Водородная установка (варианты)

Водородная установка (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к установкам для получения водорода паровоздушной конверсией углеводородов и может быть использовано в промышленности.

Известен способ получения водорода из углеводородного сырья [RU 2394754, опубл. 20.07.2010 г., МПК С01В 3/34, С01В 3/12], осуществляемый на установке, которая включает блок сероочистки, конвертор с горелкой, котел-утилизатор и конвертор окиси углерода, блок водоподготовки и блок выделения водорода.

Недостатками данной установки являются высокая металлоемкость и сложность оборудования из-за необходимости косвенного подогрева реакционных сред при высоких температурах.

Наиболее близок к заявляемому изобретению способ получения водорода с использованием парового риформинга с частичным окислением [RU 2378188, опубл. 10.01.2010 г., МПК С01В 3/38], осуществляемый на установке, которая включает каталитический риформер с частичным окислением (узел паровоздушного риформинга), оснащенный линией ввода нагретой смеси кислородсодержащего газа и воды, а также линиями ввода нагретой смеси углеводородного сырья, воды и водного конденсата и вывода водородсодержащего газа с рекуперационными теплообменниками, после которых на линии вывода водородсодержащего газа размещены холодильник-конденсатор, оснащенный линией подачи водного конденсата, и узел выделения водорода, оснащенный линией вывода водорода и линией вывода продувочного газа, на которой расположено устройство для его сжигания (узел окисления) с линиями подачи воздуха и вывода отходящего газа, сопряженное теплообменной поверхностью с по меньшей мере одним теплообменником, расположенным на линии ввода смеси кислородсодержащего газа и воды. В одном из вариантов установки между рекуперационными теплообменниками размещен конвертор окиси углерода.

Недостатком данной установки является низкий выход водорода из-за потерь тепловой энергии с отходящим газом и при охлаждении водородсодержащего газа в холодильнике-конденсаторе, что приводит к снижению температуры сырья на входе в узел риформинга, увеличению подачи кислородсодержащего газа для поддержания температуры реакции и соответствующему снижению выхода водорода.

Задача изобретения - увеличение выхода водорода.

Техническим результатом является увеличение выхода водорода за счет установки теплообменников для нагрева воздуха и продувочного газа водородсодержащим газом.

Предложено два варианта установки.

Указанный технический результат в первом варианте достигается тем, что в предлагаемой установке с узлом паровоздушного риформинга, оснащенным линией ввода нагретой смеси кислородсодержащего газа и воды, а также линиями ввода нагретой смеси углеводородного сырья, воды, водного конденсата и вывода водородсодержащего газа с рекуперационным теплообменником, после которого на линии вывода водородсодержащего газа размещен блок выделения водорода, оснащенный линией вывода водорода и линией вывода продувочного газа, на которой расположен узел окисления с линиями подачи воздуха и вывода отходящего газа, сопряженный теплообменной поверхностью с теплообменником, расположенным на линии подачи смеси кислородсодержащего газа и воды, особенностью является то, что блок выделения водорода оснащен линией подачи водного конденсата, на линии вывода водородсодержащего газа установлены теплообменники нагрева воздуха и продувочного газа, а линии подачи воды примыкают к блоку подготовки воды, оснащенному линией ввода балансовой воды.

Второй вариант отличается тем, что с целью увеличения выхода водорода на линии вывода водородсодержащего газа после рекуперационного теплообменника размещены конвертор оксида углерода и дополнительный рекуперационный теплообменник.

На линии подачи углеводородного сырья в обоих вариантах установки может быть расположен блок хемосорбционной или адсорбционной сероочистки, который в последнем случае соединен линией подачи газа регенерации с линией вывода продувочного газа.

Блок выделения водорода может состоять, например, из сепаратора водного конденсата и узлов адсорбционного и/или мембранного выделения водорода. Узел окисления продувочного газа может представлять собой, например, изотермический каталитический реактор, а блок подготовки воды - узел обратного осмоса. В качестве линии подачи кислородсодержащего газа может быть расположена линия подачи воздуха или воздуха, обогащенного кислородом. Теплообменники могут быть установлены на линии подачи водородсодержащего газа в любой последовательности. В качестве остальных элементов установки могут быть использованы любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.

Размещение теплообменников для нагрева воздуха и продувочного газа на линии вывода водородсодержащего газа перед рекуперационным теплообменником позволяет снизить температуру водородсодержащего газа на выходе из рекуперационного теплообменника до температуры выпадения водного конденсата, сепарируемого затем в узле выделения водорода, снизить за счет этого потери тепла в атмосферу, уменьшить подачу кислородсодержащего газа в узел риформинга и соответственно повысить выход водорода. Кроме того, подача нагретых потоков воздуха и продувочного газа в узел окисления повышает надежность его работы.

Предлагаемая установка в первом варианте (фиг. 1) включает узел паровоздушного риформинга 1, блок выделения водорода 2, узел окисления продувочного газа 3, сопряженный с теплообменником 4, блок подготовки воды 5, рекуперационный теплообменник 6, теплообменники 7 и 8. Во втором варианте (фиг. 2) дополнительно установлены конвертор оксида углерода 9 и второй рекуперационный теплообменник 10. В обоих вариантах на линии подачи углеводородного сырья может быть расположен блок сероочистки 11.

При работе первого варианта установки углеводородное сырье, подаваемое по линии 12, смешивают с деионизированной водой, подаваемой по линии 13 из блока 5, и водным конденсатом, подаваемым по линии 14 из блока 2, и, после нагрева в теплообменнике 6, направляют по линии 15 в узел 1 совместно с кислородсодержащим потоком, подаваемым из теплообменника 4 по линии 16, где в результате каталитического паровоздушного риформинга получают водородсодержащий газ, который по линии 17, после охлаждения в теплообменниках 8, 7 и 6 (условно показано их последовательное расположение), направляют в блок 2, где разделяют на водный конденсат, водород, выводимый по линии 18, и продувочный газ, который по линии 19 подают в узел 3 после нагрева в теплообменнике 8 совместно с воздухом, подаваемым по линии 20 после нагрева в теплообменнике 7, полученный отходящий газ выводят по линии 21 после охлаждения в теплообменнике 4 подаваемой по линии 22 смесью из воздуха, подаваемого по линии 23, и воды, подаваемой по линии 24 из блока 5, в который по линии 25 подают балансовое количество воды. Работа установки по второму варианту отличается тем, что водородсодержащий газ после охлаждения в теплообменнике 6 до температуры конверсии подают сначала в конвертор 9, где оксид углерода, содержащийся в газе, конвертируют в диоксид углерода с получением дополнительного количества водорода и доохлаждают до температуры выпадения водного конденсата в теплообменнике 10. В обоих вариантах при использовании сернистого сырья его предварительно обессеривают в блоке 11, при этом в случае использования адсорбционной очистки образующийся газ регенерации по линии 26 подают в линию 19, а во втором варианте конвертор 9 может быть для охлаждения соединен с линией 15 (показано пунктиром).

Таким образом, предлагаемая установка позволяет увеличить выход водорода и может быть использована в промышленности.

1. Водородная установка, включающая узел паровоздушного риформинга, оснащенный линией ввода нагретой смеси кислородсодержащего газа и воды, а также линиями ввода нагретой смеси углеводородного сырья, воды, водного конденсата и вывода водородсодержащего газа с рекуперационным теплообменником, после которого на линии вывода водородсодержащего газа размещен блок выделения водорода, оснащенный линией вывода водорода и линией вывода продувочного газа, на которой расположен узел окисления с линиями подачи воздуха и вывода отходящего газа, сопряженный теплообменной поверхностью с теплообменником, расположенным на линии подачи смеси кислородсодержащего газа и воды, отличающаяся тем, что блок выделения водорода оснащен линией подачи водного конденсата, на линии вывода водородсодержащего газа установлены теплообменники нагрева воздуха и продувочного газа, а линии подачи воды примыкают к блоку подготовки воды, оснащенному линией ввода балансовой воды.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на линии подачи углеводородного сырья расположен блок хемосорбционной сероочистки или блок адсорбционной сероочистки, соединенный линией подачи газа регенерации с линией вывода продувочного газа.

3. Водородная установка, включающая узел паровоздушного риформинга, оснащенный линией ввода нагретой смеси кислородсодержащего газа и воды, а также линиями ввода нагретой смеси углеводородного сырья, воды, водного конденсата и вывода водородсодержащего газа с двумя рекуперационными теплообменниками и конвертором окиси углерода между ними на линии вывода водородсодержащего газа, на которой затем расположен блок выделения водорода, оснащенный линией вывода водорода и линией вывода продувочного газа, на которой размещен узел окисления с линиями подачи воздуха и вывода отходящего газа, сопряженный теплообменной поверхностью с теплообменником, расположенным на линии подачи смеси кислородсодержащего газа и воды, отличающаяся тем, что блок выделения водорода оснащен линией подачи водного конденсата, на линии вывода водородсодержащего газа установлены теплообменники нагрева воздуха и продувочного газа, а линии подачи воды примыкают к блоку подготовки воды, оснащенному линией ввода балансовой воды.

4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что на линии подачи углеводородного сырья расположен блок хемосорбционной сероочистки или блок адсорбционной сероочистки, соединенный линией подачи газа регенерации с линией вывода продувочного газа.