрообессеривания, где происходит гидрирование соединений серы до H2S. Газосырьевая смесь из реактора последо­вательно проходит через адсорберы, где происходит улавливание хлоридов (НСl) и сернистых соединений (H2S). В каждом из этих реакторов имеется три слоя катализатора:

  • модифицирован­ный оксид алюминия для удаления НСl,
  • оксид цинка,
  • слой специального катализатора для эффективного и глубо­кого удаления H2S.

Предриформинг

Очищенная газосырьевая смесь смешивается с перегретым паром высокого давления. Соотношение расходов регулируется с поддержанием заданного мольного соотношения водяного пара и углерода. Величина значения этого соотношения зависит от типа сырья, подаваемого на установку.

Далее парогазовая смесь нагревается до температуры реакции 475 °С – 500 °С, в змеевике подогрева сырья предриформинга, расположенном в конвек­ционной секции печи парового риформинга и направляется в реактор пред­риформинга.

Предриформинг служит для превращения тяжелых углеводородов, содер­жащихся в сырье, в метан, а также для частичного проведения реакций рифор­минга, при этом эффективность процесса повышается.

В зависимости от типа перерабатываемого сырья, может наблюдаться уве­личение или снижение общей температуры по реактору. Так при переработке бен­зинов увеличивается общая температура по реактору, за счет преобладания про­текания реакций с экзотермическим эффектом, а при переработке природного газа температура по реактору падает, за счет протекания реакций с эндотермическим эффектом.

Риформинг

Парогазовая смесь нагревается до температуры 650 °С в змеевике по­догрева сырья риформинга, расположенном в конвекционной секции печи парового риформинга, и затем поступает в коллектор, расположенный в радиантной секции печи парового риформинга.

В радиантной секции печи парового риформинга смесь сырья и пара посту­пает в катализаторные трубы, находящиеся в радиантной секции печи парового риформинга Н-1, проходит сверху вниз катализаторные трубы. В результате реак­ции, протекающей на катализаторе, загруженном в катализаторные трубы, полу­чается равновесная смесь, состоящая из Н2, СО, СO2, СН4 и Н2O.

Для предотвращения образования кокса и отложения его на катализаторе технологический пар подается в избытке, превышая стехиометрическое количест­во, требуемого на реакцию.

Полученный конвертированный газ (парогазопродуктовая смесь) выходит из печи парового риформинга при температуре 888 °С и далее направляется в те­плообменник. В теплообменнике происходит охлаждение питательной воды до температуры 320-343 °С, регенерированное тепло используется для генериро­вания насыщенного пара высокого давления.

Общий тепловой эффект реакций парового риформинга является в сильной степени эндотермическим, поэтому для достижения требуемой степени конверсии необходим подвод тепла.

Конструкция печи парового риформинга

Печь имеет сложную конструкцию, разработанную с уче­том технологических требований процесса с целью обеспечения безопасной экс­плуатации и хорошими технико-экономическими показателями. Для обеспечения расчетной степени конверсии без перегрева внешней поверхности поддерживает­ся необходимая температура газа в катализаторных трубах. Благодаря небольшо­му диаметру труб увеличивается площадь теплообменной поверхности и улучша­ется перемешивание газа в слое катализатора. В результате печи риформинга ра­ботают при максимальных давлениях и температурах.

По конструкции печь состоит из двух одинаковых радиантных камер, рабо­тающих параллельно, и расположенной над ними общей конвекционной камеры. Процесс паровой конверсии метана осуществляется в реакционных трубах при температуре 780-888 °С за счет внешнего обогрева.

Читайте также:  Декларация по косвенным налогам пример заполнения

Конверсия окиси углерода и охлаждение синтез-газа

Водородсодержащий газ после парового риформинга и охлаждения поступает в реактор высокотемпе­ратурной конверсии, где избыточный пар превращает большую часть СО в С02 и Н2 при прохождении через слой катализатора.

Синтез-газ, подвергнутый конверсии, охлаждается, отдавая тепло потокам системы выработки водяного пара. Далее частично охлажденный синтез-газ поступает в воздушный, а затем на доохлаждение в водяной холодильник, где охлаждается до температуры 35 °С и поступает в сепаратор для разделения смеси на неочищенный водород и технологический конденсат.

Технологический конденсат смешивается с химочищенной водой, посту­пающей из сетей завода и направляется в деаэратор, а неочищенный водород подается в блок короткоцикловой адсорбции.

Короткоцикловая адсорбция водородсодержащего газа

Поток неочищен­ного водородсодержащего газа поступает в блок короткоцикловой адсорбции (КЦА), где происходит удаление примесей в процессе циклической адсорбции. Для выполнения заданной степени концентрирования водорода и удаления при­месей в процессе используются многочисленные адсорбционные слои. Принятая схема блока позволяет извлечь водород с концентрацией 99,5 % (об.) из кон­вертированного газа, а сбросной газ направляется в качестве топлива в реакторную печь.

Блок короткоцикловой адсорбции (КЦА)

Блок короткоцикловой адсорбции (КЦА)

В блоке КЦА происходит очистка конвертированного водородсодержащего газа от примесей метана, окислов углерода путем адсорбции загрязнений на ад­сорбенте при высоком давлении и десорбции при низком давлении.

Блок утилизации тепла дымовых газов

В блоке утилизации тепла дымовых газов и продуктовых потоков произво­дится водяной пар высокого давления за счет охлаждения дымовых газов и про­дуктовых потоков. Одновременно с этим предусмотрено использование тепла дымовых газов для нагрева питательной воды, перегрева производимого водяного пара и подогрева воздуха, подаваемого к горелкам печи.

Материальный баланс

Наименование продукта Измерение Сутки
един. итого %
Входы
Сырьевой газ т 276,00 22,30
Расход пара ВД в предриформинг т 633,60 51,20
Расход пара ВД в риформинг т 327,90 26,50
Сумма сырья т 1 237,50 100,00
Выходы
Водород с установки т 89,70
Расход отдувочного газа с блока КЦА на печь т 605,10
Расход технологического конденсата т 542,70
Сумма продуктов т 1 237,50

Достоинства и недостатки

Недостатки

  • Высокие выбросы дымовых газов в атмосферу
  • Высокие капитальные затраты
  • Высокая стоимость перегретого водяного пара

Достоинства

  • Наиболее проработанный и распространенный вид производства водорода в нефтехимической промышленности
  • Относительно низкие температуры процесса
  • Вариативность проекта установки в зависимости от требований заказчика

Существующие установки

Спрос на водород растет в связи с переходом на потребление более чистых и легких нефтяных топлив, в то время как нефтяное сырье становится все тяжелее. В связи с этим трудно представить современный НПЗ без установки производства водорода. УПВ может отсутствовать только в составе НПЗ, работающих по профилю первичной переработки нефти. Стоит отметить, что для производств, обладающих развитой архитектурой вторичных процессов, ресурсов одной УПВ может быть недостаточно.

Источник

Генераторы водорода электролизного типа

генератор водорода

генератор водорода

ПРЕИМУЩЕСТВА Генераторов водорода ERREDUE S.p.A.

Мы не передаем Вашу персональную информацию третьим лицам. Нажимая кнопку, Вы даете согласие на обработку персональных данных.

Схема генератора водорода

Источником водорода и кислорода в электролизных установках является деминерализованная и глубоко очищенная вода. От качества отчистки воды зависит срок службы всей системы генерации водорода. Соли, которые содержатся в неочищенной технической воде, очень быстро разрушают электроды в электролизере Э-1. Поэтому подготовке воды требуется уделить особое внимание, применив обратноосмотические мембраны.

Подготовленная и очищенная вода подмешивается в щелочной электролит, находящийся в системе электролизёра Э-1, где под воздействием постоянного тока расщепляется на две части водорода и одну часть кислорода. Под воздействием тока в электролизере образуется своего рода пена, содержащая пузырьки газа, со стороны анода – кислород, со стороны катода – водород. Далее пена, содержащая пузырьки газа, попадает в скруббер СЭ-1, 2, где пузырьки водорода и кислорода лопаются, высвобождая газ и происходит очищение от электролита на коалесцентном фильтре.

Далее газ попадает в теплообменник Т-3, 4, где происходит его охлаждение до температуры

5 °C и последующее отделение остаточного содержания влаги в конденсаторе С-1,2. Сконденсированный электролит и электролит из скрубберов, проходя через теплообменники Т-1,2, охлаждается и снова подает в электролизер с помощью насоса ЦН-1.

Очищенный от капельной влаги водород имеет название – «сырой» из-за остаточного содержания влаги и содержит порядка 0,1-0,5% кислорода. Полученный газ кислород может быть использован, но часто он сбрасывается на свечу.

Сырой водород поступает в реактор катализатор РК-1. Данный реактор содержанит палладиевый катализатор, под воздействием которого кислород вступает в реакцию с водородом, образуя воду. В результате реакции практически весь кислород расходуется на образования воды, и его остаточное содержание в водороде составляет от 1 до 5 ppm.

Очищенный от кислорода водород с большим содержанием влаги подается на адсорбционный осушитель, где происходит отделение влаги до точки росы -70 °C и водород может быть направлен потребителю.

Источник