Совмещенный способ производства водорода и воды

Совмещенный способ производства водорода и воды

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Настоящая заявка связана с заявкой на патент США № 14/061377, озаглавленной “Hydrogen Production Process with High Export Steam” (Способ производства водорода с высоким выходом пара), поданной одновременно с настоящей заявкой.

Уровень техники

В процессе каталитического парового реформинга углеводородов расходуется большое количество воды. Ориентировочно 5 кг воды потребляется на каждый килограмм произведенного углеводорода. Эффективное использование воды особенно важно в тех регионах, где воды недостаточно.

В промышленности существует потребность в уменьшении количества потребляемой в процессе каталитического парового реформинга углеводородов воды (т.е. подпиточной воды), особенно в тех регионах, где воды недостаточно.

В промышленности также существует потребность в уменьшении или исключении затрат на обработку воды на установке каталитического парового реформинга углеводородов. В настоящее время подпиточную воду на установке каталитического парового реформинга углеводородов необходимо обрабатывать так, чтобы она отвечала требованиям, предъявляемым к питательной воде котла. Эта обработка включает фильтрацию с целью удаления твердых частиц, деминерализацию с целью удаления минеральных примесей и деаэрацию с целью удаления растворимых газов, таких как О₂ и СО₂.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение относится к способу производства Н₂-содержащего продукта и одного или нескольких продуктов в виде жидкой воды и направлено на удовлетворение сформулированных выше потребностей промышленности. Н₂-содержащий продукт производится с использованием процесса каталитического парового реформинга углеводородов.

В процессе каталитического парового реформинга углеводородов сжигают большое количество углеводородного топлива с целью получения тепла для осуществления реакций реформинга. Газообразные продукты горения (дымовой газ) содержит водяной пар, являющийся продуктом реакции горения. Количество воды в газообразных продуктах горения может составлять от примерно 60% до примерно 90% общего количества воды, вступившего в реакцию реформинга. Извлечение воды из газообразных продуктов горения может значительно снизить дополнительную потребность в воде для процесса каталитического парового реформинга углеводородов.

В традиционных процессах каталитического парового реформинга углеводородов извлечение воды из газообразных продуктов горения до сих пор не осуществляли, так как это дорого. До того, как воду в газообразных продуктах горения можно сконденсировать, от газообразных продуктов горения необходимо отводить большое количество низкопотенциальной физической теплоты. Традиционно это тепло сбрасывали в атмосферу. Следовательно, извлечение воды должно покрывать не только стоимость оборудования и системы охлаждения для конденсации воды, но также и стоимость оборудования и системы охлаждения для сброса физической теплоты, что делает извлечение воды с использованием известных конструкций установок реформинга коммерчески неосуществимым.

Промышленности требуются рентабельные способы извлечения воды из газообразных продуктов горения. Настоящее изобретение помогает достичь этой цели путем исключения или снижения расходов, связанных со сбросом в атмосферу низкопотенциальной физической теплоты газообразных продуктов горения.

Низкопотенциальная физическая теплота, отводимая от газообразных продуктов горения (дымового газа) и от продукта реформинга, используется для нагревания подпиточной воды до подачи подпиточной воды в деаэратор. Газообразные продукты горения дополнительно охлаждают в конденсаторе с целью отделения от газообразных продуктов горения конденсирующейся воды, тем самым, получая, по меньшей мере, часть одного или нескольких продуктов в виде жидкой воды.

Отведение низкопотенциальной физической теплоты от газообразных продуктов горения с целью нагревания подпиточной воды делает возможным исключение необходимости сбрасывания или уменьшение количества низкопотенциальной физической теплоты, которое нужно сбросить в атмосферу до того, как вода будет путем конденсации отделена от газообразных продуктов горения, и, тем самым, снижение стоимости извлечения воды. Рабочий механизм зависит от количества отводимого пара, образующегося в процессе производства водорода.

Когда желательно значительное образование отводимого пара, физическую теплоту, направляемую на нагревание подпиточной воды, рециркулируют в процесс производства водорода с целью повышения его теплового КПД. Эта часть физической теплоты, отведенной от газообразных продуктов горения, реализует свою стоимость, повышая эффективность производства водорода, следовательно, не вносит вклад в стоимость извлечения воды из газообразных продуктов горения, что делает извлечение воды более рентабельным.

Когда нужно среднее или малое образование отводимого пара, нагревание подпиточной воды с использованием газообразных продуктов горения, по существу, переносит низкопотенциальную физическую теплоту газообразных продуктов горения в продукт реформинга. Низкопотенциальную физическую теплоту затем используют в качестве источника тепла для процесса термоочистки воды, такого как процесс многокорпусной перегонки или процесс многостадийной мгновенной дистилляции, с целью получения очищенной воды. Эта часть физической теплоты, отведенной от газообразных продуктов горения, реализует свою стоимость в производстве очищенной воды, следовательно, не вносит вклад в стоимость извлечения воды из газообразных продуктов горения, что делает извлечение воды более рентабельным.

При малом образовании отводимого пара дополнительную физическую теплоту газообразных продуктов горения используют в качестве источника тепла для процессов термоочистки воды и получения очищенной воды. Эта дополнительная часть отведенной физической теплоты реализует свою стоимость в производстве очищенной воды и, следовательно, не вносит вклада в стоимость извлечения воды из газообразных продуктов горения, что делает извлечение воды более рентабельным.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения совмещается процесс каталитического парового реформинга углеводородов и процесс термоочистки воды, такой как процесс многокорпусной перегонки или процесс многостадийной мгновенной дистилляции, путем использования низкопотенциального тепла продукта реформинга и дополнительной физической теплоты газообразных продуктов горения в процессе термоочистки воды.

При таком необязательном совмещении обеспечивается дешевый источник энергии для термоочистки воды. Такое совмещение также обеспечивает новый сток теплоты (т.е., тепло для термоочистки воды) и источник высокочистой воды для процесса каталитического парового реформинга углеводородов. В настоящем изобретении этот новый сток теплоты и источник высокочистой воды используются для перекомпоновки системы регенерации тепла продукта реформинга и упрощения системы обработки воды в процессе каталитического парового реформинга углеводородов и, тем самым, для удовлетворения сформулированных выше потребностей промышленности.

Как уже вкратце изложено, данный способ имеет несколько аспектов. Далее будут описаны конкретные аспекты этого способа. Ссылочные номера и формулировки, приведенные в скобках, относятся к примерным вариантам осуществления изобретения, дополнительно поясняемым далее со ссылкой на чертежи и даны для удобства читателя. Однако эти ссылочные номера и формулировки служат только для пояснения и не ограничивают описываемый аспект каким-либо конкретным компонентом или отличительной особенностью примерного варианта осуществления изобретения. Эти аспекты можно сформулировать как пункты формулы изобретения, в которых ссылочные номера и формулировки, приведенные в скобках, могут быть опущены или заменены в соответствующих случаях на другие.

Аспект 1. Способ, включающий:

(а) подачу исходной газовой смеси (15) реформинга во множество содержащих катализатор трубок (20) реформинга в печи (10) реформинга, осуществление реакции реформинга с участием исходной газовой смеси (15) реформинга в условиях реакции, эффективных для образования продукта (25) реформинга, содержащего Н₂, СО, СН₄ и Н₂О, и отведение продукта (25) реформинга из множества содержащих катализатор трубок (20) реформинга;

(b) сжигание топлива (5) с газом-окислителем (3) в камере сгорания (30) печи (10) реформинга вовне множества содержащих катализатор трубок (20) реформинга в условиях, эффективных для сгорания топлива (5) с образованием газообразных продуктов (35) горения и выделением тепла, являющегося источником энергии для реакции исходной газовой смеси (15) реформинга внутри множества содержащих катализатор трубок (20) реформинга, и отведение газообразных продуктов (35) горения из камеры сгорания (30);

(с) нагревание первого питающего потока (87) воды путем косвенного теплообмена с газообразными продуктами (35) горения и, тем самым, охлаждение газообразных продуктов (35) горения;

(d) нагревание второго питающего потока (85) воды путем косвенного теплообмена с продуктом (25) реформинга, отводимым из множества содержащих катализатор трубок (20) реформинга, и, тем самым, охлаждение продукта (25) реформинга;

(е) направление первого питающего потока (87) воды и второго питающего потока (85) воды в деаэратор (110), при этом первый питающий поток воды направляют в деаэратор (110) после его нагревания газообразными продуктами (35) горения, а второй питающий поток воды направляют в деаэратор (110) после его нагревания продуктом (25) реформинга, отделение растворенных газов от первого питающего потока (87) воды и от второго питающего потока (85) воды в деаэраторе (110), отведение из деаэратора (110) отходящего потока (17), при этом отходящий поток (17) содержит пар и газы, образующиеся из растворенных газов, отделенных от первого питающего потока (87) воды и от второго питающего потока (85) воды, и отведение из деаэратора (110) питающего потока (123) воды котла, при этом питающий поток (123) воды котла содержит, по меньшей мере, часть первого питающего потока (87) воды и, по меньшей мере, часть второго питающего потока (85) воды;

(f) подачу газообразных продуктов (35) горения в конденсатор (9) после того, как газообразные продукты горения были охлаждены первым питающим потоком (87) воды, охлаждение газообразных продуктов горения в конденсаторе путем косвенного теплообмена с охлаждающей средой и, тем самым, конденсацию воды, содержащейся в газообразных продуктах горения, с образованием потока (8) жидкой воды, отделение потока (8) жидкой воды от потока (14) обедненных водой газообразных продуктов горения, отведение потока (8) жидкой воды из конденсатора и отведение из конденсатора (9) потока (14) обедненных водой газообразных продуктов горения; и

(g) образование водородсодержащего продукта (105) из продукта (25) реформинга после того, как продукт (25) реформинга нагрел второй питающий поток (85) воды;

(h) где при этом один или несколько продуктов в виде жидкой воды содержат поток (8) жидкой воды, отведенный из конденсатора (9).

Аспект 2. Способ аспекта 1, в котором первый питающий поток (87) воды нагревают газообразными продуктами (35) горения на стадии (с) до температуры от 65°С до 125°С.

Аспект 3. Способ аспекта 1 или аспекта 2, в котором газообразные продукты (35) горения охлаждаются до температуры в диапазоне от 50°С до 85°С в результате нагревания первого питающего потока (87) воды.

Аспект 4. Способ любого из аспектов 1-3, в котором второй питающий поток (85) воды нагревают продуктом (25) реформинга на стадии (d) до температуры от 65°С до 125°С.

Аспект 5. Способ любого из аспектов 1-4, в котором продукт (25) реформинга охлаждается до температуры в диапазоне от 25°С до 150°С в результате нагревания второго питающего потока (85) воды.

Аспект 6. Способ любого из аспектов 1-5, в котором, по меньшей мере, один поток из первого питающего потока (87) воды и второго питающего потока (85) воды содержит, по меньшей мере, часть потока (8) жидкой воды. Поток (8) жидкой воды из газообразных продуктов горения может быть использован в качестве подпиточной воды в процессе реформинга.

Аспект 7. Способ любого из аспектов 1-6, в котором продукт (25) реформинга разделяют на второй поток (97) жидкой воды и обедненную водой часть (95) продукта реформинга после того, как продукт реформинга был охлажден вторым питающим потоком (85) воды, при этом один или несколько продуктов в виде жидкой воды дополнительно содержат второй поток (97) жидкой воды.

Аспект 8. Способ аспекта 7, в котором, по меньшей мере, один поток из первого питающего потока (87) воды и второго питающего потока (85) воды содержит, по меньшей мере, часть второго потока (97) жидкой воды.

Аспект 9. Способ любого из аспектов 1-8, в котором стадия образования водородсодержащего продукта (105) включает отделение, по меньшей мере, части продукта реформинга путем адсорбции при переменном давлении с получением водородсодержащего продукта (105) и побочного газа (115).

Аспект 10. Способ аспекта 9, в котором топливо (5) содержит побочный газ (115) и добавочное топливо (118; 119).

Аспект 11. Способ аспекта 10, дополнительно включающий введение углеводородного сырья (75; 117) в установку (300; 310) гидрообессеривания с целью удаления серы из этого углеводородного сырья и образование добавочного топлива (118; 119) из, по меньшей мере, части углеводородного сырья, полученного на установке гидрообессеривания.

Аспект 12. Способ любого из аспектов 1-11, дополнительно включающий:

нагревание сырой воды (53) путем косвенного теплообмена с продуктом (25) реформинга стадии (а), тем самым, нагревание сырой воды с целью ее очистки посредством процесса термоочистки воды с получением очищенной воды (42) и, тем самым, охлаждение продукта (25) реформинга, причем продукт (25) реформинга охлаждается, нагревая сырую воду (53), до или после того, как продукт (25) реформинга охлаждается, нагревая второй питающий поток (85) воды;

где при этом один или несколько продуктов в виде жидкой воды включают очищенную воду (42).

Аспект 13. Способ аспекта 12, в котором стадия нагревания сырой воды (53) путем косвенного теплообмена с продуктом (25) реформинга включает:

нагревание рабочей среды в результате косвенного теплообмена с продуктом (25) реформинга стадии (а) и нагревание сырой воды (53) в результате косвенного теплообмена с рабочей средой.

Аспект 14. Способ аспекта 13, в котором рабочая среда представляет собой воду, где водная рабочая среда испаряется с образованием потока пара (161), имеющего давление в диапазоне от 15,2 кПа до 304 кПа (абсолютное) при нагревании продуктом (25) реформинга стадии (а), и где, по меньшей мере, часть потока пара (161) конденсируется при нагревании сырой воды.

Аспект 15. Способ любого из аспектов 12-14, дополнительно включающий:

образование пара (150), по меньшей мере, из части питающего потока (123) воды котла, отводимой из деаэратора (110), или отсутствие образования пара (150);

где стадия образования водородсодержащего продукта (105) включает разделение, по меньшей мере, части продукта реформинга с помощью адсорбции при переменном давлении с получением водородсодержащего продукта (105) и побочного газа (115);

где водородсодержащий продукт (105) характеризуется массовым расходом m_H2, пар (150), выводимый из процесса, характеризуется массовым расходом m_steam, где m_steam=0, когда пар не образуется, исходная газовая смесь (15) реформинга характеризуется массовым расходом исходной газовой смеси реформинга, первый питающий поток (87) воды характеризуется массовым расходом первого питающего потока воды, второй питающий поток (85) воды характеризуется массовым расходом второго питающего потока воды, топливо (5) характеризуется массовым расходом топлива, газ-окислитель (3) характеризуется массовым расходом газа-окислителя; и

где массовый расход исходной газовой смеси реформинга, массовый расход первого питающего потока воды, массовый расход второго питающего потока воды, массовый расход топлива и массовый расход газа-окислителя выбраны так, что 0 ≤ m steam m H 2 ≤ 13 ,

при этом водородсодержащий продукт представляет собой, по меньшей мере, 95% мол. водорода.

Аспект 16. Способ любого из аспектов 1-15, дополнительно включающий:

нагревание сырой воды (53) путем косвенного теплообмена с газообразными продуктами (35) горения стадии (b), тем самым, нагревание сырой воды с целью ее очистки посредством процесса термоочистки воды с получением очищенной воды (42) и, тем самым, охлаждение газообразных продуктов горения, причем газообразные продукты горения охлаждаются, нагревая сырую воду, до того, как газообразные продукты горения охлаждаются, нагревая первый питающий поток (87) воды;

при этом один или несколько продуктов в виде жидкой воды дополнительно содержат очищенную воду (42).

Аспект 17. Способ аспекта 16, в котором стадия нагревания сырой воды (53) путем косвенного теплообмена с газообразными продуктами (35) горения включает:

нагревание рабочей среды в результате косвенного теплообмена с газообразными продуктами горения стадии (b) и нагревание сырой воды в результате косвенного теплообмена с рабочей средой.

Аспект 18. Способ аспекта 17, в котором рабочая среда представляет собой воду, где водная рабочая среда испаряется с образованием потока пара (221), имеющего давление в диапазоне от 15,2 кПа до 304 кПа (абсолютное) при нагревании газообразными продуктами горения (35) стадии (b), и где, по меньшей мере, часть потока пара (221) конденсируется при нагревании сырой воды (53).

Аспект 19. Способ любого из аспектов 16-18, дополнительно включающий:

образование пара (150), по меньшей мере, из части питающего потока (123) воды котла, отводимой из деаэратора (110), или отсутствие образования пара (150);

где стадия образования водородсодержащего продукта (105) включает разделение, по меньшей мере, части продукта реформинга путем адсорбции при переменном давлении с получением водородсодержащего продукта (105) и побочного газа (115);

где водородсодержащий продукт (105) характеризуется массовым расходом m_H2, пар (150), выводимый из процесса, характеризуется массовым расходом m_steam, где m_steam=0, когда пар не образуется, исходная газовая смесь (15) реформинга характеризуется массовым расходом исходной газовой смеси реформинга, первый питающий поток (87) воды характеризуется массовым расходом первого питающего потока воды, второй питающий поток (85) воды характеризуется массовым расходом второго питающего потока воды, топливо (5) характеризуется массовым расходом топлива, газ-окислитель (3) характеризуется массовым расходом газа-окислителя; и

где при этом массовый расход исходной газовой смеси реформинга, массовый расход первого питающего потока воды, массовый расход второго питающего потока воды, массовый расход топлива и массовый расход газа-окислителя выбраны так, что 0 ≤ m steam m H 2 ≤ 7 .

Аспект 20. Способ любого из аспектов 12-19, в котором сырая вода представляет собой, по меньшей мере, одну из следующих: соленую воду, речную воду, проточную воду, озерную воду, рециркулируемую воду для коммунальных нужд, рециркулируемую воду для промышленного потребления и грунтовые воды.

Аспект 21. Способ любого из аспектов 12-20, в котором процесс термоочистки воды представляет собой один из следующих: процесс многокорпусной перегонки и процесс многостадийной мгновенной дистилляции.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1а представляет собой технологическую схему процесса каталитического парового реформинга углеводородов, на которой показано, что первая часть подпиточной воды нагревается газообразными продуктами горения, вторая часть подпиточной воды нагревается продуктом реформинга, также показан вариант обеспечения процесса термоочистки воды тепловой энергией посредством рабочей среды, такой как вода/пар, с целью подвода тепловой энергии от газообразных продуктов горения и/или продукта реформинга в процесс термоочистки воды.

Фиг. 1b представляет собой технологическую схему процесса многостадийной мгновенной дистилляции, совмещаемого с процессом каталитического парового реформинга углеводородов, представленным на фиг. 1а.

Фиг. 1с представляет собой технологическую схему процесса многокорпусной перегонки, совмещаемого с процессом каталитического парового реформинга углеводородов, представленным на фиг. 1а.

Фиг. 2а представляет собой технологическую схему процесса каталитического парового реформинга углеводородов, на которой показано, что первая часть подпиточной воды нагревается газообразными продуктами горения, вторая часть подпиточной воды нагревается продуктом реформинга, также показан вариант обеспечения процесса термоочистки воды тепловой энергией без использования рабочей среды для передачи тепловой энергии от газообразных продуктов горения и/или продукта реформинга в процесс термоочистки воды.

Фиг. 2b представляет собой технологическую схему процесса многостадийной мгновенной дистилляции, совмещаемого с процессом каталитического парового реформинга углеводородов, представленным на фиг. 2а.

Фиг. 3а представляет собой технологическую схему процесса каталитического парового реформинга углеводородов, на которой показано, что первая часть подпиточной воды нагревается газообразными продуктами горения, вторая часть подпиточной воды нагревается продуктом реформинга, также показан вариант обеспечения процесса термоочистки воды тепловой энергией без использования рабочей среды для передачи тепловой энергии от продукта реформинга в процесс термоочистки воды.

Фиг. 3b представляет собой технологическую схему процесса многостадийной мгновенной дистилляции, совмещаемого с процессом каталитического парового реформинга углеводородов, представленным на фиг. 3а.

Фиг. 3с представляет собой технологическую схему процесса многокорпусной перегонки, совмещаемого с процессом каталитического парового реформинга углеводородов, представленным на фиг. 3а.

Подробное описание

Последующее подробное описание распространяется только на предпочтительные примерные варианты осуществления изобретения и не предусматривает ограничения объема, применимости или структуры изобретения. Напротив, последующее подробное описание предпочтительных примерных вариантов осуществления изобретения предназначено для того, чтобы снабдить специалистов в данной области описанием, делающим возможным воплощение предпочтительных примерных вариантов осуществления изобретения, при этом понимая, что возможны многочисленные изменения в функционировании и расположении элементов, не выходящие за рамки объема изобретения, определенного в формуле изобретения.

Артикли «а» и «an» в тексте на английском языке означают как единственное, так и множественное число в применении к любой отличительной особенности вариантов осуществления настоящего изобретения, описанного в данном разделе и формуле изобретения. Использование «а» и «an» не ограничивает значение единственным числом, если такое ограничение не сформулировано специально. Артикль «the», предшествующий существительным или именным словосочетаниям в единственном или множественном числе, означает конкретную отличительную особенность или конкретные отличительные особенности и может иметь коннотацию единственного или множественного числа в зависимости от контекста, в котором он используется.

Прилагательное «любой» означает один, некоторый или все без различия, в каком количестве.

Термин «и/или», помещенный между первым объектом и вторым объектом означает одно из: (1) первый объект, (2) второй объект и (3) первый объект и второй объект. Термин «и/или», помещенный между последними двумя объектами из списка из 3 или более объектов, означает, по меньшей мере, один из объектов, приведенных в данном списке.

Термин «множество» означает два или более, если явно не указано количество, превышающее два, например, «множество из трех или более», что означает три или более.

Выражение «по меньшей мере, часть» означает «часть или все». По меньшей мере, часть потока может иметь тот же состав, что и поток, от которого она отделена. По меньшей мере, часть потока может иметь иной состав, нежели поток, от которого она отделена. По меньшей мере, часть потока может включать определенные компоненты потока, от которого она отделена.

В контексте настоящего документа «отделенная часть» потока означает часть, имеющую тот же химический состав, что и поток, от которого она отделена.

В контексте настоящего документа «первый», «второй», «третий» и т.д. используются для различения между элементами множества отличительных особенностей и/или стадий и не указывают на относительное положение во времени или пространстве.

Ниже по потоку и выше по потоку относится к предполагаемому направлению потока перемещаемой технологической текучей среды. Если предполагаемое направление потока перемещаемой технологической текучей среды это направление от первого устройства ко второму устройству, то второе устройство соединено с первым так, что находится ниже него по потоку.

Термин «обедненный» означает наличие указанного компонента в меньшей концентрации в % мол., чем в исходном потоке, из которого образован данный поток. «Обедненный» не означает, что в данном потоке указанный компонент отсутствует полностью.

В контексте настоящего документа «теплота» и «нагревание» может включать и скрытую теплоту, и физическую теплоту и соответствующее нагревание.

В контексте настоящего документа единицы давления означают абсолютное, а не избыточное давление, если специально не указано, что приведено избыточное давление.

В контексте настоящего документа выражение «сырая вода» означает любую неочищенную воду, например, одну или несколько из следующих: соленую воду (океаническую, морскую и слабоминерализованную воду), поверхностные воды, такие как проточная вода, речная вода, озерная вода, грунтовые воды, повторно используемую или рециркулируемую воду для коммунальных нужд/промышленного потребления или сточные воды промышленных процессов. Сырая вода, как правило, менее чистая, чем вода для промышленного потребления, такая как питьевая вода.

В контексте настоящего документа выражение «очищенная вода» означает любую дистиллированную воду (т.е. дистиллят или водяной конденсат), полученную в процессе термоочистки воды.

В контексте настоящего документа выражение «продукт реформинга» или «поток продукта реформинга» означает любой поток, содержащий водород и монооксид углерода, образовавшиеся по реакции реформинга между углеводородом и паром.

В контексте настоящего документа «косвенный теплообмен» означает передачу тепла от одного потока к другому потоку, при которой потоки не смешиваются друг с другом. Косвенный теплообмен включает, например, передачу тепла от первой текучей среды ко второй текучей среде в теплообменнике, в котором текучие среды разделены плитами или трубками. Косвенный теплообмен включает передачу тепла от первой текучей среды ко второй текучей среде, при которой для переноса тепла от первой текучей среды ко второй текучей среде используется промежуточная рабочая среда. Первая текучая среда может испарять рабочую среду, например, воду с образованием пара, в испарителе, после чего рабочую среду направляют в другой теплообменник или конденсатор, где рабочая среда передает тепло второй текучей среде. Косвенный теплообмен между первой и второй текучими средами с использованием рабочей среды может быть осуществлен с использованием тепловой трубы, термосифона, испарительного котла и т.п.

В контексте настоящего документа «непосредственный теплообмен» означает передачу тепла от одного потока к другому потоку, при которой потоки непосредственно смешиваются друг с другом. Непосредственный теплообмен включает, например, увлажнение, при котором воду распыляют непосредственно в потоке горячего воздуха, и под действием тепла воздуха вода испаряется.

В пунктах формулы изобретения может быть использовано буквенное обозначение стадий процесса (например, (а), (b), (с), (d) и т.д.). Эти буквы использованы для облегчения указания на стадии процесса и не подразумевают выражения порядка, в котором заявленные стадии осуществляются, если только такой порядок не указан специально в соответствующих пунктах и только до той степени, в которой указано.

Настоящее изобретение относится к способу производства водородсодержащего продукта и одного или нескольких продуктов в виде жидкой воды. Водородсодержащий продукт может представлять собой, например, очищенный газообразный Н₂ или синтез-газ с заданным молярным отношением Н₂:СО. Один или несколько продуктов в виде жидкой воды могут представлять собой воду, сконденсированную из газообразных продуктов горения и/или очищенную воду процесса термоочистки воды.

Термин «процесс термоочистки» в данном контексте означает любой процесс, в котором в результате нагревания сырую воду испаряют, после чего испарившуюся воду конденсируют, получая конденсат или дистиллят (т.е. очищенную воду). Процесс термоочистки воды может представлять собой, например, известный промышленный процесс термоочистки, такой как процесс многостадийной мгновенной дистилляции (multi-stage flash - MSF) или процесс многокорпусной перегонки (multiple effect distillation - MED).

Способ описывается со ссылкой на чертежи, на которых одинаковые номера позиций на всех чертежах означают подобные элементы. Кроме того, номера позиций, которые введены в описание в связи с одним из чертежей, могут быть повторены на одном или нескольких последующих чертежах без дополнительного описания с целью обеспечения контекста для других отличительных особенностей.

В данном способе используется каталитический паровой реформинг углеводородов. Каталитический паровой реформинг углеводородов, также известный как паровой реформинг метана (steam methane reforming - SMR), каталитический паровой реформинг или паровой реформинг, определяется как любой процесс, используемый для преобразования сырья реформинга в продукт реформинга в ходе реакции с паром на катализаторе. Продукт реформинга, также именуемый синтез-газ, в контексте настоящего документа означает любую смесь, содержащую водород и монооксид углерода. Реакция реформинга является эндотермической и, вообще, может быть описана уравнением C_nH_m+nH₂O→nCO+(m/2+n)H₂. Водород образуется одновременно с образованием продукта реформинга.

На фиг. 1а показана технологическая схема процесса каталитического парового реформинга углеводородов, пригодная для осуществления способа настоящего изобретения.

Данный способ включает подачу исходной газовой смеси 15 реформинга во множество содержащих катализатор трубок 20 реформинга в печи 10 реформинга, осуществление реакции реформинга с участием исходной газовой смеси 15 реформинга в условиях реакции, эффективных с точки зрения образования продукта 25 реформинга, содержащего Н₂, СО, СН₄ и Н₂О, и отведение продукта 25 реформинга из множества содержащих катализатор трубок 20 реформинга печи 10 реформинга.

Исходная газовая смесь 15 реформинга может представлять собой любую исходную газовую смесь, пригодную для подачи в процесс каталитического парового реформинга углеводородов с целью получения продукта реформинга. Исходная газовая смесь 15 реформинга может содержать углеводородное сырье 75, подвергнутое обессериванию, и пар 151 и/или смесь уже подвергнутого реформингу углеводородного сырья и пара. Это сырье может представлять собой природный газ, метан, нафту, пропан, нефтезаводской топливный газ, нефтезаводской отходящий газ или другое пригодное для реформинга сырье, известное в данной области.

Как показано на фиг. 1а, углеводородное сырье 75 может быть нагрето путем косвенного теплообмена с продуктом 25 реформинга в теплообменнике 70 и направлено в устройство 300 гидрообессеривания. Водород 106 для гидрообессеривания может быть добавлен в сырье до или после нагревания углеводородного сырья 75. В качестве водорода 106 может быть использован продукт 105. По меньшей мере, часть 76 обессеренного сырья может быть смешана с потоком 151, после чего дополнительно нагрета газообразными продуктами 35 горения в конвективной секции 45 печи 10 реформинга перед подачей в содержащие катализатор трубки 20 реформинга в качестве исходной газовой смеси 15 реформинга.

Реакция реформинга проходит во множестве содержащих катализатор трубок 20 печи 10 реформинга. Печь реформинга, также известная как установка каталитического парового реформинга, парового реформинга метана и парового реформинга углеводородов, в настоящем контексте представляет собой любую печь на органическом топливе, используемую для преобразования сырья, содержащего элементарный водород и углерод, в продукт реформинга по реакции с паром над катализатором, при этом подвод тепла обеспечивается за счет сжигания топлива.

Печи реформинга со множеством содержащих катализатор трубок реформинга, т.е. трубчатые установки реформинга, хорошо известны в данной области. Может быть использовано любое подходящее количество содержащих катализатор трубок реформинга. Надлежащие материалы и способы изготовления известны. Катализатор в содержащих катализатор трубках реформинга может представлять собой любой пригодный катализатор, известный в данной области, например, содержащий никель катализатор на подложке.

Условия реакции, эффективные для образования продукта 25 реформинга во множестве содержащих катализатор трубок 20 реформинга могут включать температуру в диапазоне от 500°С до 1000°С и давление в диапазоне от 203 кПа до 5066 кПа (абсолютное). Температура реакции может быть измерена любым надлежащим датчиком температуры, например, термопарой типа J. Давление реакции может быть измерено любым надлежащим датчиком давления, известным в данной области, например, манометром производства Mensor.

Данный способ включает сжигание топлива 5 с газом-окислителем 3 в камере сгорания 30 печи 10 реформинга снаружи множества содержащих катализатор трубок 20 реформинга в условиях, эффективных с точки зрения сгорания топлива 5 с образованием газообразных продуктов 35 горения, содержащих СО₂ и Н₂О. При сгорании топлива 5 с газом-окислителем 3 выделяется тепло, являющееся источником энергии для реакции исходной газовой смеси 15 реформинга внутри множества содержащих катализатор трубок 20 реформинга. Газообразные продукты 35 горения отводят из камеры сгорания 30 печи 10 реформинга и направляют в конвективную секцию 45 печи реформинга с целью подвода тепла к другим технологическим потокам. Камера сгорания (также именуемая радиационной, лучевой или излучательной секцией) печи реформинга представляет собой ту часть в печи реформинга, в которой находится множество содержащих катализатор трубок реформинга. Конвективная секция печи реформинга представляет собой ту часть в печи реформинга, в которой находятся теплообменники, отличные от множества содержащих катализатор трубок реформинга. Теплообменники в конвективной секции могут предназначаться для нагревания технологических текучих сред, не являющихся продуктом реформинга, таких как вода/пар, воздух, побочный газ, исходный газ реформинга до его подачи в содержащие катализатор трубки реформинга и т.д.

Условия, эффективные для сгорания топлива 5, могут включать температуру в диапазоне от 600°С до 1500°С и давление в диапазоне от 99 кПа до 101,4 кПа (абсолютное). Температура может быть измерена при помощи термопары, оптического пирометра или любого другого откалиброванного измерительного прибора, известного в области измерения температуры в печи. Давление мо