Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к установкам для получения водорода паровым риформингом углеводородов и может быть использовано в промышленности.

Известен способ получения водорода из углеводородного сырья [RU 2394754, опубл. 20.07.2010 г., МПК C01B 3/34, С01В 3/12], осуществляемый на установке, которая включает блок сероочистки углеводородного сырья с адсорберами, заполненными хемосорбемтом, риформер с горелкой, паровой котел-утилизатор и конвертор окиси углерода, охладители-осушители, блок водоподготовки и блок выделения водорода.

Недостатком данной установки является низкий выход водорода из-за сжигания части сырья для получения избыточного водяного пара.

Наиболее близок к заявляемому изобретению установка получения водорода из углеводородного газа [RU 2624708, опубл. 05.07.2017 г., МПК С01В 3/34, С01В 3/12], включающая блок адсорбционной сероочистки, конвертор углеводородного сырья (риформер), оборудованный горелкой с линией подачи отходящего газа из блока выделения водорода, соединенный линией подачи синтез-газа с конвертором окиси углерода, оснащенным линиями подачи подготовленной воды и вывода водородсодержащего газа, при этом блок сероочистки оборудован адсорберами с регенерируемым адсорбентом, линиями подачи части очищенного сырья и вывода газа регенерации в горелку, и соединен с конвертором окиси углерода линией подачи очищенного сырья в качестве хладоагента, оснащенной нагревателем, конверторы соединены линией подачи сырьевой смеси, на которой установлен рекуперационный блок, соединенный с блоком водоподготовки линией вывода продувочной воды, и оснащенный линиями ввода/вывода синтез-газа, а блок выделения водорода соединен линией подачи водного конденсата с блоком водоподготовки. Установка может быть оснащена адсорбером с хемосорбентом (блоком хемосорбционной очистки).

Недостатками данной установки является потребление электроэнергии со стороны для подачи технологических потоков: углеводородного сырья, воды и воздуха на установку, деионизированной воды из блока водоподготовки, а также, при необходимости, водорода потребителю.

Задача изобретения - исключение потребления электроэнергии со стороны.

Техническим результатом является исключение потребления электроэнергии за счет интеграции водородной установки с газотурбинным агрегатом путем размещения риформера на линии подачи продуктов сгорания в турбину и размещения на линии вывода отработанного газа нагревателя смеси сырьевого газа с водой.

Предложено три варианта установки.

Указанный технический результат в первом варианте достигается тем, что в предлагаемой установке, включающей блок адсорбционной сероочистки с регенерируемым адсорбентом, оснащенный линией подачи газа регенерации, риформер, конвертор окиси углерода, соединенный с риформером линией подачи синтез-газа, с блоком выделения водорода -линией подачи водородсодержащего газа, а с блоком адсорбционной сероочистки и с риформером - линией подачи очищенного сырья, на которой установлен нагреватель, при этом блок выделения водорода оснащен линиями подачи отходящего газа и вывода водорода и соединен линией подачи водного конденсата с блоком водоподготовки, оснащенным линиями подачи воды и деионизированной воды, особенностью является то, что установка оборудована газотурбинным агрегатом, включающим компрессор с линией подачи воздуха, соединенный линией подачи части сжатого воздуха с приводами устройств для подачи технологических потоков и линией подачи другой части сжатого воздуха с камерой сгорания, соединенной линией подачи продуктов сгорания с турбиной и оснащенной линией вывода отработанного газа и линиями подачи газа регенерации и отходящего газа в качестве топлива, при этом на линии подачи продуктов сгорания установлен риформер, а на линии вывода отработанного газа - нагреватель.

Второй и третий варианты установки отличаются тем, что в блока адсорбционной сероочистки размещен не регенерируемый хемосорбент, а перед блоком адсорбционной сероочистки на линии подачи углеводородного сырья расположен теплообменник его предварительного нагрева частью отработанного газа. Третий вариант дополнительно предусматривает размещение на линии вывода, отработанного газа после нагревателя и теплообменника холодильника-конденсатора, соединенного линией подачи водного конденсата с блоком водоподготовки.

При необходимости во всех вариантах установки камера сгорания может быть оснащена линией подачи топлива со стороны.

В качестве узлов и блоков установки могут быть использованы любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники, например, в качестве устройств для подачи технологических потоков могут быть использованы пневмоприводпые насосы или компрессоры, в зависимости от агрегатного состояния потока, в качестве блока водоподготовки может быть установлено устройство обратного осмоса, и т.п. В качестве хемосорбента может быть использован хемосорбент, например, на основе окиси цинка.

Оборудование водородной установки газотурбинным агрегатом позволяет использовать сжатый воздух из компрессора для питания приводов устройств подачи технологических потоков и исключить использование электроэнергии со стороны. При этом размещение риформера на линии подачи продуктов сгорания в турбину позволяет использовать тепло продуктов сгорания для нагрева риформера, а установка нагревателя смеси сырьевого газа с водой на линии вывода отработанного газа позволяет рекуперировать тепло отработанного газа, за счет чего повысить энергоэффективность установки в целом. Оборудование второго и третьего вариантов установки теплообменником позволяет нагреть углеводородное сырье до температуры хемосорбции, а установка холодильника-конденсатора в третьем варианте снижает расход воды со стороны.

Предлагаемая установка во всех трех вариантах (фиг. 1-3, соответственно) включает блоки адсорбционной сероочистки 1 и водоподготовки 2, конвертор окиси углерода 3, нагреватель 4, риформер 5, блок выделения водорода 6 и газотурбинный агрегат с камерой сгорания 7, компрессором 8 и турбиной 9. Второй вариант установки (фиг. 2) дополнительно оборудован теплообменником подогрева углеводородного сырья 10, а третий вариант (фиг. 3) - теплообменником 10 и холодильником-конденсатором 11. Пневмоприводные устройства для подачи технологических потоков условно не показаны.

При работе первого варианта установка сырьевой газ, подаваемый по линии 12, очищают от сернистых соединений в блоке 1, газ регенерации адсорбента выводят по линии 13 в качестве топлива в камеру сгорания 7, а очищенный сырьевой газ по линии 14 после смешения с деионизированной водой, подаваемой по линии 15 из блока 2, направляют в качестве хладоагента в конвертор 3, а зачем в качестве сырьевой смеси - в нагреватель 4 и риформер 5. Полученный синтез-газ по линии 16 направляют в конвертор 3, из которого водородсодержащий газ по линии 17 подают в блок 6, где разделяют на водород, выводимый по линии 18, водный конденсат, подаваемый в блок 2 по липни 19, и отходящий газ, который по линии 20 совместно с газом регенерации и частью сжатого воздуха, подаваемой по линии 21 из компрессора 8, в который воздух поступает по линии 22, направляют в камеру сгорания 7, из которой продукты сгорания по линии 23 подают сначала в качестве теплоносителя в риформер 5, а затем в качестве рабочего тела - в турбину 9, из которой отработанный газ выводят по линии 24 после охлаждения в нагревателе 4. Другую часть сжатого воздуха из компрессора 8 по линии 25 направляют на питание пневмоприводов устройств для подачи технологических потоков. В блок 2 для компенсации химического расхода воды по линии 26 подают балансовую воду. В камеру сгорания при необходимости может подаваться дополнительное топливо по линии 27 (показано пунктиром).

Работа второго и третьего варианта установки отличается тем, что углеводородное сырье предварительно нагревают до температуры хемосорбции в теплообменнике 10, установленном на линии 12, а при работе третьего варианта установки отработанный газ, выводимый по линии 24, предварительно охлаждают, например, воздухом, в холодильнике-конденсаторе 11, а выделенный водный конденсат по линии 28 подают в блок водоподготовки 2.

Таким образом, предлагаемая установка исключает потребление электроэнергии со стороны и может быть использована в промышленности.