Das Funktionsprinzip
Herstellung von Wasserstoff
Wasserstoff kann durch die Reformierung von Erdgas oder höheren Kohlenwasserstoffen gewonnen werden. Dabei wird in der ersten Stufe, der Rohgas-Konditionierung, das Erdgas mit Wasserstoff angereichert. Bevor es der nächsten Stufe, der Entschwefelung, zugeführt wird, wird es auf ca. 380° C vorgewärmt. Im oberen Teil eines Reaktors werden organische Schwefelverbindungen in H2S umgewandelt. Im unteren Teil werden die Schwefelwasserstoffe von Zinkoxid (ZnO) absorbiert. Ihr Gehalt wird so auf <0.2 ppm im Rohgas reduziert.
ZnO + H2S → ZnS + H2O
Das entschwefelte Rohgas wird mit Dampf gemischt, überhitzt und der Vor-Reformierung zugeführt. Diese Stufe dient der Konvertierung von höheren Kohlenwasserstoffen. Das vorreformierte Rohgas wird wieder überhitzt. Im Reformer selbst erfolgt die Umsetzung des Gemisches aus Rohgas und Dampf mittels eines Katalysators auf Nickelbasis. Es entsteht das sogenannte Synthesegas, ein Gemisch aus Wasserstoff, CO, CO2 und Methan, entsprechend der Temperatur und den Koreaktionen nach den Gleichgewichtsgleichungen:
CH4 + H2O → CO + 3 H2
CO + H2O → CO2 + H2
Das Synthesegas verlässt den Reformer mit einer Temperatur von etwa 850° C bis 950° C und wird der nächsten Stufe, der CO-Konvertierung, zugeführt. Unter Anwendung eines auf Eisenoxidbasis arbeitenden Katalysators, wird der Grossteil des CO mit Wasserdampf zu CO2 umgesetzt:
CO + H2O → CO2 + H2
Damit wird die gewonnene Wasserstoffmenge erhöht.
Die letzte Stufe bildet die Wasserstoffreinigung. Das Synthesegas aus dem Konverter wird gekühlt, der noch vorhandene Überschussdampf kondensiert und ausgeschleust. Mit einer PSA-Anlage (Pressure SwingAdsorption) wird das mit Wasserstoff angereicherte Gas durch Druckwechseladsorption bis zu 99,999+ Prozent gereinigt. Ein geringer Teil des Reinwasserstoffs wird der Entschwefelung zugeführt.
Das Spülgas, das bei der Reinigung der PSA-Anlage anfällt, wird als Heizgas für den Reforming-Reaktor genutzt. Der Reinwasserstoff wird dem Kunden über Pipeline oder über Trailer zugeführt. Die Wasserstoffreinigung ist auch über Tieftemperaturverfahren (kryogene Verfahren) oder mittels Membranverfahren möglich.
Energie-Nutzung
Die Reformergaswärme wird über Dampferzeugung, Erdgasanwärmung und durch Anwärmung des Kesselspeisewassers zurückgewonnen.