Získávání vodíku z rafinérských plynů

V některých rafinériích se vodík získává z plynů odcházejících z různých procesů, např. hydrokrakování, hydrorafinace, fluidní katalytické krakování apod. V těchto plynech je vodík značně zředěn plynnými uhlovodíky, zejména metanem. Vodík se z těchto plynů získává kryogenní fázovou separací, adsorpcí nebo difuzí.

Kryogenní fázová separace. Při tomto způsobu získávání vodíku jsou z plynu obsahujícího vodík nejprve odstraněny vypíráním kyselé plyny (CO2 a H2S) a sušením voda. Poté je plyn ochlazen na cca -150 °C při tlaku 1,4 - 3,5 MPa, čímž dojde ke zkondezování všech uhlovodíků včetně metanu. V plynné fázi zůstane vodík o čistotě cca 90 % obj. Proces je poměrně energeticky náročný, protože plyny je nutno ochladit na velmi nízkou teplotu. Používá se pro získávání vodíku hlavně v případech, kdy je k dispozici velké množství plynu obsahujícího další hodnotné uhlovodíky, např. lehké alkeny (plyny z pyrolýzy, FCC apod.).

Difuze. Difuzní procesy separují vodík od metanu a jiných plynů pomocí speciálních polopropustných membrán. Vodík má malou molekulu a difunduje skrz membránu, zatímco ostatní plyny membránou neprocházejí. Čistota získaného vodíku se v závislosti na složení surového plynu pohybuje v rozmezí 90 - 98 % obj.

Difuze na membránách, které jsou zhotovené z palladia nebo slitiny palladia a stříbra, probíhá při teplotě cca 350 °C a tlaku 2 MPa. Pro získávání vodíku z rafinérských plynů se používají také asymetrické membrány založené na acetylcelulóze nebo dutých vláknech z polysulfonu s aktivní vrstvou ze siloxanu. Difuze probíhá v řadě separátorů řazených za sebou při teplotě až 100 °C a počátečním tlaku až 15 MPa.

Adsorpce. Při adsorpčních procesech jsou nežádoucí látky z plynu obsahujícího vodík adsorbovány na aktivním uhlí (záchyt CO2, CH4 a jiné uhlovodíky) a zeolitovém molekulovém sítu (záchyt CO). Po nasycení adsorbentu v jednom adsorbéru se proud plynu vede do druhého adsorbéru a první adsorbér se regeneruje, tj. vytěsní se z něj adsorbované uhlovodíky.

Příkladem adsorpčního procesu používaného k získávání vodíku z rafinérských plynů je proces PSA (Pressure Swing Adsorption). Jednotka PSA má obvykle 4 - 12 adsorbérů. Typický cyklus adsorbéru, který trvá 3 - 10 minut, se skládá z těchto činností:

  • Adsorpce plynů doprovázejících vodík za tlaku cca 2,8 MPa, adsorbér produkuje čistý vodík.
  • Postupné snižování tlaku v adsorbéru až na cca 0,4 MPa, uvolňovaný plyn, který obsahuje velké množství vodíku, se používá na promývání adsorbérů nacházejících se ve fázi 3.
  • Další snížení tlaku na 0,2 MPa, desorpce nečistot a promývání adsorbéru plyny uvolňovanými z jiného adsorbéru ve fázi 2. Desorbované plyny a promývací plyn s uvolněnými nečistotami se vedou do zásobníku odpadních plynů.
  • Tlakování adsorbéru plyny, ze kterých se v následující fázi 1 bude získávat čistý vodík.
Schématické znázornění jednotlivých fází adsorbéru v jednotce PSA
Schématické znázornění jednotlivých fází adsorbéru v jednotce PSA

Adsorpce a desorpce se provádí při téměř stejné teplotě okolo 40 °C. Přesným automatickým přepínáním režimů v jednotlivých adsorbérech se dosahuje kontinuální produkce vodíku o čistotě až 99,9 % obj. V závislosti na složení rafinérských plynů a použité technologii dosahuje účinnost PSA při získávání vodíku 70 - 90 %, zbytek vodíku zůstává v odpadních plynech, které se používají v rafinérii k otopu pecí.

Kontakty


fiogf49gjkf0d
Vysoká škola
chemicko-technologická
Technická 5
166 28 Praha 6 - Dejvice

Ústav technologie ropy a alternativních paliv
Ing. Daniel Maxa, Ph.D.
daniel.maxa@vscht.cz
Odborný garant

fiogf49gjkf0d
Odborným garantem tohoto portálu je Česká národní rada světové rady pro ropu (WPC). Česká národní rada reprezentuje Českou republiku ve Světové radě pro ropu.

WPC


Světová rada pro ropu (World Petroleum Council – WPC) je mezinárodní nevládní organizace, jejíž cílem je prosazování využití vědeckého pokroku, přenosu technologií a posuzování ekonomických, finančních, environmentálních a sociálních vlivů na využívání ropy. Více informací...

Odběr novinek


Přihlásit k odběru novinek
Partner projektu

VŠCHT Praha

VŠCHT Praha

fiogf49gjkf0d
Vysoká škola chemicko-technologická v Praze je největší vzdělávací institucí svého druhu ve střední Evropě. Její témeř 200 letá tradice v kombinaci s progresivními studijními obory a mezinárodním renomé otevírá každému studentovi přístup ke špičkovým technologiím, možnostem zahraničních stáží a je následně vstupenkou k prestižnímu, dobře ohodnocenému uplatnění doma i v zahraničí. Více informací...