Wodór – zielone złoto. Jak i dlaczego – czyli technologie wytwarzania wodoru (cz.II)

Obecnie na skalę przemysłową wodór wytwarzany jest głównie dla potrzeb przemysłu chemicznego, do syntezy amoniaku i metanolu, a także w przemyśle petrochemicznym. Ok. połowy produkowanego wodoru otrzymuje się z gazu ziemnego, jedną trzecią z płynnych paliw węglowodorowych, jedną piątą z węgla, a tylko 4 proc. uzyskiwane jest na drodze elektrolizy wody.

W zależności od technologii wytwarzania wodoru i związanej z nią emisją CO2 do atmosfery, umowne widma barw wodoru mogą przyjmować kolor np. zielony, szary, niebieski, a nawet turkusowy czy różowy.

Główne metody produkcji wodoru przedstawiono na rysunku poniżej.

Konwersja paliw węglowodorowych

Do technologii produkcji wodoru z paliw gazowych i ciekłych należą technologie reformingu parowego, półspalania i reformingu autotermicznego.

Pośród technologii reformingu metanu zdecydowanie najbardziej rozpowszechniona jest technologia reformingu parowego. Proces reformingu parowego polega na reakcji metanu z wodą w obecności katalizatora niklowego do gazu syntezowego stanowiącego głównie mieszaninę CO i H2. Technologia produkcji czystego wodoru z wykorzystaniem reformingu parowego zwykle obejmuje przygotowanie surowca, reforming parowy, konwersję CO oraz separację wodoru.

Zastosowanie reformingu parowego i układu PSA pozwala na uzyskanie wodoru o czystości 99,99 proc. W procesie reformingu parowego zamiast metanu można zastosować ciekłe węglowodory (benzyna, paliwo lotnicze) lub gazowe węglowodory, takie jak etan, propan i n-butan.

Reforming autotermiczny to proces konwersji gazu ziemnego lub ciekłych węglowodorów przy wykorzystaniu pary i tlenu, realizowany zwykle w wysokich ciśnieniach. W procesie, który ma charakter egzotermiczny, ciepło niezbędne do realizacji konwersji metanu parą wodną dostarczane jest przez jego częściowe spalanie. Podstawową zaletą procesu jest korzystny, z punktu widzenia syntezy chemicznej, stosunek wodoru do tlenku węgla w produkowanym gazie.

Zgazowanie węgla

W najprostszym układzie wodór z węgla jest produkowany obecnie przez zgazowanie węgla parą wodną i tlenem do gazu syntezowego, o typowym procentowym składzie objętościowym: 25–30 proc. wodoru, 30–60 proc. tlenku węgla, 5–15 proc. dwutlenku węgla, 2–30 proc. pary wodnej i 0–5 proc. metanu.

Podczas zgazowania zachodzą też reakcje uboczne, prowadzące do powstania zanieczyszczeń, których zawartość w gazie syntezowym wynosi: 0,2–1 proc. siarkowodoru, 0–0,1 proc. siarczku karbonylu, 0,5–4 proc. azotu, 0,2–1 proc. argonu oraz 0–0,3 proc. amoniaku z cyjanowodorem.

Rozwiązaniem alternatywnym do konwersji gazu syntezowego do wodoru gazowego może być jego konwersja do cieczy (produkty procesu Fischer-Tropsch, metanol) wykorzystywanych jako paliwa płynne lub surowce do produkcji wodoru w procesie reformingu do zastosowań w ogniwach paliwowych.

Pełna treść artykułu

Sebastian Kozikowski, Krzysztof Szymlek
Eksperci Urządzeń Ciśnieniowych, Urząd Dozoru Technicznego Oddział w Gdańsku

Źródło: Inspektor – Technika i Bezpieczeństwo Nr 3/2021

Cdn.

Czytaj również

Wodór – zielone złoto. Szansa czy wybór – a może jedno i drugie?