Процесс превращения сухого газа нефтеперерабатывающего завода в водород 

Процесс превращения сухого газа нефтеперерабатывающего завода в водород

Ⅰ. Источник и состав сухого газа НПЗ

Сухой газ НПЗ - это неконденсируемый газ, выделяющийся в процессе переработки (каталитического крекинга, термического крекинга, замедленного коксования и т.д. тяжелой нефти), обычно известный как дистиллятный газ. На установке каталитического крекинга образуется наибольшее количество сухого газа, составляющее примерно 4-5 % от объема перерабатываемой нефти, и его типичный состав составляет 25-40 % водорода, 10-20 % этилена; в сухом газе замедленного коксования преобладают метан и этан. Помимо прямого топлива, сухой газ также может использоваться в качестве химического сырья, которое содержит водород для нефтеперерабатывающих заводов и является потенциальным ресурсом для производства водорода.

Ⅱ.Во-вторых, технологический маршрут производства водорода из сухого газа

В настоящее время в промышленности, как правило, используется маршрут "риформинг водяного пара легких углеводородов + разделение методом качающейся адсорбции под давлением (PSA)", процесс которого очень похож на производство водорода из природного газа, как показано на рисунке, и включает в себя в основном следующие этапы:

1. гидрирование, сжатие и десульфуризация сухого газа
Сухой газ нефтепереработки сначала сжимается и гидрируется для преобразования органической серы в сероводород, который легко удалить, а затем используется твердый десульфуризатор для снижения общего содержания серы до менее чем 0,1 ppm, чтобы избежать последующего отравления катализатора.

2. Конверсия паров сухого газа
После обессеривания сухой газ смешивается с водяным паром и поступает в трубу конверсионной печи, где под действием катализатора на основе никеля при температуре 750-850 °C происходит реакция риформинга, в результате которой образуется конверсионный газ, в котором преобладают H₂ и CO.

3. Конверсия CO
Реформированный газ подвергается средне- или низкотемпературной реакции риформинга для дальнейшей реакции СО с водяным паром с образованием H₂ и CO₂ для увеличения выхода водорода.

4. Очистка PSA
Преобразованный богатый водородом газ поступает в адсорбционное устройство переменного давления, и за счет многобашенного переключения адсорбции/десорбции чистота водорода повышается до более чем 99,9%, а отходящий газ (в основном CH₄, CO, CO₂) возвращается в топливную систему или используется для других целей.

Ⅲ.В-третьих, характеристики и состояние технологии

● Зрелая технология: основные узлы производства водорода из сухого газа (паровой риформинг, конверсия СО, PSA) широко используются в производстве водорода из природного газа, обладая высокой универсальностью оборудования.
● Высокий выход водорода: на примере сухого газа FCC выход водорода может достигать более 90 % от содержания водорода в исходном сухом газе.
● Низкое энергопотребление: поскольку сухой газ уже содержит 25-40 % водорода, нагрузка риформинга ниже, чем у природного газа, и соответственно снижается потребление топлива.

Ⅳ.Экономика и направление развития

Несмотря на техническую осуществимость, сухой газ нефтепереработки, являющийся побочным продуктом переработки, имеет высокую альтернативную стоимость, если используется непосредственно для производства водорода:
● Глубокая переработка сухого газа (например, извлечение этилена, алкилирование, ароматизация и т. д.) может создать более высокую добавленную стоимость;
● Производство водорода из побочных продуктов нефтепереработки, таких как нафта, тяжелая нефть, нефтяной кокс и т.д., также имеет недостаток в стоимости.

Поэтому в документе отмечается, что "производство водорода из побочных продуктов нефтепереработки не рекомендуется в качестве направления развития производства водорода на НПЗ", а приоритет следует отдать производству водорода электролизом из возобновляемых источников энергии, чтобы соответствовать тенденциям сокращения выбросов углерода и "зеленой" нефтепереработки.

Технология сухого газообразного водорода на НПЗ предоставляет нефтеперерабатывающим заводам гибкое и надежное дополнение к водороду, но в контексте оптимального распределения ресурсов и углеродной нейтральности ее роль должна позиционироваться как "переходное" или "аварийное" решение. В будущем, по мере дальнейшего снижения стоимости возобновляемой электроэнергии, "зеленый" водород постепенно заменит побочный водород на НПЗ и станет основным путем глубокой декарбонизации для нефтеперерабатывающих заводов и нефтехимической промышленности.