Wasserstoff-Reinigungsverfahren ohne PSA-System

Bei der Reinigung von Wasserstoff ohne PSA-System durchläuft das Gas aus der Dampfreformereinheit mehrere Umwandlungsstufen, um den Gehalt an Kohlenmonoxid (CO) zu minimieren. Das Kohlendioxid wird in der Reinigungseinheit (CO2-Wascheinheit) entfernt. Das verbleibende Kohlenmonoxid und Kohlendioxid reagiert in einem Methanreaktor zu Methan. Der erzeugte Wasserstoff enthält weniger als 10 ppmv an Kohlenoxiden, kann aber je nach Intensität der Reformierungsreaktion nur eine Wasserstoffkonzentration zwischen 92 und 97 % erreichen.

Zum besseren Verständnis dieser Methode siehe das entsprechende Prozessschema unten.

Wasserstoff-Reinigungsverfahren mit PSA-System

Durch den Einsatz der Wasserstoffreinigungstechnologie mittels Adsorptionsverfahren (Poly-Bed PSA System) werden Kohlendioxid- und Methan aus dem Prozess entfernt. Das PSA-System entfernt das unerwünschte Methan, indem es Kohlenmonoxid und Kohlendioxid als Brenngas für den Dampfreformierungsofen verwendet.

Das Gas aus der Dampfreformierungsreaktion im Hauptreaktor (Steam Reformer) gelangt in den Shift-Reaktor (Shift Reactor), wo Kohlenmonoxid in Kohlendioxid und Wasserstoff umgewandelt wird. Beim Verlassen dieser Einheit wird das Gas, das etwa 75 % Wasserstoff enthält, zusammen mit Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und einem Teil des Methans nicht verwendet. Außerdem ist in diesem Stadium mit etwas Stickstoffgas zu rechnen, wenn der Dampfreformer Stickstoff enthält.

Bei diesem Verfahren fangen die unter Druck arbeitenden Adsorptionstürme in regelmäßigen Abständen Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und andere vorhandene Verunreinigungen ab und erzeugen hochreinen Wasserstoff.

Zum besseren Verständnis dieses Verfahrens wird auf das nachstehende Prozessschema verwiesen.

Neben dem Wasserstoffprodukt (bis zu 99,999 % Reinheit), dem Hochdruckprodukt des Systems, erzeugt das PSA-System einen Niederdruck-Gasstrom, d. h. unreine Gase (Tail Gas). Dabei handelt es sich um alle Verunreinigungen im Speisegas und einen Teil des Wasserstoffs in der Regenerationsphase des Adsorberbettes. Je nach Zusammensetzung des Einsatzgases hat dieses Nebenprodukt einen Heizwert von etwa 106-212 BTU / SCF (oder 4000 – 8000 kJ / Nm3), der als Brennstoff in einem Dampfreformierungsofen verwendet wird und 50 % bis 90 % der Wärmeenergie für diese Einheit liefern kann.

Zum ordnungsgemäßen Betrieb des Ofens ist eine Mischtrommel im Niederdruck-Austrittsweg (Tail Gas Drum) vorgesehen, die den Zyklus der Prozessänderungen steuert, um den Heizwert des Abgases zu erhalten.

PSA-Systeme, die von Spitzenherstellern geliefert werden und eine höhere Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit aufweisen, sind zweifellos die wirtschaftlichste Art der Wasserstofferzeugung. Darüber hinaus werden effiziente Systeme auch im Hinblick auf die Senkung des Energieverbrauchs und die Einhaltung der Umweltgesetze betrachtet.

Aufbau eines Wasserstoffreinigungssystems nach dem PSA-Verfahren

Ein System zur Erzeugung von Wasserstoffgas nach dem Absorptionsverfahren (H2-Reinigungsanlage) besteht in der Regel aus den folgenden Hauptkomponenten:

  • Prozesstürme (Adsorbergefäße)
  • Adsorbermaterialien
  • Niederdruck-Reingasbehälter (Tail Gas Drum)
  • Gehäuse mit Rohrleitungssystemen, Regelventilen und Präzisionsinstrumenten (Valve Skid Unit)
  • Steuerungssystem (PLC)

Einige Anmerkungen:

  • Trotz der einfachen Prinzipien dieses Prozesses weist er doch eine gewisse Komplexität und Sorgfalt in der Entwurfs- und Konstruktionsphase der Systemkomponenten auf.
  • Die Erstellung und der Betrieb eines genauen und angemessenen Zeitplans für Prozessphasen wie Adsorption, Regeneration, Verdichtung, Entladung usw. ist eines der Prinzipien und Komplexitäten des Systems.
  • Es ist sehr wichtig, Maßnahmen zur Überwachung von Druck- und Durchflussschwankungen im System zu vorzusehen.
  • In diesem System liegt der Eingangsdruck normalerweise zwischen 6 und 40 bar, und der Ausgangsdruck ist etwa 1 bar niedriger als der Eingangsdruck.
  • Der Wasserstoffreinigungsprozess in diesem System umfasst die folgenden 4 Hauptschritte:
  • Adsorptions: In diesem Schritt werden die Verunreinigungen im Feedgas adsorbiert und der Wasserstoff wird aus dem Erzeugungsturm entfernt. In diesem System wird nach Sättigung des Adsorbens im ersten Turm lückenlos der zweite Turm in Betrieb genommen, um die Kontinuität der Wasserstoffgasproduktion zu gewährleisten.
  • Druckentlastung: umfasst eine mehrstufige Druckreduzierung im Betriebsturm. Die letzte Stufe dieses Teils ist der Generator für hochreinen Wasserstoff zur Regeneration des Adsorptionsmittels im vorherigen Betriebsturm.
  • Regeneration: Unreine Gase werden in zwei Vorstufen (Dump) und einer Hauptentladung (Purging) aus dem System entfernt.
  • Wiederbeaufschlagung: Bevor die Adsorption wieder aufgenommen werden kann, muss der regenerierte Turm wieder unter Druck gesetzt werden. Dies geschieht unter Verwendung von reinem Wasserstoff aus druckreduzierenden Adsorbents. Da der erforderliche Druck im System mit dieser Menge an reinem Wasserstoff nicht erreicht werden kann, wird der erforderliche Druck mit einem abgezweigten Strom aus der Wasserstofferzeugungsanlage aufgebracht.

PSA-Wasserstoffgas-Produktionssystem bei HATCO

HATCO ist stolz darauf, das erste einheimische Unternehmen zu sein, das die Technologie für dieses strategische Produkt lokalisiert und die Abhängigkeiten des Landes reduziert. Mit Hilfe unserer wertvollen Erfahrungen konnten wir als erstes iranisches Unternehmen als einheimischer strategischer Partner von erstklassigen Unternehmen wie Linde und Air Liquide eingeführt werden.

Auf dieser Grundlage ist HATCO bereit, Wasserstoffreinigungsanlagen (H2-Reinigungsanlagen) im Land nach den höchsten Standards der Welt zu bauen und in allen Phasen der Planung, des Designs, des Baus, der Installation und Inbetriebnahme sowie der Schulung mit weltbekannten Herstellern zu konkurrieren. Bereitstellung der erforderlichen Betreiber- und Kundendienstleistungen.

Vorteile und Merkmale

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  • Produktrealisierungsprozesse nach DIN ISO 9001; 2015
  • Einhaltung der Systemsicherheitsstandards wie ISO/TS 19883; 2017
  • Hohe Kapazitäten von bis zu 60.000 Kubikmetern pro Stunde
  • Wasserstoff-Reinheitsgrad von bis zu 99,999%
  • Einsatz der besten Adsorptionsmaterialien mit einer Nutzungsdauer von mindestens 10 Jahren
  • Auslegung der Druckbehälter nach ASME Sec. VIII. Dev. 1
  • fortschrittlichen Steuerungssystem (PLC) der Firma Siemens
  • Fähigkeit zur Anpassung des Durchflusses und der Reinheit des Systems an die Nutzung
  • automatischer Betrieb der Anlage ohne Bediener
  • Automatische Systemoptimierung hinsichtlich Produktreinheit und Minimierung des Energiebedarfes
  • Minimaler Platzbedarf für die Installation
  • Schnelle und einfache Installation
  • Hervorragender Support und Service für 15 Jahre