„Grundlagenwissen“ für den Petrochemiebereich: Wasserstoffherstellung durch Wassergasumwandlung

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Dieser Beitrag wurde zuletzt von Yitailong'er am 12.03.2016 um 21:41 bearbeitet. Als Rohstoff wird Erdgas verwendet; mithilfe von Wasserdampf wird eine wasserstoffreiche Mischung erzeugt. Dabei wird ein in der Herstellung von Ammoniak bereits etablierter Prozess zur Erzeugung von Gas verwendet. Der Prozess umfasst zwei Schritte: die Desulfurisierung von Erdgas und die Dampfumwandlung von Kohlenwasserstoffen. Die Entschwefelung erfolgt bei bestimmten Druck- und Temperaturbedingungen, wobei das Rohgas durch Entschwefelungsmittel wie Manganoxid und Zinkoxid dazu gebracht wird, seinen organischen sowie anorganischen Schwefelgehalt auf ein Niveau zu senken, das unter dem von den Umwandlungskatalysatoren zulässigen Wert von 0,12 × 10⁻⁶ liegt. Die Dampfumwandlung von Kohlenwasserstoffen erfolgt unter Verwendung von Wasserdampf als Oxidationsmittel. Unter dem Einfluss eines Nickelkatalysators finden die folgenden Hauptreaktionen statt, wodurch ein mit Wasserstoff angereichertes Gemisch entsteht:
CH₄ + H₂O → CO + 3H₂ – 210 kJ·mol⁻¹
CO + H₂O → CO₂ + H₂ – 43,15 kJ·mol⁻¹
Die Reaktions Temperaturen liegen bei über 800 °C. Die Gesamtenergie, die bei diesen Reaktionen freigesetzt wird, ist stark endotherm; diese Energie wird durch das Verbrennen von Erdgas bereitgestellt. Der Druckverlust trägt dazu bei, die Umwandlungsrate von Methan zu erhöhen. Doch um den Anforderungen der Adsorptionsreinigung sowie den Druckanforderungen für reines Wasserstoffprodukt gerecht zu werden – und auch aus wirtschaftlichen Gründen bezüglich der Anlagen – wird der Reaktionsdruck in der Regel auf über 115 MPa gehalten. Mithilfe von Adsorptionsanlagen kann reines Wasserstoffgas in einem Anteil von 99,19 % bis 99,1999 % gewonnen werden. Die Ausbeute an H₂ kann dabei über 70 % betragen. Hauptverbrauchswerte (basierend auf 1 Nm³ Wasserstoff mit einer Reinheit von 99,1–99 %; gleiches gilt für die folgenden Werte): Rohgas: 0,148 Nm³; Brenngas: 0,112 Nm³; Wassermenge für die Kessel: 11,7 kg; Stromverbrauch: 0,12 kW·h. Der Methangehalt in Erdgas beträgt 96,19 % (Volumenanteil).