Система и способ получения водорода
SYSTEM AND METHOD FOR PRODUCING HYDROGEN

Уровень техники
Газовые турбины часто необходимы для генерации электрической энергии для новых промышленных установок или для расширения существующих промышленных работающих установок. Локально генерируемая электрическая энергия может использоваться для дополнения или использоваться вместо энергии от работающей локальной электрической сети.
Встроенные установки для получения водорода, которые также генерируют электричество, а иногда также и водяной пар, известны. Например, Air Products эксплуатирует встроенную установку для получения водорода/генерирования в Port Arthur, Texas, как описано в статье Robert Peltier, "Port Arthur II Integrated Hydrogen/Cogeneration Facility, Port Arthur, Texas", в ЭНЕРГИИ Magazine, 09/15/2007, доступной online по адресу http://www.powermag.com/port-arthur-ii-integrated-hydrogencogeneration-facility-port-arthur-texas/. В этой установке, выхлопной газ от газовой турбины разделяется, при этом часть его идет на генератор водяного пара с извлечением тепла в качестве окислителя для горения, где производится водяной пар, а вторая часть идет на установку для парового риформинга метана в качестве окислителя для горения.
В более ранней публикации, Terrible et al. описывают объединение газовой турбины с установкой для парового риформинга метана в статье "Consider using hydrogen plants to cogenerate энергии needs", в Hydrocarbon Processing, December 1999. В этой статье описывается вариант осуществления, где выхлопной газ из газовой турбины поступает в радиантную секцию риформера. Статья утверждает, что при 538°C, выхлопной газ из газовой турбины по-прежнему содержит 13% кислорода и служит в качестве воздуха для горения для риформера, и поскольку этот поток является горячим, потребление топлива в риформере уменьшается.
Промышленность требует эффективных систем и способов получения водорода с производством при этом электрической энергии.
Промышленность требует утилизации тепла из выхлопного газа от газовой турбины для повышения коэффициента полезного действия.
Промышленность требует надежной работы систем получения водорода и процессов, которые объединены с газовыми турбинами, в частности, когда газовая турбина неожиданно выключается.
Краткая сущность изобретения
2
Настоящее изобретение относится к установке и способу получения продукта, содержащего H. Имеются несколько аспектов настоящего изобретения, как приведено ниже. В дальнейшем, конкретные аспекты настоящего изобретения приводятся ниже. Ссылочные номера и выражения, приведенные в скобках, относятся к иллюстративному варианту осуществления, дополнительно объясняемому ниже со ссылками на фигуры. Ссылочные номера и выражения, однако, являются только иллюстративными и не ограничивают аспекты каким-либо конкретным компонентом или признаком иллюстративного варианта осуществления. Аспекты могут формулироваться как пункты формулы изобретения, в которых ссылочные номера и выражения, приведенные в скобках, отсутствуют или заменены другими по потребности.
2
Аспект 1. Устройство для получения продукта, содержащего H, устройство содержит:
газовую турбину (10), имеющую выход для извлечения потока (12) выхлопного газа из газовой турбины (10);
нагнетательный вентилятор (20), имеющий выход для высвобождения потока (21) окислителя; клапанный узел (25) для подачи потока (27) нагнетаемого воздуха и печь (30) риформинга, функционально соединенную с газовой турбиной (10), нагнетательным вентилятором (20) и клапанным узлом (25), и функционально расположенную для приема, по меньшей мере, части (19) потока (12) выхлопного газа из газовой турбины (10), по меньшей мере, части потока (21) окислителя из нагнетательного вентилятора (20) и потока (27) нагнетаемого воздуха из клапанного узла (25).
Аспект 2. Устройство согласно аспекту 1, дополнительно содержащее:
второй нагнетательный вентилятор (60), имеющий выход для высвобождения второго потока (61) окислителя;
второй клапанный узел (65) для создания второго потока нагнетаемого воздуха (67) и
вторую печь (70) риформинга, функционально соединенную с газовой турбиной (10), вторым нагнетательным вентилятором (60) и вторым клапанным узлом (65), и функционально расположенную для приема второй части (59) потока (12) выхлопного газа из газовой турбины (10), по меньшей мере, части второго потока (61) окислителя из второго нагнетательного вентилятора (60) и второго потока нагнетаемого воздуха (67) из второго клапанного узла (65).
Аспект 3. Устройство согласно аспекту 1 или аспекту 2, где печь (30) риформинга содержит множество трубок риформинга, содержащих катализатор, где множество трубок риформинга, содержащих катализатор, функционально располагаются для приема подаваемого газового потока (34) риформинга и печь риформинга функционально располагается для приема, по меньшей мере, части (19) потока (12) выхлопного газа, по меньшей мере, части потока (21) окислителя, потока (27) нагнетаемого воздуха и потока (32) топлива для его сгорания в пространстве камеры сгорания, внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, где печь риформинга имеет первый выход для извлечения потока (36) риформата, сформированного из подаваемого газового потока (34) риформинга во множестве трубок риформинга, содержащих катализатор, и где печь (30) риформинга имеет второй выход для извлечения газового потока (38) продуктов горения из пространства камеры сгорания, газовый поток продуктов горения (38) формируется посредством сгорания потока (32) топлива.
Аспект 4. Устройство согласно аспекту 2 или аспекту 3, где вторая печь (70) риформинга содержит множество трубок риформинга, содержащих катализатор, где множество трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи (70) риформинга функционально располагаются для приема второго подаваемого газового потока риформинга (74) и вторая печь риформинга функционально располагается для приема второй части (59) потока (12) выхлопного газа, по меньшей мере, части второго потока (61) окислителя, второго потока нагнетаемого воздуха (67) и второго потока топлива (72) для его сгорания в пространстве камеры сгорания, внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи (70) риформинга, где вторая печь (70) риформинга имеет первый выход для извлечения второго потока (76) риформата, сформированного из второго подаваемого газового потока риформинга (74) во множестве трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи (70) риформинга, и где вторая печь риформинга имеет второй выход для извлечения второго газового потока продуктов горения из пространства камеры сгорания второй печи (70) риформинга, второй газовый поток продуктов горения формируется посредством камеры сгорания второго потока топлива (72).
Аспект 5. Устройство согласно любому из аспектов 1-4, дополнительно содержащее:
теплообменник (22), функционально расположенный между нагнетательным вентилятором (20) и печью (30) риформинга, где теплообменник (22) функционально располагается для приема, по меньшей мере, части потока (21) окислителя из нагнетательного вентилятора (20), и печь (30) риформинга функционально располагается для приема, по меньшей мере, части потока (21) окислителя из теплообменника (22).
Аспект 6. Устройство согласно аспекту 5, где теплообменник (22) функционально располагается для обеспечения опосредованного теплообмена, по меньшей мере, между частью потока (21) окислителя и, по меньшей мере, одним объектом из части газового потока или всего газового потока (38) продуктов горения из печи (30) риформинга из части потока или всего потока (36) риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи (30) риформинга.
Аспект 7. Устройство согласно любому из аспектов 2–6, дополнительно содержащее:
второй теплообменник (62), функционально расположенный между вторым нагнетательным вентилятором (60) и второй печью риформинга (70), где второй теплообменник (62) функционально располагается для приема, по меньшей мере, части второго потока (61) окислителя из второго нагнетательного вентилятора (60), и вторая печь (70) риформинга функционально располагается для приема, по меньшей мере, части второго потока (61) окислителя из второго теплообменника (62).
Аспект 8. Устройство согласно аспекту 7, где второй теплообменник (62) функционально располагается для обеспечения опосредованного теплообмена, по меньшей мере, между частью второго потока (61) окислителя и, по меньшей мере, одним объектом из части второго газового потока или всего второго газового потока (78) продуктов горения из второй печи (70) риформинга и части второго потока или всего второго потока (76) риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи (70) риформинга.
Аспект 9. Устройство согласно любому из аспектов 1-8, дополнительно содержащее:
вытяжной вентилятор (50) с искусственной тягой, функционально расположенный для приема газового потока (38) продуктов горения из печи (30) риформинга.
Аспект 10. Устройство согласно любому из аспектов 2–9, дополнительно содержащее:
второй вытяжной вентилятор (90) с искусственной тягой, функционально расположенный для приема второго газового потока (78) продуктов горения из второй печи (70) риформинга.
Аспект 11. Устройство согласно любому из аспектов 1-10, где клапанный узел (25) является пригодным для высвобождения смешанного потока (26) окислителя, содержащего, по меньшей мере, часть потока (21) окислителя и, по меньшей мере, часть потока (12) выхлопного газа из газовой турбины (10).
Аспект 12. Устройство согласно любому из аспектов 2-11, где второй клапанный узел (65) является пригодным для высвобождения второго смешанного потока (66) окислителя, содержащего, по меньшей мере, часть второго потока (61) окислителя, и часть второй части или всю вторую часть (59) потока (12) выхлопного газа из газовой турбины (10).
Аспект 13. Устройство согласно любому из аспектов 1-12, дополнительно содержащее:
клапанный узел (15) для контроля потока (12) выхлопного газа из газовой турбины (10), клапанный узел (15) работает для контроля скорости потока, по меньшей мере, части (19) потока (12) выхлопного газа.
Аспект 14. Устройство согласно аспекту 13, где клапанный узел (15) для контроля потока (12) выхлопного газа из газовой турбины (10) дополнительно работает для контроля скорости потока (59) второй части потока выхлопного газа.
Аспект 15. Устройство согласно аспекту 13 или аспекту 14, дополнительно содержащее:
проход (17) для выхлопного газа газовой турбины, функционально расположенный для селективного приема части потока (12) выхлопного газа или всего потока (12) выхлопного газа из газовой турбины (10) через клапанный узел (15) для контроля потока (12) выхлопного газа, где клапанный узел (15) для контроля потока (12) выхлопного газа дополнительно работает для селективного отвода, по меньшей мере, части потока (12) выхлопного газа в проход (17) для выхлопного газа газовой турбины.
Аспект 16. Устройство согласно любому из аспектов 1-15, дополнительно содержащее:
канал (16), функционально расположенный для транспортировки, по меньшей мере, части (19) потока (12) выхлопного газа из газовой турбины (10), по меньшей мере, части потока (21) окислителя из нагнетательного вентилятора (20) и потока (27) нагнетаемого воздуха из клапанного узла (25) для печи (30) риформинга;
датчик (24), чувствительный к давлению в канале (16); и
контроллер (100), функционально соединенный, по меньшей мере, с одним клапанным узлом (25) для подачи потока (27) нагнетаемого воздуха и клапанным узлом (15) для контроля потока (12) выхлопного газа, контроллер (100) функционально соединен с датчиком (24) и является чувствительным к сигналам от датчика (24).
Аспект 17. Устройство согласно любому из аспектов 2-16, дополнительно содержащее:
второй канал (56), функционально расположенный для транспортировки второй части (59) потока (12) выхлопного газа из газовой турбины (10), по меньшей мере, части второго потока (61) окислителя из второго нагнетательного вентилятора (60) и второго потока (67) нагнетаемого воздуха из второго клапанного узла (65) во вторую печь (70) риформинга;
второй датчик (64), чувствительный к давлению во втором канале (56); и
контроллер (100), функционально соединенный, по меньшей мере, с одним объектом из второго клапанного узла (65) для создания второго потока (67) нагнетаемого воздуха и клапанным узлом (15) для контроля потока (12) выхлопного газа, контроллер (100) функционально соединен со вторым датчиком (64) и является чувствительным к сигналам от второго датчика (64).
Аспект 18. Устройство согласно любому из аспектов 1-17, дополнительно содержащее:
2
перерабатывающую установку (40), функционально расположенную для приема потока (36) риформата и газового потока (38) продуктов горения, перерабатывающая установка содержит, по меньшей мере, один объект из реактора конверсии, системы генерирования водяного пара, деаэратора, установки разделения методом короткоцикловой адсорбции, установки удаления CO, криогенного сепаратора и барабанного сепаратора.
Аспект 19. Устройство согласно аспекту 18, где перерабатывающая установка (40) содержит установку разделения методом короткоцикловой адсорбции.
Аспект 20. Устройство согласно любому из аспектов 2-19, дополнительно содержащее:
2
вторую перерабатывающую установку (80), функционально расположенную для приема второго потока (76) риформата и второго газового потока (78) продуктов горения, вторая перерабатывающая установка (80) содержит, по меньшей мере, один объект из реактора конверсии, системы генерирования водяного пара, деаэратора, установки разделения методом короткоцикловой адсорбции, установки удаления CO, криогенного сепаратора и барабанного сепаратора.
Аспект 21. Устройство согласно аспекту 20, где вторая перерабатывающая установка (80) содержит установку разделения методом короткоцикловой адсорбции, отдельную от установки разделения методом короткоцикловой адсорбции первой перерабатывающей установки (40).
Аспект 22. Устройство в соответствии с аспектом 16, дополнительно содержащее:
датчик (35), который является чувствительным к давлению в пространстве камеры сгорания печи (30) риформинга, где контроллер (100) функционально соединен для приема сигналов от датчика (35);
где вытяжной вентилятор (50) с искусственной тягой функционально располагается для приема газового потока (38) продуктов горения из печи (30) риформинга, где вытяжной вентилятор (50) с искусственной тягой функционально соединен для приема сигналов от контроллера (100) чувствительного к сигналам от датчика (35), который является чувствительным к давлению в печи (30) риформинга. Контроллер может конфигурироваться для изменения скорости вращения вытяжного вентилятора с искусственной тягой.
Аспект 23. Устройство в соответствии с аспектом 22, дополнительно содержащее:
датчик (52), который является чувствительным к концентрации кислорода в газовом потоке (38) продуктов горения из печи (30) риформинга, где контроллер (100) функционально соединен для приема сигналов от датчика (52), который является чувствительным к концентрации кислорода в газовом потоке (38) продуктов горения;
где вытяжной вентилятор с искусственной тягой функционально соединен для приема сигналов от контроллера (100) чувствительного к сигналам от датчика (52), который является чувствительным к концентрации кислорода в газовом потоке (38) продуктов горения.
Аспект 24. Устройство в соответствии с аспектом 16, дополнительно содержащее:
датчик (75), который является чувствительным к давлению во второй печи (70) риформинга,
где контроллер (100) функционально соединен для приема сигналов от датчика (75);
где второй вытяжной вентилятор (90) с искусственной тягой функционально располагается для приема второго газового потока (78) продуктов горения из второй печи (70) риформинга, где второй вытяжной вентилятор (90) с искусственной тягой функционально соединен для приема сигналов от контроллера (100), чувствительного к сигналам от датчика (75), который является чувствительным к давлению во второй печи (70) риформинга.
Аспект 25. Устройство в соответствии с аспектом 24, дополнительно содержащее:
датчик (92), который является чувствительным к концентрации кислорода во втором газовом потоке (78) продуктов горения из второй печи (70) риформинга, где контроллер (100) функционально соединен для приема сигналов от датчика (92), который является чувствительным к концентрации кислорода во втором газовом потоке (78) продуктов горения;
где второй вытяжной вентилятор (90) с искусственной тягой функционально соединен для приема сигналов от контроллера (100), чувствительного к сигналам от датчика (92), который является чувствительным к концентрации кислорода во втором газовом потоке (78) продуктов горения.
Аспект 26. Устройство согласно аспекту 1, дополнительно содержащее:
второй нагнетательный вентилятор (160), имеющий выход для высвобождения второго потока (161) окислителя;
второй клапанный узел (165) для создания второго потока (167) нагнетаемого воздуха; и
генератор (170) водяного пара для извлечения тепла, функционально соединенный с газовой турбиной (10), вторым нагнетательным вентилятором (160) и вторым клапанным узлом (165), и функционально расположенный для приема второй части (159) потока (12) выхлопного газа из газовой турбины (10), по меньшей мере, части второго потока (161) окислителя из второго нагнетательного вентилятора (160) и второго потока (167) нагнетаемого воздуха из второго клапанного узла (165).
Аспект 27. Устройство согласно аспекту 26, дополнительно содержащее:
второй теплообменник (162), функционально расположенный между вторым нагнетательным вентилятором (160) и генератором (170) водяного пара для извлечения тепла, где второй теплообменник (162) функционально располагается для приема, по меньшей мере, части второго потока (161) окислителя из второго нагнетательного вентилятора (160) и генератор (170) водяного пара для извлечения тепла функционально располагается для приема, по меньшей мере, части второго потока окислителя (161) из второго теплообменника (162).
Аспект 28. Устройство согласно аспекту 27, где второй теплообменник (162) функционально располагается для обеспечения опосредованного теплообмена, по меньшей мере, между частью второго потока окислителя (161) и, по меньшей мере, одним объектом из части газового потока или всего газового потока продуктов горения из печи (30) риформинга из части потока или всего потока риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи (30) риформинга.
Аспект 29. Устройство согласно любому из аспектов 26-28, дополнительно содержащее:
второй вытяжной вентилятор (190) с искусственной тягой, функционально расположенный для приема потока (178) выхлопного газа из генератора (170) водяного пара для извлечения тепла.
Аспект 30. Устройство согласно любому из аспектов 26-29, дополнительно содержащее:
второй канал, функционально расположенный для транспортировки второй части (159) потока (12) выхлопного газа из газовой турбины (10), по меньшей мере, части второго потока окислителя (161) из второго нагнетательного вентилятора (160) и второго потока (167) нагнетаемого воздуха из второго клапанного узла (165) в генератор (170) водяного пара для извлечения тепла;
второй датчик (164), чувствительный к давлению во втором канале; и
контроллер (100), функционально соединенный, по меньшей мере, с одним объектом из второго клапанного узла (165) для создания второго потока (167) нагнетаемого воздуха и клапанным узлом (15) для контроля потока (12) выхлопного газа, контроллер (100) функционально соединен со вторым датчиком (164) и является чувствительным к сигналам от второго датчика (164).
Аспект 31. Устройство в соответствии с аспектом 30, дополнительно содержащее:
датчик (175), который является чувствительным к давлению в генераторе (170) водяного пара для извлечения тепла, где контроллер (100) функционально соединен для приема сигналов от датчика (175);
где второй вытяжной вентилятор (190) с искусственной тягой функционально располагается для приема потока (178) выхлопного газа из генератора (170) водяного пара для извлечения тепла, где второй вытяжной вентилятор (90) с искусственной тягой функционально соединен для приема сигналов от контроллера (100), чувствительного к сигналам от датчика (75), который является чувствительным к давлению в генераторе (170) водяного пара для извлечения тепла.
Аспект 32. Устройство в соответствии с аспектом 31, дополнительно содержащее:
датчик (192), который является чувствительным к концентрации кислорода в потоке (178) выхлопного газа от генератора (170) водяного пара для извлечения тепла, где контроллер (100) функционально соединен для приема сигналов от датчика (192), который является чувствительным к концентрации кислорода в потоке (178) выхлопного газа;
где второй вытяжной вентилятор (190) с искусственной тягой функционально соединен для приема сигналов от контроллера (100), чувствительного к сигналам от датчика (192), который является чувствительным к концентрации кислорода в потоке (178) выхлопного газа.
Аспект 33. Способ получения водорода, включающий:
первичный режим работы, первичный режим работы включает:
смешивание первого количества потока (21) окислителя из нагнетательного вентилятора (20) с первым количеством, по меньшей мере, части (19) потока (12) выхлопного газа из газовой турбины (10) с образованием первого количества смешанного потока (26) окислителя, содержащего выхлопной газ газовой турбины;
2
4
2
введение первого количества подаваемого газового потока (34) риформинга во множество трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи (30) риформинга, взаимодействие первого количества подаваемого газового потока (34) риформинга при реакции риформинга при условиях реакции эффективных при образовании первого количества потока (36) риформата, содержащего H, CO, CH и HO, и извлечение первого количества потока (36) риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи (30) риформинга; и
горение первого количества потока (32) топлива вместе, по меньшей мере, с частью первого количества смешанного потока (26) окислителя, содержащего выхлопной газ газовой турбины, в печи (30) риформинга, в пространстве внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, при условиях эффективных для горения первого количества потока (32) топлива с образованием первого количества газового потока (38) продуктов горения и генерированием тепла для обеспечения энергией для взаимодействия первого количества подаваемого газового потока (34) риформинга внутри множества трубок риформинга, содержащих катализатор, и извлечение первого количества газового потока (38) продуктов горения из печи (30) риформинга;
вторичный режим работы, этот вторичный режим работы осуществляется, когда поток (12) выхлопного газа из газовой турбины (10) прерывается или становится иным образом недоступным, вторичный режим работы включает:
открывание клапанного узла (25) и смешивание первого количества потока (27) нагнетаемого воздуха со вторым количеством потока (21) окислителя с образованием первого количества смешанного потока окислителя (29), содержащего нагнетаемый воздух;
2
4
2
введение второго количества подаваемого газового потока (34) риформинга во множество трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи (30) риформинга, взаимодействие второго количества подаваемого газового потока (34) риформинга при реакции риформинга при условиях реакции эффективных для образования второго количества потока (36) риформата, содержащего H, CO, CH и HO, и извлечение второго количества потока (36) риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи (30) риформинга; и
горение второго количества потока (32) топлива вместе, по меньшей мере, с частью первого количества смешанного потока окислителя, содержащего нагнетаемый воздух (29), в печи (30) риформинга, в пространстве внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, при условиях эффективных для горения второго количества потока (32) топлива с целью образования второго количества газового потока (38) продуктов горения и генерирования тепла для обеспечения энергией для взаимодействия второго количества подаваемого газового потока (34) риформинга внутри множества трубок риформинга, содержащих катализатор, и извлечение второго количества газового потока (38) продуктов горения из первой печи (30) риформинга.
Аспект 34. Способ согласно аспекту 33, когда при запуске вторичного режима работы, клапанный узел (25) открывается до заданного положения, заданное положение зависит от рабочей скорости вращения газовой турбины перед запуском вторичного режима работы.
Аспект 35. Способ согласно аспекту 33 или аспекту 34, дополнительно включающий:
прохождение первого количества потока (21) окислителя из нагнетательного вентилятора (20) в теплообменник (22) перед смешиванием первого количества потока (21) окислителя из нагнетательного вентилятора (20) с первым количеством, по меньшей мере, части (19) потока (12) выхлопного газа, нагревая при этом первое количество потока (21) окислителя из нагнетательного вентилятора (20); и
прохождение второго количества потока (21) окислителя из нагнетательного вентилятора (20) в теплообменник (22) перед смешиванием первого количества потока (27) нагнетаемого воздуха со вторым количеством потока (21) окислителя, нагревая при этом второе количество потока (21) окислителя из нагнетательного вентилятора (20).
Аспект 36. Способ согласно аспекту 35, где поток окислителя (21) нагревается в теплообменнике (22) с помощью опосредованного теплообмена, по меньшей мере, с одним объектом из части газового потока или всего газового потока (38) продуктов горения из печи (30) риформинга из части потока или всего потока (36) риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи (30) риформинга.
Аспект 37. Способ согласно любому из аспектов 33–36,
где печь (30) риформинга имеет некоторое давление внешнее по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор;
2
2
2
2
2
где первичный режим работы дополнительно включает прохождение первого количества газового потока (38) продуктов горения из печи (30) риформинга в вытяжной вентилятор 50 с искусственной тягой, где вытяжной вентилятор (50) с искусственной тягой работает таким образом, что давление внешнее по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи (30) риформинга находится в пределах от -2,5 кПа в датчике (-10 дюймов HO) до + 0,25 кПа в датчике (+1 дюйм водяного столба) или находится в пределах от -1,5 кПа в датчике (-6 дюймов HO) до -0,5 кПа в датчике (-2 дюйма HO) или находится в пределах от -1 кПа в датчике (-4 дюйма HO) до -0,75 кПа в датчике (-3 дюйма HO); и
2
2
2
2
2
где вторичный режим работы дополнительно включает прохождение второго количества газового потока (38) продуктов горения из печи (30) риформинга в вытяжной вентилятор (50) с искусственной тягой, где вытяжной вентилятор (50) с искусственной тягой работает таким образом, что давление внешнее по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи (30) риформинга находится в пределах от -2,5 кПа в датчике (-10 дюймов HO) до + 0,25 кПа в датчике (+1 дюйм водяного столба) или находится в пределах от -1,5 кПа в датчике (-6 дюймов HO) до -0,5 кПа в датчике (-2 дюйма HO) или находится в пределах от -1 кПа в датчике (-4 дюйма HO) до -0,75 кПа в датчике (-3 дюйма HO).
Аспект 38. Способ согласно любому из аспектов 33-37, дополнительно включающий:
третичный режим работы, этот третичный режим работы осуществляется после вторичного режима работы, третичный режим работы осуществляется, когда поток выхлопного газа из газовой турбины является недоступным, третичный режим работы включает;
частичное закрывание клапанного узла (25) и смешивание второго количества потока (27) нагнетаемого воздуха с третьим количеством потока (21) окислителя для образования второго количества смешанного потока окислителя, содержащего нагнетаемый воздух (29);
2
4
2
введение третьего количества подаваемого газового потока (34) риформинга во множество трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи (30) риформинга, взаимодействие третьего количества подаваемого газового потока (34) риформинга при условиях реакции эффективных для образования третьего количества потока (36) риформата, содержащего H, CO, CH, и HO, и извлечение третьего количества потока (36) риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи (30) риформинга; и
горение третьего количества потока (32) топлива вместе, по меньшей мере, с частью второго количества смешанного потока окислителя, содержащего нагнетаемый воздух (29), в печи (30) риформинга, в пространстве внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, при условиях эффективных для горения третьего количества потока (32) топлива с целью образования третьего количества газового потока (38) продуктов горения и генерирования тепла для обеспечения энергией для взаимодействия третьего количества подаваемого газового потока (34) риформинга внутри множества трубок риформинга, содержащих катализатор, и извлечение третьего количества газового потока (38) продуктов горения из печи (30) риформинга;
1
где первое количество потока (21) окислителя имеет среднюю по времени массовую скорость потока F;
2
где второе количество потока (21) окислителя имеет среднюю по времени массовую скорость потока F;
3
где третье количество потока (21) окислителя имеет среднюю по времени массовую скорость потока F;
1
где первое количество потока (27) нагнетаемого воздуха имеет среднюю по времени массовую скорость потока G;
2
где второе количество потока (27) нагнетаемого воздуха имеет среднюю по времени массовую скорость потока G; и,
3
1
3
2
1
2
где F>F, F>F и G>G.
Аспект 39. Способ согласно аспекту 38, дополнительно включающий прохождение третьего количества потока (21) окислителя из нагнетательного вентилятора (20) в теплообменник (22) перед смешиванием второго количества потока (27) нагнетаемого воздуха с третьим количеством потока (21) окислителя, нагревая при этом третье количество потока (21) окислителя из нагнетательного вентилятора (20).
Аспект 40. Способ согласно аспекту 38 или аспекту 39,
где печь (30) риформинга имеет некоторое давление внешнее по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор;
2
2
2
2
2
где первичный режим работы дополнительно включает прохождение первого количества газового потока (38) продуктов горения из печи (30) риформинга в вытяжной вентилятор (50) с искусственной тягой, где вытяжной вентилятор (50) с искусственной тягой работает (то есть скорость вращения мотора воздуходувки такая) таким образом, что давление внешнее по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи (30) риформинга находится в пределах от -2,5 кПа в датчике (-10 дюймов HO) до +0,25 кПа в датчике (+1 дюйм водяного столба) или находится в пределах от -1,5 кПа в датчике (-6 дюймов HO) до -0,5 кПа в датчике (-2 дюйма HO) или находится в пределах от -1 кПа в датчике (-4 дюйма HO) до -0,75 кПа в датчике (-3 дюйма HO);
2
2
2
2
2
где вторичный режим работы дополнительно включает прохождение второго количества газового потока (38) продуктов горения из печи (30) риформинга в вытяжной вентилятор (50) с искусственной тягой, где вытяжной вентилятор (50) с искусственной тягой работает таким образом, что давление внешнее по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи (30) риформинга находится в пределах от -2,5 кПа в датчике (-10 дюймов HO) до +0,25 кПа в датчике (+1 дюйм водяного столба) или находится в пределах от -1,5 кПа в датчике (-6 дюймов HO) до -0,5 кПа в датчике (-2 дюйма HO) или находится в пределах от -1 кПа в датчике (-4 дюйма HO) до -0,75 кПа в датчике (-3 дюйма HO); и
2
2
2
2
2
где третичный режим работы дополнительно включает прохождение третьего количества газового потока (38) продуктов горения из печи (30) риформинга в вытяжной вентилятор (50) с искусственной тягой, где вытяжной вентилятор (50) с искусственной тягой работает таким образом, что давление внешнее по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи (30) риформинга находится в пределах от -2,5 кПа в датчике (-10 дюймов HO) до +0,25 кПа в датчике (+1 дюйм водяного столба) или находится в пределах от -1,5 кПа в датчике (-6 дюймов HO) до -0,5 кПа в датчике (-2 дюйма HO) или находится в пределах от -1 кПа в датчике (-4 дюйма HO) до -0,75 кПа в датчике (-3 дюйма HO).
Аспект 41. Способ согласно любому из аспектов 38–40, дополнительно включающий режим вентиляции, этот режим вентиляции включает:
смешивание четвертого количества потока окислителя из нагнетательного вентилятора (20) со вторым количеством, по меньшей мере, части (19) потока (12) выхлопного газа из газовой турбины (10) для образования второго количества смешанного потока окислителя, содержащего выхлопной газ газовой турбины (26);
открывание клапанного узла (25) и высвобождение первой части второго количества смешанного потока (26) окислителя через проход (18) (в качестве выводимого потока (28));
2
4
2
введение четвертого количества подаваемого газового потока (34) риформинга во множество трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи (30) риформинга, взаимодействие четвертого количества подаваемого газового потока (34) риформинга при условиях реакции эффективных для образования четвертого количества потока (36) риформата, содержащего H, CO, CH и HO, и извлечение четвертого количества потока (36) риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи (30) риформинга; и
горение четвертого количества потока (32) топлива со второй частью второго количества смешанного потока (26) окислителя в печи (30) риформинга, в пространстве внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, при условиях эффективных для горения четвертого количества потока (32) топлива с целью образования четвертого количества газового потока (38) продуктов горения и генерирования тепла для обеспечения энергией для взаимодействия четвертого количества подаваемого газового потока (34) риформинга внутри множества трубок риформинга, содержащих катализатор риформера, и извлечение четвертого количества газового потока (38) продуктов горения из печи (30) риформинга.
Аспект 42. Способ согласно аспекту 41, дополнительно включающий прохождение четвертого количества потока (21) окислителя из нагнетательного вентилятора (20) в теплообменник (22) перед смешиванием четвертого количества потока окислителя со вторым количеством, по меньшей мере, части потока выхлопного газа из газовой турбины, нагревая при этом четвертое количество потока окислителя из нагнетательного вентилятора (20).
Аспект 43. Способ согласно любому из аспектов 33–42, дополнительно включающий режим запуска газовой турбины, этот режим запуска газовой турбины включает:
прохождение запускающего количества потока (12) выхлопного газа из газовой турбины (10) в клапанный узел (15) для контроля потока (12) выхлопного газа из газовой турбины (10), где клапанный узел (15) для контроля потока (12) выхлопного газа высвобождает запускающее количество потока выхлопного газа через проход (17) для выхлопного газа газовой турбины, так что ни какая часть запускающего количества потока (12) выхлопного газа высвобождаемого через проход (17) для выхлопного газа газовой турбины не используется в качестве окислителя для горения в первой печи (30) риформинга или другой печи риформинга.
Аспект 44. Способ согласно любому из аспектов 33-43, где первичный режим работы дополнительно включает:
смешивание первого количества второго потока (61) окислителя из второго нагнетательного вентилятора (60) с первым количеством второй части (59) потока (12) выхлопного газа из газовой турбины (10) с образованием первого количества второго смешанного потока окислителя, содержащего выхлопной газ газовой турбины (66);
2
4
2
введение первого количества второго подаваемого газового потока риформинга (74) во множество трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи (70) риформинга, взаимодействие первого количества второго подаваемого газового потока риформинга (74) при реакции риформинга при условиях реакции эффективных при образовании первого количества второго потока (76) риформата, содержащего H, CO, CH и HO, и извлечение первого количества второго потока (76) риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи (70) риформинга; и
горение первого количества второго потока топлива (72) вместе, по меньшей мере, с частью первого количества второго смешанного потока окислителя, содержащего выхлопной газ газовой турбины (66), во второй печи (70) риформинга, с пространстве внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи риформинга при условиях эффективных для горения первого количества второго потока топлива (72) с образованием первого количества второго газового потока (78) продуктов горения и генерированием тепла для обеспечения энергией для взаимодействия первого количества второго подаваемого газового потока риформинга (74) внутри множества трубок риформинга, содержащих катализатор, второго риформинга, и извлечение первого количества второго газового потока (78) продуктов горения из второй печи (70) риформинга; и,
где вторичный режим работы дополнительно включает:
открывание второго клапанного узла (65) и смешивание первого количества второго потока нагнетаемого воздуха (67) со вторым количеством второго потока (61) окислителя с образованием первого количества второго смешанного потока окислителя, содержащего нагнетаемый воздух (69);
2
4
2
введение второго количества второго подаваемого газового потока риформинга (74) во множество трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи (70) риформинга, взаимодействие второго количества второго подаваемого газового потока риформинга (74) при условиях реакции эффективных для образования второго количества второго потока (76) риформата, содержащего H, CO, CH и HO, и извлечение второго количества второго потока (76) риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи (70) риформинга; и
горение второго количества второго потока топлива (72) вместе, по меньшей мере, с частью первого количества второго смешанного потока окислителя, содержащего нагнетаемый воздух (69), во второй печи (70) риформинга, в пространстве внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, второго риформинга при условиях эффективных для горения второго количества второго потока топлива (72) для образования второго количества второго газового потока (78) продуктов горения и генерирования тепла для обеспечения энергией для взаимодействия второго количества второго подаваемого газового потока риформинга (74) внутри множества трубок риформинга, содержащих катализатор, второго риформинга, и извлечение второго количества второго газового потока (78) продуктов горения из второй печи (70) риформинга.
Аспект 45. Способ согласно аспекту 44, когда при запуске вторичного режима работы, второй клапанный узел (65) открывается до заданного положения для второго клапанного узла, заданное положение для второго клапанного узла зависит от рабочей скорости вращения газовой турбины перед запуском вторичного режима работы.
Аспект 46. Способ согласно аспекту 44 или аспекту 45, дополнительно включающий:
прохождение первого количества второго потока (61) окислителя из второго нагнетательного вентилятора (60) во второй теплообменник (62) перед смешиванием первого количества второго потока (61) окислителя из второго нагнетательного вентилятора (60) с первым количеством второй части потока выхлопного газа, нагревая при этом первое количество второго потока (61) окислителя из второго нагнетательного вентилятора (60);
прохождение второго количества второго потока (61) окислителя из второго нагнетательного вентилятора (60) во второй теплообменник (62) перед смешиванием первого количества второго потока нагнетаемого воздуха (67) со вторым количеством второго потока окислителя, нагревая при этом второе количество второго потока окислителя из второго нагнетательного вентилятора (60).
Аспект 47. Способ согласно любому из аспектов 44-46,
где вторая печь (70) риформинга имеет некоторое давление внешнее по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор;
2
2
2
2
2
где первичный режим работы дополнительно включает прохождение первого количества второго газового потока (78) продуктов горения из второй печи (70) риформинга во второй вытяжной вентилятор (90) с искусственной тягой, где второй вытяжной вентилятор (90) с искусственной тягой работает таким образом, что давление внешнее по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи (70) риформинга находится в пределах от -2,5 кПа в датчике (-10 дюймов HO) до +0,25 кПа в датчике (+1 дюйм водяного столба) или находится в пределах от -1,5 кПа в датчике (-6 дюймов HO) до -0,5 кПа в датчике (-2 дюйма HO) или находится в пределах от -1 кПа в датчике (-4 дюйма HO) до -0,75 кПа в датчике (-3 дюйма HO); и
2
2
2
2
2
где вторичный режим работы дополнительно включает прохождение второго количества второго газового потока (78) продуктов горения из второй печи (70) риформинга во второй вытяжной вентилятор (90) с искусственной тягой, где второй вытяжной вентилятор (90) с искусственной тягой работает таким образом, что давление внешнее по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи (70) риформинга находится в пределах от -2,5 кПа в датчике (-10 дюймов HO) до +0,25 кПа в датчике (+1 дюйм водяного столба) или находится в пределах от -1,5 кПа в датчике (-6 дюймов HO) до -0,5 кПа в датчике (-2 дюйма HO) или находится в пределах от -1 кПа в датчике (-4 дюйма HO) до -0,75 кПа в датчике (-3 дюйма HO).
Аспект 48. Способ согласно любому из аспектов 38-47, где третичный режим работы дополнительно включает:
частичное закрывание второго клапанного узла (65) и смешивание второго количества второго потока (67) нагнетаемого воздуха с третьим количеством второго потока окислителя для образования второго количества второго смешанного потока окислителя, содержащего нагнетаемый воздух (69);
2
4
2
введение третьего количества второго подаваемого газового потока риформинга (74) во множество трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи (70) риформинга, взаимодействие третьего количества второго подаваемого газового потока риформинга (74) при условиях реакции эффективных для образования третьего количества второго потока (76) риформата, содержащего H, CO, CH и HO, и извлечение третьего количества второго потока (76) риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи (70) риформинга; и
горение третьего количества второго потока топлива (72) вместе, по меньшей мере, с частью второго количества второго смешанного потока окислителя, содержащего нагнетаемый воздух (69), во второй печи (70) риформинга, в пространстве внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, при условиях эффективных для горения третьего количества второго потока топлива (72) для образования третьего количества второго газового потока (78) продуктов горения и генерирования тепла для обеспечения энергией для взаимодействия третьего количества второго подаваемого газового потока риформинга (74) внутри множества трубок риформинга, содержащих катализатор, и извлечение третьего количества второго газового потока (78) продуктов горения из второй печи (70) риформинга;
4
где первое количество второго потока (61) окислителя имеет среднюю по времени массовую скорость потока F;
5
где второе количество второго потока (61) окислителя имеет среднюю по времени массовую скорость потока F;
6
где третье количество второго потока (61) окислителя имеет среднюю по времени массовую скорость потока F;
3
где первое количество второго потока нагнетаемого воздуха (67) имеет среднюю по времени массовую скорость потока G;
4
где второе количество второго потока нагнетаемого воздуха (67) имеет среднюю по времени массовую скорость потока G; и
6
4
6
5
3
4
где F>F, F>F, и G>G.
Аспект 49. Способ согласно аспекту 48, дополнительно включающий прохождение третьего количества второго потока (61) окислителя из второго нагнетательного вентилятора (60) во второй теплообменник (62) перед смешиванием второго количества второго потока нагнетаемого воздуха (67) с третьим количеством второго потока (61) окислителя, нагревая при этом третье количество второго потока (61) окислителя из второго нагнетательного вентилятора (60).
Аспект 50. Способ согласно аспекту 49, где второй поток окислителя (61) нагревается во втором теплообменнике (62) с помощью опосредованного теплообмена, по меньшей мере, с одним объектом из второго газового потока (78) продуктов горения из второй печи (70) риформинга и второго потока (76) риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи риформинга (80).
Аспект 51. Способ согласно любому из аспектов 48-50,
где вторая печь (70) риформинга имеет некоторое давление внешнее по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор;
2
2
2
2
2
где первичный режим работы дополнительно включает прохождение первого количества второго газового потока (78) продуктов горения из второй печи (70) риформинга во второй вытяжной вентилятор (90) с искусственной тягой, где второй вытяжной вентилятор (90) с искусственной тягой работает таким образом, что давление внешнее по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи (70) риформинга находится в пределах от -2,5 кПа в датчике (-10 дюймов HO) до +0,25 кПа в датчике (+1 дюйм водяного столба) или находится в пределах от -1,5 кПа в датчике (-6 дюймов HO) до -0,5 кПа в датчике (-2 дюйма HO) или находится в пределах от -1 кПа в датчике (-4 дюйма HO) до -0,75 кПа в датчике (-3 дюйма HO);
2
2
2
2
2
где вторичный режим работы дополнительно включает прохождение второго количества второго газового потока (78) продуктов горения из второй печи (70) риформинга во второй вытяжной вентилятор (90) с искусственной тягой, где второй вытяжной вентилятор (90) с искусственной тягой работает таким образом, что давление внешнее по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи (70) риформинга находится в пределах от -2,5 кПа в датчике (-10 дюймов HO) до +0,25 кПа в датчике (+1 дюйм водяного столба) или находится в пределах от -1,5 кПа в датчике (-6 дюймов HO) до -0,5 кПа в датчике (-2 дюйма HO) или находится в пределах от -1 кПа в датчике (-4 дюйма HO) до -0,75 кПа в датчике (-3 дюйма HO); и
2
2
2
2
2
где третичный режим работы дополнительно включает прохождение третьего количества второго газового потока (78) продуктов горения из второй печи (70) риформинга во второй вытяжной вентилятор (90) с искусственной тягой, где второй вытяжной вентилятор (90) с искусственной тягой работает таким образом, что давление внешнее по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи (70) риформинга находится в пределах от -2,5 кПа в датчике (-10 дюймов HO) до +0,25 кПа в датчике (+1 дюйм водяного столба) или находится в пределах от -1,5 кПа в датчике (-6 дюймов HO) до -0,5 кПа в датчике (-2 дюйма HO) или находится в пределах от -1 кПа в датчике (-4 дюйма HO) до -0,75 кПа в датчике (-3 дюйма HO).
Аспект 52. Способ согласно любому из аспектов 48-51, дополнительно включающий второй режим вентиляции, этот второй режим вентиляции включает:
смешивание четвертого количества второго потока окислителя со вторым количеством второй части (59) потока (12) выхлопного газа из газовой турбины (10) для образования второго количества второго смешанного потока окислителя, содержащего выхлопной газ газовой турбины (66);
открывание второго клапанного узла (65) и высвобождение первой части второго количества второго смешанного потока (66) окислителя через второй проход (58);
2
4
2
введение четвертого количества второго подаваемого газового потока риформинга (74) во множество трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи (70) риформинга, взаимодействие четвертого количества второго подаваемого газового потока риформинга (74) при условиях реакции эффективных для образования четвертого количества второго потока (76) риформата, содержащего H, CO, CH и HO, и извлечение четвертого количества второго потока (76) риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи (70) риформинга; и
горение четвертого количества второго потока топлива (72) вместе со второй частью второго количества второго смешанного потока (66) окислителя во второй печи (70) риформинга в пространстве внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, при условиях эффективных для горения четвертого количества второго потока топлива (72) с целью образования четвертого количества второго газового потока (78) продуктов горения и генерирования тепла для обеспечения энергией для взаимодействия четвертого количества второго подаваемого газового потока риформинга (74) внутри множества трубок риформинга, содержащих катализатор, второго риформинга, и извлечение четвертого количества второго газового потока (78) продуктов горения из второй печи (70) риформинга.
Аспект 53. Способ согласно аспекту 52, дополнительно включающий прохождение четвертого количества второго потока (61) окислителя из второго нагнетательного вентилятора (60) во второй теплообменник (62) перед смешиванием четвертого количества второго потока окислителя со вторым количеством второй части (59) потока (12) выхлопного газа из газовой турбины (10), нагревая при этом четвертое количество второго потока окислителя из нагнетательного вентилятора (60).
2
Аспект 54. Способ согласно любому из аспектов 33-53, где, по меньшей мере, один объект из первого количества потока (36) риформата, второго количества потока (36) риформата и третьего количества потока (36) риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи (30) риформинга разделяется с помощью короткоцикловой безнагревной адсорбции в установке короткоцикловой адсорбции (40) с получением продукта, содержащего H (45), и газообразного побочного продукта (33), и где первый поток топлива (32) содержит, по меньшей мере, часть газообразного побочного продукта (33).
2
Аспект 55. Способ согласно любому из аспектов 34-54, где, по меньшей мере, один объект из первого количества потока (76) риформата, второго количества потока (76) риформата и третьего количества потока (76) риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи (70) риформинга разделяется с помощью короткоцикловой безнагревной адсорбции в установке короткоцикловой адсорбции (80) с получением продукта, содержащего H (85), и газообразного побочного продукта (73), и где второй поток топлива (72) содержит, по меньшей мере, часть газообразного побочного продукта (73).
Аспект 56. Способ согласно любому из аспектов 33-55, дополнительно включающий:
получение первых данных о давлении смешанного потока окислителя, содержащего выхлопной газ газовой турбины, в течение первичного режима работы;
получение вторых данных о давлении чувствительных к давлению в печи риформинга, в пространстве внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, в течение первичного режима работы;
получение данных о концентрации кислорода для газового потока (38) продуктов горения в течение первичного режима работы;
открывание и закрывание клапанного узла (25) чувствительного к первым данным о давлении, полученным в течение первичного режима работы, вторым данным о давлении, полученным в течение первичного режима работы, и к данным о концентрации кислорода, полученным в течение первичного режима работы;
установление скорости вращения нагнетательного вентилятора (20) чувствительной к первым данным о давлении, полученным в течение первичного режима работы, вторым данным о давлении, полученным в течение первичного режима работы, и к данным о концентрации кислорода, полученным в течение первичного режима работы; и
установление скорости вращения вытяжного вентилятора (50) с искусственной тягой чувствительной к первым данным о давлении, полученным в течение первичного режима работы, вторым данным о давлении, полученным в течение первичного режима работы, и к данным о концентрации кислорода, полученным в течение первичного режима работы.
Аспект 57. Способ согласно любому из аспектов 33-56, дополнительно включающий:
получение первых данных о давлении смешанного потока окислителя, содержащего нагнетаемый воздух, в течение вторичного режима работы;
получение вторых данных о давлении чувствительных к давлению в печи риформинга, в пространстве внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, в течение вторичного режима работы;
получение данных о концентрации кислорода для газового потока (38) продуктов горения в течение вторичного режима работы;
открывание и закрывание клапанного узла (25) чувствительного к первым данным о давлении, полученным в течение вторичного режима работы, вторым данным о давлении, полученным в течение вторичного режима работы, и к данным о концентрации кислорода, полученным в течение вторичного режима работы;
установление скорости вращения нагнетательного вентилятора (20) чувствительной к первым данным о давлении, полученным в течение вторичного режима работы, вторым данным о давлении, полученным в течение вторичного режима работы, и к данным о концентрации кислорода, полученным в течение вторичного режима работы; и
установление скорости вращения вытяжного вентилятора (50) с искусственной тягой чувствительной к первым данным о давлении, полученным в течение вторичного режима работы, вторым данным о давлении, полученным в течение вторичного режима работы, и к данным о концентрации кислорода, полученным в течение вторичного режима работы.
Аспект 58. Способ согласно любому из аспектов 38-57, дополнительно включающий:
получение первых данных о давлении смешанного потока окислителя, содержащего нагнетаемый воздух, в течение третичного режима работы;
получение вторых данных о давлении чувствительных к давлению в печи риформинга, в пространстве внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, в течение третичного режима работы;
получение данных о концентрации кислорода для газового потока (38) продуктов горения в течение третичного режима работы;
открывание и закрывание клапанного узла (25) чувствительного к первым данным о давлении, полученным в течение третичного режима работы, вторым данным о давлении, полученным в течение третичного режима работы, и к данным о концентрации кислорода, полученным в течение третичного режима работы;
установление скорости вращения нагнетательного вентилятора (20) чувствительной к первым данным о давлении, полученным в течение третичного режима работы, вторым данным о давлении, полученным в течение третичного режима работы, и к данным о концентрации кислорода, полученным в течение третичного режима работы; и
установление скорости вращения вытяжного вентилятора (50) с искусственной тягой чувствительной к первым данным о давлении, полученным в течение третичного режима работы, вторым данным о давлении, полученным в течение третичного режима работы и к данным о концентрации кислорода, полученным в течение третичного режима работы.
Аспект 59. Способ согласно любому из аспектов 44-58, дополнительно включающий:
получение первых данных о давлении второго смешанного потока (66) окислителя, содержащего выхлопной газ газовой турбины, в течение первичного режима работы;
получение вторых данных о давлении чувствительных к давлению во второй печи (70) риформинга, в пространстве внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, в течение первичного режима работы;
получение данных о концентрации кислорода для второго газового потока (78) продуктов горения в течение первичного режима работы;
открывание и закрывание второго клапанного узла (65) чувствительного к первым данным о давлении второго смешанного потока (66) окислителя, полученным в течение первичного режима работы, вторым данным о давлении чувствительным к давлению во второй печи (70) риформинга, полученным в течение первичного режима работы, и к данным о концентрации кислорода для второго газового потока (78) продуктов горения, полученным в течение первичного режима работы;
установление скорости вращения нагнетательного вентилятора (20) чувствительной к первым данным о давлении второго смешанного потока (66) окислителя, полученным в течение первичного режима работы, вторым данным о давлении чувствительным к давлению во второй печи (70) риформинга, полученным в течение первичного режима работы, и к данным о концентрации кислорода для второго газового потока (78) продуктов горения, полученным в течение первичного режима работы; и
установление скорости вращения вытяжного вентилятора (50) с искусственной тягой чувствительной к первым данным о давлении второго смешанного потока (66) окислителя, полученным в течение первичного режима работы, вторым данным о давлении чувствительным к давлению во второй печи (70) риформинга, полученным в течение первичного режима работы, и к данным о концентрации кислорода для второго газового потока (78) продуктов горения, полученным в течение первичного режима работы.
Аспект 60. Способ согласно любому из аспектов 44-59, дополнительно включающий:
получение первых данных о давлении второго смешанного потока (66) окислителя, содержащего нагнетаемый воздух, в течение вторичного режима работы;
получение вторых данных о давлении чувствительных к давлению во второй печи (70) риформинга, в пространстве внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, в течение вторичного режима работы;
получение данных о концентрации кислорода для второго газового потока (78) продуктов горения в течение вторичного режима работы;
открывание и закрывание второго клапанного узла (65) чувствительного к первым данным о давлении второго смешанного потока (66) окислителя, полученным в течение вторичного режима работы, вторым данным о давлении чувствительным к давлению во второй печи (70) риформинга, полученным в течение вторичного режима работы, и к данным о концентрации кислорода для второго газового потока (78) продуктов горения, полученным в течение вторичного режима работы;
установление скорости вращения нагнетательного вентилятора (20) чувствительной к первым данным о давлении второго смешанного потока (66) окислителя, полученным в течение вторичного режима работы, вторым данным о давлении чувствительным к давлению во второй печи (70) риформинга, полученным в течение вторичного режима работы, и к данным о концентрации кислорода для второго газового потока (78) продуктов горения, полученным в течение вторичного режима работы; и
установление скорости вращения вытяжного вентилятора (50) с искусственной тягой чувствительной к первым данным о давлении второго смешанного потока (66) окислителя, полученным в течение вторичного режима работы, вторым данным о давлении чувствительным к давлению во второй печи (70) риформинга, полученным в течение вторичного режима работы, и к данным о концентрации кислорода для второго газового потока (78) продуктов горения, полученным в течение вторичного режима работы.
Аспект 61. Способ согласно любому из аспектов 48-60, дополнительно включающий:
получение первых данных о давлении второго смешанного потока (66) окислителя, содержащего нагнетаемый воздух, в течение третичного режима работы;
получение вторых данных о давлении чувствительных к давлению во второй печи (70) риформинга, в пространстве внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, в течение третичного режима работы;
получение данных о концентрации кислорода для второго газового потока (78) продуктов горения в течение третичного режима работы;
открывание и закрывание второго клапанного узла (65) чувствительного к первым данным о давлении второго смешанного потока (66) окислителя, полученным в течение третичного режима работы, вторым данным о давлении чувствительным к давлению во второй печи (70) риформинга, полученным в течение третичного режима работы, и к данным о концентрации кислорода для второго газового потока (78) продуктов горения, полученным в течение третичного режима работы;
установление скорости вращения нагнетательного вентилятора (20) чувствительной к первым данным о давлении второго смешанного потока (66) окислителя, полученным в течение третичного режима работы, вторым данным о давлении чувствительным к давлению во второй печи (70) риформинга, полученным в течение третичного режима работы, и к данным о концентрации кислорода для второго газового потока (78) продуктов горения, полученным в течение третичного режима работы; и
установление скорости вращения вытяжного вентилятора (50) с искусственной тягой чувствительной к первым данным о давлении второго смешанного потока (66) окислителя, полученным в течение третичного режима работы, вторым данным о давлении чувствительным к давлению во второй печи (70) риформинга, полученным в течение третичного режима работы, и к данным о концентрации кислорода для второго газового потока (78) продуктов горения, полученным в течение третичного режима работы.
Краткое описание нескольких видов чертежей
Фиг. 1 представляет собой блок-схему способа, иллюстрирующую вариант осуществления настоящего изобретения с необязательной второй печью риформинга.
Фиг. 2 представляет собой блок-схему способа, иллюстрирующую вариант осуществления настоящего изобретения с необязательным генератором водяного пара для извлечения тепла.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
Следующее далее подробное описание предлагает только предпочтительные иллюстративные варианты осуществления, и оно не предназначено для ограничения рамок, применимости или конфигурации изобретения. Скорее, следующее далее подробное описание предпочтительных иллюстративных вариантов осуществления обеспечит специалистов в данной области возможным описанием для осуществления предпочтительных иллюстративных вариантов осуществления изобретения, при этом понятно, что могут быть осуществлены разнообразные изменения функций и расположения элементов без отклонения от рамок изобретения, как определено формулой изобретения.
Обозначения единственного числа, как используется в настоящем документе, означают один или более, когда применяются к любому признаку в вариантах осуществления настоящего изобретения, описанному в описании и формуле изобретения. Использование обозначений единственного числа не ограничивает значение единственным признаком, если только такой предел не отверждается конкретно. Обозначение, предшествующее существительным или сложным существительным в единственном или множественном числе, обозначает конкретный указанный признак или конкретные указанные признаки и может иметь смысл единственного или множественного числа в зависимости от контекста его использования.
Прилагательное "любой" обозначает один, несколько или все вне зависимости от количества.
Термин "и/или" расположенный между первым объектом и вторым объектом означает одно из следующих значений (1) первый объект, (2) второй объект и (3) первый объект и второй объект. Термин "и/или" расположенный между первыми двумя объектами списка из 3 или более объектов означает, по меньшей мере, один из объектов в списке, включая любое конкретное сочетание объектов в этом списке.
Термин "множество" означает "два или более".
Фраза "по меньшей мере, часть" означает "часть или все", по меньшей мере, часть потока может иметь такую же композицию и такую же концентрацию каждого из видов частиц, как и поток, из которого она получена. По меньшей мере, часть потока может иметь композицию, отличную от потока, из которого она получена. По меньшей мере, часть потока может содержать конкретные компоненты потока, из которого она получена.
Как используется в настоящем документе, "отделенная часть" потока представляет собой часть, имеющую такую же химическую композицию и концентрации частиц, как и поток, из которого ее берут.
Как используется в настоящем документе "выделенная часть" потока представляет собой часть, имеющую иную химическую композицию и иные концентрации частиц, чем у потока, из которого ее берут.
Как используется в настоящем документе, "первый", "второй", "третий" и так далее, используют, чтобы обозначить различия между множеством стадий и/или признаков, и это не является показателем общего количества или относительного положения во времени и/или пространстве, если этого не утверждается явным образом.
Термин "обедненный" означает имеющий меньшую концентрацию, % молярный указанного газа, чем поток, из которого он образуется. "Обедненный" не означает, что в потоке совсем нет указанного газа.
Термины "богатый" или "обогащенный" означает имеющий более высокую концентрацию, % молярный указанного газа, чем поток, из которого он формируется.
Для целей простоты и ясности, подробные описания хорошо известных устройств, схем и способов опускаются с тем, чтобы не усложнять описание настоящего изобретения ненужными деталями.
2
Настоящее изобретение относится к устройству и способу получения продукта, содержащего H. Устройство может представлять собой установку для получения водорода и/или синтез-газа. В установке для получения водорода, как используется в настоящем документе, может быть получен продукт очищенного водорода и/или может быть получен синтез-газ, который содержит водород.
Обращаясь к чертежам, где сходные ссылочные номера относятся к сходным элементам на всех чертежах, здесь, Фиг. 1 представляет собой блок-схему способа, показывающую компоненты устройства для получения продукта, содержащего водород.
Устройство содержит газовую турбину 10, имеющую выход для извлечения потока 12 выхлопного газа из газовой турбины 10. Газовые турбины хорошо известны в данной области и являются коммерчески доступными, например, от General Electric Company. Соответствующую газовую турбину может легко выбрать специалист в данной области. Воздух и топливо, как правило, природный газ, вводят в газовую турбину. Газовая турбина производит горячий поток 12 выхлопного газа и электричество. Электричество, производимое газовой турбиной, можно использовать в установке для получения водорода и/или экспортировать.
Устройство может содержать клапанный узел 15 для контроля потока 12 выхлопного газа из газовой турбины 10. Клапанный узел 15 содержит подвижную часть, которая открывает, закрывает или частично перекрывает один или более портов или проходов в клапанном узле 15. Поскольку обозначение единственного числа означает "один или более", клапанный узел 15 может содержать несколько клапанов, как показано. Клапанный узел 15 может содержать трехходовой клапан и/или четырехходовой клапан. Клапанный узел 15 может работать для контроля скорости потока, по меньшей мере, части 19 потока 12 выхлопного газа.
Устройство может содержать проход 17 для выхлопного газа газовой турбины (то есть локальную дымовую трубу для выхлопного газа). Проход 17 для выхлопного газа газовой турбины может функционально располагаться для селективного приема части или всего потока 12 выхлопного газа из газовой турбины 10 через клапанный узел 15 для контроля потока 12 выхлопного газа. Клапанный узел 15 может представлять собой узел дивертора и может содержать дивертор на выходе газовой турбины для направления выхлопного газа либо в одну или более печей риформинга, либо в проход 17 для выхлопного газа газовой турбины.
Устройство может содержать контроллер 100. Контроллер 100 может представлять собой компьютер, контроллер с программируемой логикой (PLC) или что-либо подобное. Можно использовать любой пригодный для использования контроллер, известный в данной области. Поскольку обозначение единственного числа означает "один или более", контроллер 100 может содержать несколько компьютеров и/или PLC. Множество устройств контроллеров могут соединяться в соотношении главный/подчиненный или каскадного контроля.
Устройство может содержать датчик 14, функционально соединенный с контроллером 100. Датчик 14 может чувствовать характеристику потока 12 выхлопного газа. Датчик 14 может представлять собой датчик давления. Датчик 14 может представлять собой датчик скорости потока.
Контроллер 100 может функционально соединяться с клапанным узлом 15 для контроля открывания и закрывания клапанного узла 15 чувствительного к сигналам от датчика 14.
Датчик 14 может представлять собой датчик давления, и вместе с контроллером 100, он может функционировать в качестве автоматического контроллера давления, который отслеживает давление в проходе и открывает дивертор для прохода 17 выхлопного газа турбины, если давление в проходе превышает заданное максимальное давление.
Датчик 14 может представлять собой датчик скорости потока, и вместе с контроллером 100, он может функционировать в качестве автоматического контроллера скорости потока, который отслеживает скорость потока и открывает дивертор в проход 17 для выхлопного газа турбины, если скорость потока в проходе превышает заданную максимальную скорость потока.
Устройство содержит нагнетательный вентилятор 20, имеющий выход для высвобождения потока 21 окислителя, нагнетательные вентиляторы хорошо известны в данной области и коммерчески доступны, например, от Robinson Fans или от TLT-Babcock. Пригодный для использования нагнетательный вентилятор можно легко выбрать специалисту в данной области.
По меньшей мере, часть 19 потока 12 выхлопного газа и потока 21 окислителя могут смешиваться в разветвлении 23.
Устройство содержит клапанный узел 25 для подачи потока 27 нагнетаемого воздуха. Клапанный узел 25 может представлять собой так называемую сборку амортизатора. Клапанный узел 25 содержит подвижную часть, которая открывает, закрывает или частично перекрывает один или более портов или проходов в клапанном узле. Клапанный узел 25 может функционально соединяться с проходом, имеющем отверстие, которое может служить в качестве входа и выхода для потока. Отверстие может иметь колпак с вентиляцией для предотвращения прохождения дождя и другого нежелательного вещества через отверстие обратно в клапанный узел 25.
Клапанный узел 25 может также быть пригодным для высвобождения смешанного потока 26 окислителя, содержащего, по меньшей мере, часть потока 21 окислителя и, по меньшей мере, часть потока 12 выхлопного газа из газовой турбины 10.
При нормальных рабочих условиях клапанный узел 25 закрыт, и окислитель для горения для печи 30 риформинга обеспечивается выхлопным газом газовой турбины и потоком 21 окислителя из нагнетательного вентилятора 20, чтобы использовать теплообменник 22 для нагрева потока 21 окислителя с целью повышения коэффициента полезного действия. Нагнетаемый воздух из клапанного узла 25, который не является предварительно нагретым, как правило, предназначается для подачи окислителя для горения во время возникновения аномальных рабочих условий (то есть когда газовая турбина выключается).
Устройство содержит печь 30 риформинга. Печь риформинга функционально соединена с газовой турбиной 10, нагнетательным вентилятором 20 и клапанным узлом 25. Печь 30 риформинга функционально располагается для приема, по меньшей мере, части 19 потока 12 выхлопного газа из газовой турбины 10, по меньшей мере, части потока 21 окислителя из нагнетательного вентилятора 20 и потока 27 нагнетаемого воздуха из клапанного узла 25. Часть 19 потока 12 выхлопного газа может представлять собой отделенную часть.
Печь 30 риформинга может представлять собой так называемый каталитический паровой риформер для получения водорода и/или синтез-газа. Каталитический паровой риформер, также называемый установкой для парового риформинга метана, определяется в настоящем документе как любая огневая печь, используемая для преобразования исходных материалов для риформера, содержащих элементарный водород и углерод, в синтез-газ посредством взаимодействия с водяным паром над катализатором с помощью тепла, обеспечиваемого сгоранием топлива. Исходные материалы для введения в риформер могут представлять собой природный газ, метан, нафту, пропан, топливный газ собственной выработки, отходящий газ собственной выработки или другие пригодные для использования исходные материалы для риформера, известные в данной области. Исходные материалы для риформера могут подвергаться воздействию предварительного риформинга в предварительном риформере (не показано). Предварительный риформер может представлять собой адиабатический предварительный риформер. Соответствующие рабочие условия для каталитического парового риформера и предварительного риформера известны в данной области.
Печи риформинга с множеством трубок риформинга, содержащих катализатор, то есть трубчатые риформеры, хорошо известны в данной области. Соответствующие материалы и способы их построения являются известными. Катализатор в трубках риформинга, содержащих катализатор, может представлять собой любой пригодный для использования катализатор, известный в данной области, например, катализатор на носителе, содержащий никель.
Печь 30 риформинга может содержать множество трубок риформинга, содержащих катализатор, где множество трубок риформинга, содержащих катализатор, функционально располагаются для приема подаваемого газового потока 34 риформинга, содержащего исходные материалы углеводородов и водяной пар, для их взаимодействия над катализатором риформинга с целью образования потока риформата. Как используется в настоящем документе, поток риформата представляет собой любой поток, содержащий водород и монооксид углерода, сформированный при реакции риформинга углеводорода и водяного пара. Печь 30 риформинга имеет выход для извлечения потока 36 риформата, образующегося при реакции подаваемого газового потока 34 риформинга во множестве трубок риформинга, содержащих катализатор. Рабочие температуры в трубках риформинга, содержащих катализатор, могут находиться в пределах от 350°C до 650°C на входе и от 750°C до 950°C на выходе. Рабочие давления в трубках риформинга, содержащих катализатор, могут находиться в пределах от 1 до 50 атм.
Печь 30 риформинга функционально располагается для приема, по меньшей мере, части 19 потока 12 выхлопного газа, по меньшей мере, части потока 21 окислителя, потока 27 нагнетаемого воздуха и потока 32 топлива для его сгорания в пространстве камеры сгорания, внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор. В любой момент времени в течение работы, не все потоки окислителя должны обеспечиваться в печи риформинга одновременно. Например, топливо может сгорать вместе, по меньшей мере, с частью потока выхлопного газа и, по меньшей мере, частью потока 21 окислителя без какого-либо нагнетаемого воздуха. Или топливо может сгорать вместе, по меньшей мере, с частью потока 21 окислителя и потока нагнетаемого воздуха без какого-либо выхлопного газа. Или топливо может сгорать вместе, по меньшей мере, с частью потока выхлопного газа и потока нагнетаемого воздуха без какого-либо потока 21 окислителя.
Печь 30 риформинга имеет выход для извлечения газового потока 38 продуктов горения из пространства камеры сгорания. Газовый поток 38 продуктов горения образуется посредством сгорания потока 32 топлива вместе с любым сочетанием различных потоков окислителей.
2
2
Поток 36 риформата и газовый поток 38 продуктов горения могут дополнительно перерабатываться в перерабатывающей установке 40. Поток риформата может дополнительно перерабатываться с преобразованием потока риформата в H, с генерированием оксо-газа и/или генерированием продукта водорода. Оксо-газ может дополнительно перерабатываться с получением продуктов синтез-газа. Газовый поток 38 продуктов горения может дополнительно перерабатываться для извлечения избыточного тепла, например, для получения водяного пара. Перерабатывающая установка 40 функционально располагается для приема потока 36 риформата и газового потока 38 продуктов горения. Перерабатывающая установка 40 может содержать любые известные устройства для переработки риформата и/или газообразных продуктов горения в установке для получения водорода. Например, перерабатывающая установка 40 может содержать один или более реакторов конверсии, систему генерирования водяного пара, включая паровой барабан, различные теплообменники, деаэратор, установку разделения методом короткоцикловой адсорбции, установку удаления CO, криогенный сепаратор (например, криогенный блок для оксо-газа) и барабанный сепаратор.
Устройство может дополнительно содержать теплообменник 22, функционально расположенный между нагнетательным вентилятором 20 и печью 30 риформинга. Теплообменник 22 функционально располагается для приема, по меньшей мере, части потока 21 окислителя из нагнетательного вентилятора 20, и печь 30 риформинга функционально располагается для приема, по меньшей мере, части потока 21 окислителя из теплообменника 22.
Поток 21 окислителя нагревается в теплообменнике 22. Поток окислителя может нагреваться с помощью опосредованного теплообмена с любым пригодным для использования горячим потоком. Поток 21 окислителя может нагреваться с помощью опосредованного теплообмена с частью газового потока или со всем газовым потоком 38 продуктов горения из печи 30 риформинга. Как поток 21 окислителя, так и часть газового потока или весь газовый поток продуктов горения может проходить в теплообменник 22 для опосредованного теплообмена между потоками. Альтернативно, поток 21 окислителя может нагреваться с помощью опосредованного теплообмена с частью газового потока или со всем газовым потоком 38 продуктов горения через рабочую текучую среду (то есть водяной пар). Например, газовый поток 38 продуктов горения можно использовать для генерирования водяного пара и части водяного пара или всего водяного пара, проходящего в теплообменник 22, для нагрева потока 21 окислителя.
Поток 21 окислителя может нагреваться с помощью опосредованного теплообмена с частью потока или со всем потоком 36 риформата из печи 30 риформинга. Как поток 21 окислителя, так и часть потока риформата или весь поток риформата могут проходить в теплообменник 22 для опосредованного теплообмена между потоками. Альтернативно, поток 21 окислителя может нагреваться с помощью опосредованного теплообмена с частью потока риформата или со всем потоком риформата через рабочую текучую среду (то есть водяной пар). Например, поток 36 риформата можно использовать для генерирования водяного пара и части водяного пара или всего водяного пара, проходящего в теплообменник 22, для нагрева потока 21 окислителя.
Поскольку обозначение единственного числа означает "один или более" можно использовать несколько теплообменников 22 для нагрева потока 21 окислителя.
Устройство может содержать канал 16, функционально расположенный для транспортировки, по меньшей мере, части 19 потока 12 выхлопного газа из газовой турбины 10, по меньшей мере, части потока 21 окислителя из нагнетательного вентилятора 20 и потока 27 нагнетаемого воздуха из клапанного узла 25 для печи 30 риформинга.
Устройство может содержать датчик 24 чувствительный к давлению в канале 16. Контроллер 100 может функционально соединяться, по меньшей мере, с одним клапанным узлом 25 для подачи потока 27 нагнетаемого воздуха и с клапанным узлом 15 для контроля потока 12 выхлопного газа. Контроллер 100 может функционально соединяться с датчиком 24 и быть чувствительным к сигналам от датчика 24. Датчик 24 может объединяться с подузлом контроллера с формированием узла контроля давления, который принимает инструкции контроля от управляющего контроллера. Контроллер может инструктировать клапанный узел 25 для открывания, когда датчик 24 детектирует давление меньшее, чем заданное целевое давление нижнего предела, с тем, чтобы дать возможность нагнетаемому воздуху для прохождения в печь 30 риформинга. Контроллер может инструктировать клапанный узел 25 для открывания, когда датчик 24 детектирует давление большее, чем заданное целевое давление верхнего предела, с тем, чтобы дать возможность выводимому потоку 28 для прохождения через клапанный узел 25 в проход 18. Контроллер может инструктировать клапанный узел 25 для закрывания или чтобы он оставался закрытым, когда датчик 24 детектирует давление в целевом диапазоне.
Узел контроля давления, содержащий датчик 24, может действовать в качестве контроллера давления и быть функционально присоединенным для изменения скорости вращения вентилятора для нагнетательного вентилятора 20 с целью поддержания давления воздуха горения для печи 30 риформинга при атмосферном давлении или чуть ниже. Вязкостное соединение с переменной скоростью может использоваться для изменения скорости и производительности нагнетательного вентилятора 20. Вязкостные соединения с переменной скоростью имеют относительно большое время отклика на изменения для команды скорости от контроллера, и по этой причине они не могут реагировать на быстро изменяющиеся условия во время случайного отключения, такого как аварийное выключение газовой турбины.
Когда давление, как его чувствует датчик 24, уменьшается ниже желаемого давления, узел контроля давления может вызвать увеличение скорости вращения вентилятора для нагнетательного вентилятора 20 и дополнительное открывание клапанного узла 25. Если давление, как его чувствует датчик 24, увеличивается слишком сильно (то есть давление положительное), узел контроля давления может также вызывать открывание клапанного узла 25.
2
В случае аварийного выключения газовой турбины, нагнетаемый воздух 27 из клапанного узла 25 используется с целью поддержания подачи воздуха для горения в печь 30 риформинга. При детектировании аварийного выключения турбины, клапанный узел 25 может открываться до заданного положения на основании значения рабочей скорости газовой турбины во время аварийного выключения. Затем клапанный узел 25/контроллер 100 может переходить обратно на автоматический контроль давления при более высоком давлении, установленном в контроллере минимального давления (нижний ограничитель), для восстановления потока воздуха для горения в печь риформинга и сведения к минимуму неожиданного изменения давления. Начальная цель для этой установки может представлять собой значение примерно 0,25 кПа (1 дюйм HO) ниже установки контроллера давления нагнетательного вентилятора, а также ниже атмосферного давления. При установлении более высокой установки давления для нагнетательного вентилятора, скорость нагнетательного вентилятора будет увеличиваться, в попытке доведения давления воздуха для горения обратно до его нормальной установки, и будет уменьшать количество нагнетаемого воздуха из клапанного узла 25. Нагнетательный вентилятор может увеличивать подачу воздуха до максимальной производительности нагнетательного вентилятора 20.
Клапанный узел 25 может реагировать сходным образом на подачу дополнительного окислителя для горения в печь 30 риформинга в случае, когда прерывается подача окислителя из нагнетательного вентилятора 20.
Устройство может дополнительно содержать вытяжной вентилятор 50 с искусственной тягой, функционально расположенный для приема газового потока 38 продуктов горения из печи 30 риформинга. Вытяжные вентиляторы с искусственной тягой хорошо известны в данной области и являются коммерчески доступными, например, от Robinson Fans или TLT-Babcock. Соответствующий вытяжной вентилятор с искусственной тягой может легко быть выбран специалистом в данной области.
Устройство может дополнительно содержать датчик 35, который является чувствительным к давлению в пространстве камеры сгорания печи 30 риформинга. Контроллер 100 может функционально соединяться для приема сигналов от датчика 35. Вытяжной вентилятор 50 с искусственной тягой и/или нагнетательный вентилятор 20 может функционально соединяться с контроллером 100 для приема сигналов от контроллера 100 чувствительного к сигналам от датчика 35. Контроллер 100 может конфигурироваться для изменения скорости вращения вытяжного вентилятора 50 с искусственной тягой и/или скорости нагнетательного вентилятора 20 чувствительного к изменениям давления в пространстве камеры сгорания печи 30 риформинга.
Как и в обычной печи риформинга со сбалансированным нагнетанием, давление в пространстве камеры сгорания печи риформинга может контролироваться с помощью вытяжного вентилятора 50 с искусственной тягой. Вытяжной вентилятор 50 с искусственной тягой может работать с помощью вязкостного соединения с переменной скоростью, которым манипулируют посредством сочетания датчика 35 и контроллера 100 для изменения скорости вращения вентилятора и производительности вытяжного вентилятора с искусственной тягой с целью поддержания желаемого давления в пространстве камеры сгорания печи 30 риформинга. Когда давление в пространстве камеры сгорания печи риформинга увеличивается выше целевого верхнего давления, как измерено с помощью датчика 35, контроллер может вызвать повышение скорости вращения вентилятора для вытяжного вентилятора 50 с искусственной тягой. Когда давление в пространстве камеры сгорания печи риформинга уменьшается ниже целевого нижнего давления, как измерено с помощью датчика 35, контроллер может вызвать уменьшение скорости вращения вентилятора для вытяжного вентилятора 50 с искусственной тягой.
Устройство может дополнительно содержать датчик 52, который является чувствительным к концентрации кислорода в газовом потоке 38 продуктов горения из печи 30 риформинга. Контроллер 100 может функционально присоединяться для приема сигналов от датчика 52. Вытяжной вентилятор 50 с искусственной тягой и/или нагнетательный вентилятор 20 может функционально соединяться с контроллером 100 для приема сигналов от контроллера 100 чувствительного к сигналам от датчика 52. Контроллер 100 может конфигурироваться для изменения скорости вращения вытяжного вентилятора 50 с искусственной тягой и/или скорости нагнетательного вентилятора 20 чувствительного к изменениям концентрации кислорода газового потока 38 продуктов горения из печи 30 риформинга.
Концентрация кислорода в газовом потоке 38 продуктов горения может контролироваться для обеспечения того, что имеется достаточное количество окислителя, подаваемого в печь риформинга, для поддержания полного сгорания топлива. Поскольку нагнетательный вентилятор поддерживает постоянное давление подачи окислителя горения перед горелками, поток воздуха для горения можно изменять посредством манипулирования давлением в печи риформинга после горелок. Затем достигается контроль избытка кислорода посредством манипулирования установками контроля давления печи риформинга в системе каскадного контроля.
Например, когда концентрация кислорода, как измерено с помощью датчика 52, уменьшается ниже целевой нижней концентрации кислорода, контроллер уменьшает установку для давления в печи риформинга с целью увеличения избытка кислорода в газовом потоке продуктов горения. Контроллер может вызывать увеличение скорости вращения вентилятора для вытяжного вентилятора 50 с искусственной тягой. Это дает в результате более высокую разность давлений на горелках, что дает дополнительный поток газообразного окислителя горения. Это увеличение потока окислителя горения вызывает уменьшение давления в проходе для подачи окислителя перед горелками. Датчик 24, чувствующий пониженное давление в проходе перед горелками, направляет сигналы в контроллер 100, что сигнализирует об увеличении скорости вращения вентилятора для нагнетательного вентилятора 20 с увеличением при этом потока для потока 21 окислителя.
Соответственно, когда концентрация кислорода, как измерено с помощью датчика 52, увеличивается выше целевой верхней концентрации кислорода, контроллер увеличивает установку для давления в печи риформинга с целью уменьшения избытка кислорода в газовом потоке продуктов горения. Контроллер может вызывать уменьшение скорости вращения вентилятора для вытяжного вентилятора 50 с искусственной тягой. Это дает в результате более низкую разность давлений на горелках, что уменьшает поток газообразного окислителя горения. Это уменьшение потока окислителя горения вызывает увеличение давления в проходе для подачи окислителя перед горелками. Датчик 24, чувствующий увеличение давления в проходе перед горелками, направляет сигналы в контроллер 100, что сигнализирует об уменьшении скорости вращения вентилятора для нагнетательного вентилятора 20 с уменьшением при этом потока для потока 21 окислителя.
Для устранения аварийного выключения печи 30 риформинга при высоком давлении или низком давлении, могут применяться верхний и нижний пределы для установок давления для печи 30 риформинга, чтобы предотвратить запуск контроля давления контролем кислорода в состоянии аварийного выключения под действием каскадного контроля. Это может быть важным, поскольку, подобно нагнетательному вентилятору 20, вытяжной вентилятор с искусственной тягой может использовать вязкостное соединение с переменной скоростью для изменения скорости и производительности вытяжного вентилятора 50 с искусственной тягой. Как обсуждалось ниже, вязкостные соединения с переменной скоростью имеют относительно большое время отклика на изменения в команде скорости от контроллера, и контроль кислорода потенциально может ввести печь риформинга в состояние аварийного выключения.
Для улучшения надежности и эффективности, устройство может дополнительно содержать вторую печь 70 риформинга с соответствующим оборудованием, где вторая печь риформинга также принимает часть потока 12 выхлопного газа из газовой турбины 10.
Подобно печи 30 риформинга, вторая печь 70 риформинга может также представлять собой так называемый каталитический паровой риформер для получения водорода и/или синтез-газа.
Вторая печь риформинга обеспечивает избыточность в системе и может, следовательно, улучшить надежность посредством, по меньшей мере, получения продукта водорода из одной из печей риформинга в случае, когда вторая печь риформинга выключается.
Множество печей риформинга могут также обеспечить дополнительную гибкость для требований переменной скорости получения водорода. Посредством выключения и/или запуска одной из печей риформинга, может легче осуществляться регулирование скорости получения водорода в заданном диапазоне.
Но при добавлении дополнительной печи риформинга возникают некоторые неожиданные проблемы со стабильностью. Изменения давления и скорости потока в одной печи риформинга могут влиять на работу другой печи риформинга. Следовательно, предыдущий уровень техники не обеспечивает пригодных для использования способов контроля потока или особенностей устройства для работы со стабильностью потока для множества печей риформинга, где окислитель для горения получают от общей газовой турбины.
При наличии второй печи 70 риформинга, устройство может содержать второй нагнетательный вентилятор 60, имеющий выход для высвобождения второго потока 61 окислителя и второй клапанный узел 65 для создания второго потока нагнетаемого воздуха 67. Вторая печь 70 риформинга может функционально соединяться с газовой турбиной 10, вторым нагнетательным вентилятором 60 и вторым клапанным узлом 65. Вторая печь риформинга может функционально располагаться для приема второй части 59 потока 12 выхлопного газа из газовой турбины 10, по меньшей мере, части второго потока 61 окислителя из второго нагнетательного вентилятора 60 и второго потока нагнетаемого воздуха 67 из второго клапанного узла 65. Вторая часть 59 потока 12 выхлопного газа может представлять собой отделенную часть. В любой момент времени во время работы второй печи 70 риформинга, вторая печь 70 риформинга может принимать любое сочетание одного или более потоков из второй части 59 потока 12 выхлопного газа из газовой турбины 10, по меньшей мере, части второго потока 61 окислителя из второго нагнетательного вентилятора 60 и потока 67 нагнетаемого воздуха из второго клапанного узла 65.
Вторая часть 59 потока 12 выхлопного газа и поток 61 окислителя могут смешиваться в разветвлении 63.
В случае множества печей риформинга, проход для выхлопного газа газовой турбины и клапанный узел 15 могут конструироваться для обеспечения равного разделения потока выхлопного газа из газовой турбины для каждой из печей риформинга, что является желательным, когда каждая из печей риформинга работает с одинаковой производительностью. Асимметричное разделение потока выхлопного газа из газовой турбины может также достигаться, когда печи риформинга работают при одинаковой производительности или при различных производительностях.
Клапанный узел 15 может работать для контроля скорости потока второй части 59 потока 12 выхлопного газа.
Второй нагнетательный вентилятор 60 представляет собой устройство отдельное от нагнетательного вентилятора 20. Второй нагнетательный вентилятор 60 может иметь такого же производителя и такую же модель, как и нагнетательный вентилятор 20 или он может иметь другого производителя и/или другую модель.
Второй клапанный узел 65 может представлять собой так называемую сборку амортизатора. Второй клапанный узел 65 содержит подвижную часть, которая открывает, закрывает или частично перекрывает один или более портов или проходов во втором клапанном узле 65. Второй клапанный узел 65 может функционально соединяться с проходом, имеющим отверстие, которое может служить в качестве входа и выхода для потока. Отверстие может иметь колпак с вентиляцией для предотвращения прохождения дождя и другого нежелательного вещества через отверстие обратно в клапанный узел 65.
Второй клапанный узел 65 может также быть пригодным для использования при высвобождении смешанного потока 66 окислителя, содержащего, по меньшей мере, часть второго потока 61 окислителя и вторую часть 59 потока 12 выхлопного газа из газовой турбины 10.
Авторы обнаружили, что контроль потока для потоков окислителя во множество печей риформинга улучшается с помощью клапанного узла 25 и второго клапанного узла 65.
Обсуждение, приведенное выше, относительно работы клапанного узла 25 применимо также к клапанному узлу 65.
Вторая печь 70 риформинга может содержать множество трубок риформинга, содержащих катализатор. Множество трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи 70 риформинга может функционально располагаться для приема второго подаваемого газового потока риформинга 74. Вторая печь риформинга может функционально располагаться для приема второй части 59 потока 12 выхлопного газа, по меньшей мере, части второго потока 61 окислителя, второго потока 67 нагнетаемого воздуха и второго потока 72 топлива для его сгорания в пространстве камеры сгорания, внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи 70 риформинга.
В любой момент времени в течение работы, не все потоки окислителя должны подаваться во вторую печь 70 риформинга одновременно. Например, топливо может сгорать вместе со второй частью потока 59 выхлопного газа и, по меньшей мере, частью потока 61 окислителя без какого-либо нагнетаемого воздуха. Или топливо может сгорать вместе, по меньшей мере, с частью потока 61 окислителя и потока нагнетаемого воздуха без какого-либо выхлопного газа. Или топливо может сгорать вместе со второй частью потока выхлопного газа и потоком нагнетаемого воздуха без какого-либо потока 61 окислителя.
Вторая печь 70 риформинга может иметь первый выход для извлечения второго потока 76 риформата, сформированного из второго подаваемого газового потока 74 риформинга во множестве трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи 70 риформинга. Рабочие температуры в трубках риформинга, содержащих катализатор, во второй печи 70 риформинга могут находиться в пределах от 350°C до 650°C на входе и от 750°C до 950°C на выходе. Рабочие давления в трубках риформинга, содержащих катализатор, могут находиться в пределах от 1 до 50 атм.
Вторая печь риформинга может иметь второй выход для извлечения второго газового потока 78 продуктов горения из пространства камеры сгорания второй печи 70 риформинга, где второй газовый поток продуктов горения формируется посредством камеры сгорания второго потока 72 топлива. Газовый поток 78 продуктов горения формируется посредством сгорания потока 72 топлива с любым сочетанием различных потоков окислителей.
2
2
Второй поток 76 риформата и второй газовый поток 78 продуктов горения могут дополнительно перерабатываться во второй перерабатывающей установке 80. Второй поток риформата может дополнительно перерабатываться для дополнительного преобразования потока риформата в H, для генерирования оксо-газа и/или для генерирования продукта водорода. Оксо-газ может дополнительно перерабатываться с получением продуктов синтез-газа. Второй газовый поток 78 продуктов горения может дополнительно перерабатываться для извлечения избыточного тепла. Вторая перерабатывающая установка 80 функционально располагается для приема второго потока 76 риформата и второго газового потока 78 продуктов горения. Вторая перерабатывающая установка 80 может содержать любые известные устройства для переработки риформата и/или газообразных продуктов горения в установке для получения водорода. Например, вторая перерабатывающая установка 80 может содержать один или более реакторов конверсии, систему генерирования водяного пара, включая паровой барабан, различные теплообменники, деаэратор, установку разделения методом короткоцикловой адсорбции, установку удаления CO, криогенный блок для оксо-газа и барабанный сепаратор.
Устройство может дополнительно содержать второй теплообменник 62, функционально расположенный между вторым нагнетательным вентилятором 60 и второй печью 70 риформинга. Второй теплообменник 62, если он присутствует, функционально располагается для приема, по меньшей мере, части второго потока 61 окислителя из второго нагнетательного вентилятора 60, и вторая печь 70 риформинга, если присутствует, функционально располагается для приема, по меньшей мере, части второго потока 61 окислителя из второго теплообменника 62.
Второй поток 61 окислителя может нагреваться во втором теплообменнике 62. Второй поток окислителя может нагреваться с помощью опосредованного теплообмена с любым пригодным для использования горячим потоком. Второй поток 61 окислителя может нагреваться с помощью опосредованного теплообмена с частью второго газового потока или со всем вторым газовым потоком 78 продуктов горения из второй печи 70 риформинга. Как второй поток 61 окислителя, так и часть второго газового потока или весь второй газовый поток продуктов горения 78 может проходить во второй теплообменник 62 для опосредованного теплообмена между потоками. Альтернативно, второй поток 61 окислителя может нагреваться с помощью опосредованного теплообмена с частью второго газового потока или со всем вторым газовым потоком 78 продуктов горения через рабочую текучую среду (то есть водяной пар). Например, второй газовый поток 78 продуктов горения может использоваться для генерирования водяного пара и части водяного пара или всего водяного пара, проходящего во второй теплообменник 62, для нагрева второго потока 61 окислителя.
Второй поток 61 окислителя может нагреваться с помощью опосредованного теплообмена с частью второго потока риформата или со всем вторым потоком риформата 76 из второй печи 70 риформинга. Как второй поток 61 окислителя, так и часть потока риформата или весь поток риформата может проходить во второй теплообменник 62 для опосредованного теплообмена между потоками. Альтернативно, второй поток 61 окислителя может нагреваться с помощью опосредованного теплообмена с частью второго потока риформата или со всем вторым потоком риформата через рабочую текучую среду (то есть водяной пар). Например, второй поток 76 риформата может использоваться для генерирования водяного пара и части водяного пара или всего водяного пара, проходящего во второй теплообменник 62, для нагрева второго потока 61 окислителя.
Поскольку обозначение единственного числа означает "один или более", можно использовать несколько теплообменников для нагрева потока 61 окислителя.
Устройство может содержать второй канал 56, функционально расположенный для транспортировки второй части 59 потока 12 выхлопного газа из газовой турбины 10, по меньшей мере, части второго потока 61 окислителя из второго нагнетательного вентилятора 60 и второго потока нагнетаемого воздуха 67 из второго клапанного узла 65 во вторую печь 70 риформинга.
Устройство может содержать датчик 64 чувствительный к давлению во втором канале 56. Контроллер 100 может функционально соединяться, по меньшей мере, с одним объектом из второго клапанного узла 65 для создания второго потока нагнетаемого воздуха 67 и клапанного узла 15 для контроля потока 12 выхлопного газа. Контроллер 100 может функционально соединяться с датчиком 64 и быть чувствительным к сигналам от датчика 64. Датчик 64 может объединяться с подузлом контроллера с формированием узла контроля давления, который принимает инструкции контроля от управляющего контроллера. Узел контроля давления, содержащий датчик 64, может также функционально присоединяться для изменения скорости вращения вентилятора для нагнетательного вентилятора 60. Обсуждение, приведенное выше, относительно работы узла контроля давления, содержащего датчик 24, применимо также к узлу контроля давления, содержащему датчик 64.
Устройство может дополнительно содержать второй вытяжной вентилятор 90 с искусственной тягой, функционально расположенный для приема второго газового потока 78 продуктов горения из второй печи 70 риформинга. Второй вентилятор 90 с искусственной тягой может иметь такого же производителя и модель как вытяжной вентилятор 50 с искусственной тягой, или он может иметь другого производителя и/или другую модель.
Устройство может дополнительно содержать датчик 75, который является чувствительным к давлению в пространстве камеры сгорания второй печи 70 риформинга. Контроллер 100 может функционально соединяться для приема сигналов от датчика 75. Второй вентилятор 90 с искусственной тягой и/или второй нагнетательный вентилятор 60 может функционально соединяться с контроллером 100 для приема сигналов от контроллера 100 чувствительного к сигналам от датчика 75. Контроллер 100 может конфигурироваться для изменения скорости вращения второго вентилятора 90 с искусственной тягой и/или скорости вращения второго нагнетательного вентилятора 60 чувствительного к изменениям давления в пространстве камеры сгорания второй печи 70 риформинга.
Устройство может дополнительно содержать датчик 92, который является чувствительным к концентрации кислорода во втором газовом потоке 78 продуктов горения из второй печи 70 риформинга. Контроллер 100 может функционально соединяться для приема сигналов от датчика 92. Второй вентилятор 90 с искусственной тягой и/или второй нагнетательный вентилятор 60 может функционально соединяться с контроллером 100 для приема сигналов от контроллера 100 чувствительного к сигналам от датчика 92. Контроллер 100 может конфигурироваться для изменения скорости вращения второго вентилятора 90 с искусственной тягой и/или скорости вращения второго нагнетательного вентилятора 60 чувствительного к изменениям в концентрации кислорода второго газового потока 78 продуктов горения из второй печи 70 риформинга.
Контроль нагнетательного вентилятора 60 и вентилятора 90 с искусственной тягой с помощью контроллера 100 чувствительного к датчикам 75 и 92, является сходным с тем, который описан для соответствующего нагнетательного вентилятора 20, вытяжного вентилятора 50 с искусственной тягой и датчиков 35 и 52.
Как утверждалось ранее, проход для выхлопного газа турбины и воздуха для горения может быть сконструирован, чтобы изначально обеспечить равномерное разделение выхлопного газа турбины для множества риформеров. Однако когда риформеры работают с различной производительностью, желательно разделить поток выхлопного газа для каждого риформера пропорционально производительностям установок. Это осуществляется с использованием коэффициента предуправления, вычисленного из установок относительного потока исходных материалов в каждый риформер, чтобы уменьшить установку контроллера давления нагнетательного вентилятора. Коэффициент предуправления будет уменьшать установку давления нагнетательного вентилятора для риформера, работающего с более высокой производительностью, для понижения давления в его пути для потока воздуха горения. В результате, более высокая пропорция выхлопного газа турбины будет протекать в риформер, работающий с более высокой производительностью. Доля изменения коэффициента предуправления будет ограниченной, чтобы обеспечить то, что контроль вытяжного вентилятора с искусственной тягой может поддерживать стабильное давление и избыток содержания кислорода в каждом риформере.
Обращаясь к Фиг. 2, здесь устройство может содержать нагнетательный вентилятор 160, имеющий выход для высвобождения потока окислителя 161, клапанный узел 165 для подачи потока 167 нагнетаемого воздуха и генератор водяного пара для извлечения тепла (HRSG) 170, функционально соединенный с газовой турбиной 10, нагнетательный вентилятор 160 и клапанный узел 165. Генератор 170 водяного пара для извлечения тепла, если он присутствует, функционально располагается для приема части 159 потока 12 выхлопного газа из газовой турбины 10, по меньшей мере, части потока 161 окислителя из нагнетательного вентилятора 160 и потока 167 нагнетаемого воздуха из клапанного узла 165. Часть 159 потока 12 выхлопного газа может представлять собой отделенную часть.
Поток 161 окислителя может смешиваться с частью 159 потока 12 выхлопного газа в разветвлении 163 с образованием смешанного потока окислителя, содержащего выхлопной газ 166 газовой турбины. Поток 161 окислителя может смешиваться с потоком 167 нагнетаемого воздуха с образованием смешанного потока окислителя, содержащего нагнетаемый воздух 169.
Генераторы водяного пара для извлечения тепла и их работа хорошо известны в данной области. Топливо 172 может сгорать вместе, по меньшей мере, с одним потоком смешанного потока окислителя, содержащего выхлопной газ 166 газовой турбины, и смешанного потока окислителя, содержащего нагнетаемый воздух 169, в генераторе 170 водяного пара для извлечения тепла. Вода 177 может нагреваться в генераторе 170 водяного пара для извлечения тепла, и нагретая вода и/или водяной пар 174 может проходить в паровой барабан для отделения продукта водяного пара от воды. Вода из парового барабана может рециклироваться в генератор 170 водяного пара для извлечения тепла с целью генерирования дополнительного водяного пара.
В вариантах осуществления с HRSG, устройство может содержать теплообменник 162, функционально расположенный между нагнетательным вентилятором 160 и генератором 170 водяного пара для извлечения тепла. Как показано на Фиг. 2, теплообменник 162 функционально располагается для приема, по меньшей мере, части потока 161 окислителя из нагнетательного вентилятора 160, и генератор 170 водяного пара для извлечения тепла функционально располагается для приема, по меньшей мере, части потока 161 окислителя из теплообменника 162.
Поток 161 окислителя может нагреваться в теплообменнике 162 с помощью опосредованного теплообмена между потоком 161 окислителя и любым пригодным для использования технологическим потоком, имеющим температуру большую, чем поток 161 окислителя, теплообменник 162 может функционально располагаться для обеспечения опосредованного теплообмена, по меньшей мере, между частью потока 161 окислителя и, по меньшей мере, одним потоком из части газового потока или всего газового потока продуктов горения из печи (30) риформинга, из части потока или всего потока риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи (30) риформинга.
Устройство может дополнительно содержать канал 156, функционально расположенный для транспортировки части 159 потока 12 выхлопного газа из газовой турбины 10, по меньшей мере, части потока 161 окислителя из нагнетательного вентилятора 160 и потока 167 нагнетаемого воздуха из клапанного узла 165 в генератор 170 водяного пара для извлечения тепла.
Устройство может содержать датчик 164 чувствительный к давлению в канале 156. Контроллер 100 может функционально соединяться, по меньшей мере, с одним клапанным узлом 165 для подачи потока 167 нагнетаемого воздуха и клапанным узлом 15 для контроля потока 12 выхлопного газа. Контроллер 100 может функционально соединяться с датчиком 164 и быть чувствительным к сигналам от датчика 164. Датчик 164 может объединяться с подузлом контроллера с формированием узла контроля давления, который принимает инструкции контроля от управляющего контроллера. Узел контроля давления, содержащий датчик 164, может также функционально присоединяться для изменения скорости вращения вентилятора для нагнетательного вентилятора 60. Обсуждение, приведенное выше, относительно работы клапанного узла 25 и узла контроля давления, содержащего датчик 24, применимо также к клапанному узлу 165 и к узлу контроля давления, содержащему датчик 164.
Устройство может дополнительно содержать вытяжной вентилятор 190 с искусственной тягой, функционально расположенный для приема потока 178 выхлопного газа из генератора 170 водяного пара для извлечения тепла.
Устройство может дополнительно содержать датчик 175, который является чувствительным к давлению в генераторе 170 водяного пара для извлечения тепла. Контроллер 100 может функционально соединяться для приема сигналов от датчика 175. Вытяжной вентилятор 190 с искусственной тягой и/или нагнетательный вентилятор 160 может функционально соединяться с контроллером 100 для приема сигналов от контроллера 100 чувствительного к сигналам от датчика 175. Контроллер 100 может конфигурироваться для изменения скорости вращения вытяжного вентилятора 190 с искусственной тягой и/или скорости нагнетательного вентилятора 160 чувствительного к изменению давления в генераторе 170 водяного пара для извлечения тепла. Вытяжной вентилятор 190 с искусственной тягой и/или нагнетательный вентилятор 160 могут при этом работать для контроля давления HRSG 170 способом, сходным со способом, которым вытяжной вентилятор 50 с искусственной тягой и/или нагнетательный вентилятор 20 могут работать для контроля давления в печи 30 риформинга.
Устройство может дополнительно содержать датчик 192, который является чувствительным к концентрации кислорода в потоке 178 выхлопного газа из генератора 170 водяного пара для извлечения тепла. Контроллер 100 может функционально соединяться для приема сигналов от датчика 192, который является чувствительным к концентрации кислорода в потоке 178 выхлопного газа. Вытяжной вентилятор 190 с искусственной тягой и/или нагнетательный вентилятор 160 могут функционально соединяться с контроллером 100 для приема сигналов от контроллера 100 чувствительного к сигналам от датчика 192. Контроллер 100 может конфигурироваться для изменения скорости вращения вытяжного вентилятора 190 с искусственной тягой и/или скорости нагнетательного вентилятора 160 чувствительного к изменению концентрации кислорода газового потока 178 продуктов горения из генератора 170 водяного пара для извлечения тепла. Вытяжной вентилятор 190 с искусственной тягой и/или нагнетательный вентилятор 160 могут при этом работать для контроля подачи окислителя в HRSG 170 способом сходным со способом, которым вытяжной вентилятор 50 с искусственной тягой и/или нагнетательный вентилятор 20 могут работать для контроля подачи окислителя в печь 30 риформинга.
2
2
2
2
Настоящее изобретение также относится к способу получения продукта, содержащего H. В способе может быть получен очищенный продукт водорода (например, H, с использованием PSA) и/или может быть получен продукт синтез-газа, который содержит H и CO. Способ может осуществляться с использованием устройства для получения продукта, содержащего H, описанного выше.
Способ включает первичный режим работы и вторичный режим работы. Вторичный режим работы осуществляется, когда поток 12 выхлопного газа из газовой турбины 10 прерывается или становится иным образом недоступным. Детектирование или идентификация прерывания потока выхлопного газа может осуществляться с помощью любых средств, например, измерения давления, измерения потока и/или падения генерирования электрической энергии.
Способ описывается со ссылками на фигуры.
Первичный режим работы включает смешивание первого количества потока 21 окислителя из нагнетательного вентилятора 20 с первым количеством, по меньшей мере, части 19 потока 12 выхлопного газа из газовой турбины 10 с образованием первого количества смешанного потока 26 окислителя, содержащего выхлопной газ турбины. Первое количество потока 21 окислителя может проходить из нагнетательного вентилятора 20 в теплообменник 22 перед смешиванием первого количества потока 21 окислителя из нагнетательного вентилятора 20 с первым количеством, по меньшей мере, части 19 потока 12 выхлопного газа, нагревая при этом первое количество потока 21 окислителя. Первое количество смешанного потока 26 окислителя может содержать некоторое количество нагнетаемого воздуха из клапанного узла 25, но может преимущественно содержать выхлопной газ газовой турбины и окислитель из нагнетательного вентилятора.
2
4
2
Первичный режим работы включает введение первого количества подаваемого газового потока 34 риформинга во множество трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 30 риформинга, взаимодействие первого количества подаваемого газового потока 34 риформинга при реакции риформинга при условиях реакции эффективных при образовании первого количества потока 36 риформата, содержащего H, CO, CH и HO, и извлечение первого количества потока 36 риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 30 риформинга.
Специалисты в данной области знают соответствующие условия реакции для риформинга. Условия реакции эффективные для образования потока риформата из потока газообразных исходных материалов для риформера могут включать рабочие температуры в трубках риформинга, содержащих катализатор, в пределах от 350°C до 650°C на входе и от 750°C до 950°C на выходе и рабочие давления в трубках риформинга, содержащих катализатор, в пределах от 1 до 50 атм. Эти условия реакции для образования потока риформата из потока газообразных исходных материалов для риформера применимы ко всем режимам работы, описанным в настоящем документе.
Поток газообразных исходных материалов для риформера может быть сформирован из любых пригодных для использования исходных материалов для риформера, известных в данной области и может подвергаться воздействию предварительного риформинга в предварительном риформере (не показано). Катализатор в трубке риформинга, содержащей катализатор, может представлять собой любой пригодный для использования катализатор риформинга, известный в данной области, например, катализатор на основе никеля.
Первичный режим работы включает горение первого количества потока топлива 32 вместе, по меньшей мере, с частью первого количества смешанного потока окислителя, содержащего выхлопной газ 26 газовой турбины, в печи 30 риформинга, в пространстве внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, при условиях эффективных для горения первого количества потока топлива 32 с образованием первого количества газового потока 38 продуктов горения и генерированием тепла для обеспечения энергией для взаимодействия первого количества подаваемого газового потока риформинга 34 внутри множества трубок риформинга, содержащих катализатор, и извлечение первого количества газового потока 38 продуктов горения из печи 30 риформинга. Условия эффективные для горения первого количества потока топлива могут включать любые пригодные для использования диапазоны температур и диапазоны давлений, например, температуру в пределах от 600°C до 1500°C и давление в пределах от 98 кПа до 102 кПа (абсолютное).
Топливо в потоке топлива 32 может представлять собой любое топливо, известное в данной области. Топливо может содержать хвостовой газ из установки короткоцикловой адсорбции, где установку короткоцикловой адсорбции используют для разделения потока 36 риформата на поток 45 продукта водорода и поток 33 хвостового газа. Поток топлива 32 может также содержать сбалансированное топливо 31, которое может представлять собой природный газ.
2
2
2
2
2
Первичный режим работы может включать прохождение первого количества газового потока 38 продуктов горения из печи 30 риформинга в вытяжной вентилятор 50 с искусственной тягой. Вытяжной вентилятор 50 с искусственной тягой может работать таким образом, что давление внешнее по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 30 риформинга (то есть в пространстве камеры сгорания) в течение первичного режима работы находится в пределах любого пригодного для использования диапазона давлений, известного для печей риформинга. Давление внешнее по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 30 риформинга (то есть в пространстве камеры сгорания) в течение первичного режима работы может находиться в пределах от -2,5 кПа в датчике (-10 дюймов HO) до +0,25 кПа в датчике (+1 дюйм водяного столба) или может находиться в пределах от -1,5 кПа в датчике (-6 дюймов HO) до -0,5 кПа в датчике (-2 дюйма HO) или может находиться в пределах от -1 кПа в датчике (-4 дюйма HO) до -0,75 кПа в датчике (-3 дюйма HO).
Вторичный режим работы включает открывание клапанного узла 25 и смешивание первого количества потока нагнетаемого воздуха 27 со вторым количеством потока 21 окислителя с образованием первого количества смешанного потока 29 окислителя, содержащего нагнетаемый воздух.
2
4
2
Вторичный режим работы включает введение второго количества подаваемого газового потока 34 риформинга во множество трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 30 риформинга, взаимодействие второго количества подаваемого газового потока 34 риформинга при реакции риформинга при условиях реакции эффективных для образования второго количества потока 36 риформата, содержащего H, CO, CH и HO, и извлечение второго количества потока 36 риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, из печи 30 риформинга.
Вторичный режим работы включает горение второго количества потока 32 топлива вместе, по меньшей мере, с частью первого количества смешанного потока окислителя, содержащего нагнетаемый воздух 29, в печи 30 риформинга, в пространстве внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, при условиях эффективных для горения второго количества потока 32 топлива с целью образования второго количества газового потока 38 продуктов горения и генерирования тепла для обеспечения энергией для взаимодействия второго количества подаваемого газового потока 34 риформинга внутри множества трубок риформинга, содержащих катализатор, и извлечение второго количества газового потока 38 продуктов горения из первой печи 30 риформинга. Условия эффективные для горения второго количества потока топлива могут включать любые пригодные для использования диапазоны температур и диапазоны давлений, например, температуру в пределах от 600°C до 1500°C и давление в пределах от 98 кПа до 102 кПа (абсолютное).
2
2
2
2
2
Вторичный режим работы может содержать прохождение второго количества газового потока 38 продуктов горения из печи 30 риформинга в вытяжной вентилятор 50 с искусственной тягой. Вытяжной вентилятор 50 с искусственной тягой может работать таким образом, что давление внешнее по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 30 риформинга (то есть в пространстве камеры сгорания) в течение вторичного режима работы находится в пределах любого пригодного для использования диапазона давлений, известных для печей риформинга. Давление внешнее по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 30 риформинга (то есть в пространстве камеры сгорания) в течение вторичного режима работы может находиться в пределах от -2,5 кПа в датчике (-10 дюймов HO) до +0,25 кПа в датчике (+1 дюйм водяного столба) или может находиться в пределах от -1,5 кПа в датчике (-6 дюймов HO) до -0,5 кПа в датчике (-2 дюйма HO) или может находиться в пределах от -1 кПа в датчике (-4 дюйма HO) до -0,75 кПа в датчике (-3 дюйма HO).
При запуске вторичного режима работы, клапанный узел 25 может открываться до заданного положения. Заданное положение может зависеть от рабочей скорости вращения газовой турбины перед запуском вторичного режима работы. Скорость работы газовой турбины может характеризоваться, например, с помощью скоростей одного или более потоков в газовую турбину или из нее и/или скоростью вращения вала газовой турбины. При открывании клапанного узла 25 до заданного положения, способ может быстро обеспечить необходимое количество окислителя из нагнетаемого воздуха для восполнения дефицита, связанного с потерей выхлопного газа турбины в качестве окислителя для горения. Быстрое восполнение потерь окислителя для горения может предотвратить "аварийное выключение" или нежелательное выключение печи 30 риформинга.
Поток 21 окислителя (первое количество, второе количество, или другое количество) может нагреваться в теплообменнике 22 с помощью опосредованного теплообмена с частью газового потока или со всем газовым потоком 38 продуктов горения из печи 30 риформинга и/или с частью потока 36 риформата или со всем потоком 36 риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 30 риформинга.
Опосредованный теплообмен между потоком 38 газообразных продуктов горения и потоком 21 окислителя может быть реализован посредством прохождения потока 38 газообразных продуктов горения в соотношении опосредованного теплообмена с потоком 21 окислителя в теплообменнике 22. Опосредованный теплообмен между потоком 38 газообразных продуктов горения и потоком 21 окислителя может быть реализован с использованием рабочей текучей среды, например, воды/водяного пара из системы генерирования водяного пара. Например, тепло может переноситься из потока 38 газообразных продуктов горения в воду, поступающую в бойлер, с генерированием горячей воды, поступающей в бойлер и/или водяного пара, и горячая вода, поступающая в бойлер, и/или водяной пар могут использоваться для нагрева потока 21 окислителя в теплообменнике 22.
Опосредованный теплообмен между риформатом 36 и потоком 21 окислителя может быть реализован посредством прохождения риформата 36 в соотношении опосредованного теплообмена с потоком 21 окислителя в теплообменнике 22. Опосредованный теплообмен между риформатом 36 и потоком 21 окислителя может быть реализован с использованием рабочей текучей среды, например, воды/водяного пара из системы генерирования водяного пара. Например, тепло может переноситься от риформата 36 в воду, поступающую в бойлер с генерированием горячей воды, поступающей в бойлер, и/или водяного пара, и горячую воду, поступающую в бойлер, и/или водяной пар можно использовать для нагрева потока 21 окислителя в теплообменнике 22.
Способ может включать третичный режим работы, который осуществляется после вторичного режима работы. Подобно вторичному режиму работы, третичный режим работы осуществляют, когда поток выхлопного газа из газовой турбины является недоступным. В течение третичного режима работы, скорость нагнетательного вентилятора 20 увеличивается таким образом, что полученный в результате смешанный поток окислителя 29 содержит большее массовое отношение потока 21 окислителя к потоку нагнетаемого воздуха 27 по сравнению с массовым отношением во время вторичного режима работы. Это может быть особенно важным для случая, когда поток 21 окислителя нагревается в теплообменнике 22.
Третичный режим работы включает частичное закрывание клапанного узла 25 и смешивание второго количества потока нагнетаемого воздуха 27 с третьим количеством потока 21 окислителя с образованием второго количества смешанного потока окислителя, содержащего нагнетаемый воздух 29. Третье количество потока 21 окислителя из нагнетательного вентилятора 20 может проходить в теплообменник 22 перед смешиванием второго количества потока нагнетаемого воздуха 27 с третьим количеством потока 21 окислителя, нагревая при этом третье количество потока 21 окислителя из нагнетательного вентилятора 20.
2
4
2
Третичный режим работы включает введение третьего количества подаваемого газового потока 34 риформинга во множество трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 30 риформинга, взаимодействие третьего количества подаваемого газового потока 34 риформинга при условиях реакции эффективных для образования третьего количества потока 36 риформата, содержащего H, CO, CH и HO, и извлечение третьего количества потока 36 риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 30 риформинга.
Третичный режим работы включает горение третьего количества потока 32 топлива вместе, по меньшей мере, с частью второго количества смешанного потока окислителя, содержащего нагнетаемый воздух 29, в печи 30 риформинга, в пространстве внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, при условиях эффективных для горения третьего количества потока 32 топлива с целью образования третьего количества газового потока 38 продуктов горения и генерирования тепла с целью обеспечения энергией для взаимодействия третьего количества подаваемого газового потока 34 риформинга внутри множества трубок риформинга, содержащих катализатор, и извлечение третьего количества газового потока продуктов горения 38 из печи 30 риформинга. Условия эффективные для горения третьего количества потока топлива, могут включать любые пригодные для использования диапазоны температур и диапазоны давлений, например, температуру в пределах от 600°C до 1500°C и давление в пределах от 98 кПа до 102 кПа (абсолютное).
3
1
3
2
1
2,
1
2
3
1
2
Третичный режим работы характеризуется как F>F, F>F и G>Gгде F представляет собой среднюю по времени массовую скорость потока первого количества потока окислителя, F представляет собой среднюю по времени массовую скорость потока второго количества потока окислителя, F представляет собой среднюю по времени массовую скорость потока третьего количества потока окислителя, G представляет собой среднюю по времени массовую скорость потока первого количества потока нагнетаемого воздуха и G представляет собой среднюю по времени массовую скорость потока второго количества потока нагнетаемого воздуха.
Средние по времени массовые скорости потока вычисляют обычным путем из обобщенного уравнения:
1
2
1
2
2
1
где  представляет собой среднюю по времени массовую скорость потока, ξ представляет собой мгновенную массовую скорость потока, t представляет собой время, где указанное количество (то есть первое, второе, третье, и тому подобное) протекает от t=t до t=t, где t=t при начале протекания указанного количества и t=t в конце протекания указанного количества, и где τ =t-t.
2
2
2
2
2
Третичный режим работы может включать прохождение третьего количества газового потока 38 продуктов горения из печи 30 риформинга в вытяжной вентилятор 50 с искусственной тягой. Вытяжной вентилятор 50 с искусственной тягой может работать таким образом, что давление внешнее по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 30 риформинга (то есть в пространстве камеры сгорания) в течение третичного режима работы находится в пределах любого пригодного для использования диапазона давлений, известных для печей риформинга. Давление внешнее по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 30 риформинга (то есть, в пространстве камеры сгорания) в течение третичного режима работы может находиться в пределах от -2,5 кПа в датчике (-10 дюймов HO) до +0,25 кПа в датчике (+1 дюйм водяного столба) или может находиться в пределах от -1,5 кПа в датчике (-6 дюймов HO) до -0,5 кПа в датчике (-2 дюйма HO) или может находиться в пределах от -1 кПа в датчике (-4 дюйма HO) до -0,75 кПа в датчике (-3 дюйма HO).
В случае внезапного изменения потока газообразного окислителя из нагнетательного вентилятора 20 и/или выхлопного газа из газовой турбины, способ может реагировать посредством удаления части смешанного потока 26 окислителя через клапанный узел 25 в режиме вентиляции.
Режим вентиляции включает смешивание четвертого количества потока окислителя из нагнетательного вентилятора 20 со вторым количеством, по меньшей мере, части 19 потока 12 выхлопного газа из газовой турбины 10 для образования второго количества смешанного потока окислителя, содержащего выхлопной газ газовой турбины 26, и открывание клапанного узла 25 и высвобождение первой части второго количества смешанного потока 26 окислителя через проход 18 в качестве выводимого потока 28. Четвертое количество потока 21 окислителя из нагнетательного вентилятора 20 может проходить в теплообменник 22 перед смешиванием четвертого количества потока окислителя со вторым количеством, по меньшей мере, части потока выхлопного газа из газовой турбины, нагревая при этом четвертое количество потока окислителя из нагнетательного вентилятора 20.
2
4
2
Режим вентиляции также включает введение четвертого количества подаваемого газового потока 34 риформинга во множество трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 30 риформинга, взаимодействие четвертого количества подаваемого газового потока 34 риформинга при условиях реакции, эффективных для образования четвертого количества потока 36 риформата, содержащего H, CO, CH и HO, и извлечение четвертого количества потока 36 риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 30 риформинга.
Режим вентиляции также включает горение четвертого количества потока топлива 32 вместе со второй частью второго количества смешанного потока окислителя, содержащего выхлопной газ 26 газовой турбины, в печи 30 риформинга, в пространстве внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, при условиях эффективных для горения четвертого количества потока 32 топлива с целью образования четвертого количества газового потока 38 продуктов горения и генерирования тепла для обеспечения энергией для взаимодействия четвертого количества подаваемого газового потока 34 риформинга внутри множества трубок риформинга, содержащих катализатор риформера, и извлечение четвертого количества газового потока 38 продуктов горения из печи 30 риформинга. Условия эффективные для горения четвертого количества потока топлива могут включать любые пригодные для использования диапазоны температур и диапазоны давлений, например, температуру в пределах от 600°C до 1500°C и давление в пределах от 98 кПа до 102 кПа (абсолютное).
Способ может также включать режим запуска газовой турбины. Режим запуска газовой турбины включает прохождение запускающего количества потока 12 выхлопного газа из газовой турбины 10 в клапанный узел 15. Во время режима запуска газовой турбины, клапанный узел 15 высвобождает запускающее количество потока выхлопного газа через проход 17 для выхлопного газа газовой турбины. В результате, ни какая часть запускающего количества потока 12 выхлопного газа не используется в качестве окислителя для горения в первой печи 30 риформинга или другой печи риформинга.
В любом из режимов, где получают поток 36 риформата, способ может включать дополнительные стадии переработки потока 36 риформата и газового потока 38 продуктов горения в перерабатывающей установке 40. Предполагаются любые обычные стадии, известные при переработке потока 36 риформата и газового потока 38 продуктов горения.
2
2
2
Перерабатывающая установка 40 может содержать один или более реакторов конверсии, где риформат подвергается воздействию конверсии для получения дополнительного водорода при риформинге. CO может удаляться из риформата в установке удаления CO, и поток 47 побочного продукта CO может удаляться из перерабатывающей установки 40. Перерабатывающая установка 40 может содержать установку короткоцикловой адсорбции, где поток риформата разделяется с получением потока 45 продукта водорода и хвостового газа, который может использоваться в качестве топлива в печи 30 риформинга. Восполняющий поток 41 воды может поступать в перерабатывающую установку 40 для получения водяного пара 49 из тепла, извлеченного из потока 36 риформата и/или потока 38 продуктов горения. Поток 49 водяного пара может объединяться с потоком 37 углеводородных исходных материалов с образованием потока 34 исходных материалов для риформинга.
Способ может дополнительно включать режим запуска теплообменника, который может быть особенно пригодным для использования в холодном климате. Во время режима запуска теплообменника часть 11 потока 21 окислителя после нагрева в теплообменнике 22 рециклируется на вход нагнетательного вентилятора 20. Рециклируется количество потока 21 окислителя, достаточное для повышения температуры в теплообменнике 22 выше температуры замерзания или другой заданной целевой температуры. Часть 11 нагретого потока 21 газообразного окислителя рециклируется для предотвращения замерзания в теплообменнике 22, если нагревательная среда представляет собой воду. Рециклирование части 11 нагретого потока 21 газообразного окислителя может также осуществляться, чтобы помочь в предотвращении коррозии холодных участков теплообменника 22.
Способ может включать стадии способа с использованием второй печи риформинга и будет описываться со ссылкой на Фиг. 1.
Для вариантов осуществления со второй печью 70 риформинга, первичный режим работы дополнительно включает смешивание первого количества потока 61 окислителя из нагнетательного вентилятора 60 с первым количеством части 59 потока 12 выхлопного газа из газовой турбины 10 с образованием первого количества смешанного потока 66 окислителя, содержащего выхлопной газ газовой турбины. Первое количество потока 61 окислителя может проходить из нагнетательного вентилятора 60 в теплообменник 62 перед смешиванием первого количества потока 61 окислителя из нагнетательного вентилятора 60 с первым количеством части 59 потока 12 выхлопного газа, нагревая при этом первое количество потока 61 окислителя. Первое количество смешанного потока окислителя 66 может содержать некоторое количество нагнетаемого воздух из клапанного узла 65, но может, прежде всего, содержать выхлопной газ газовой турбины и окислитель из нагнетательного вентилятора 60.
2
4
2
Первичный режим работы со второй печью 70 риформинга включает введение первого количества подаваемого газового потока риформинга 74 во множество трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 70 риформинга, взаимодействие первого количества подаваемого газового потока 74 риформинга при реакции риформинга при условиях реакции эффективных при образовании первого количества потока 76 риформата, содержащего H, CO, CH и HO, и извлечение первого количества потока 76 риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 70 риформинга. Подаваемый газовый поток 74 риформинга может быть сформирован из водяного пара и любых пригодных для использования углеводородных исходных материалов, известных в данной области, и может подвергаться воздействию предварительного риформинга в предварительном риформере (не показано). Катализатор в трубках риформинга, содержащих катализатор, может представлять собой любой пригодный для использования катализатор риформинга, известный в данной области, например, катализатор на основе никеля.
Первичный режим работы со второй печью 70 риформинга включает горение первого количества потока 72 топлива вместе, по меньшей мере, с частью первого количества смешанного потока окислителя, содержащего выхлопной газ 66 газовой турбины, в печи 70 риформинга, в пространстве внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, при условиях эффективных для горения первого количества потока 72 топлива, с образованием первого количества газового потока 78 продуктов горения и генерированием тепла с целью обеспечения энергией для взаимодействия первого количества подаваемого газового потока 74 риформинга внутри множества трубок риформинга, содержащих катализатор, и извлечение первого количества газового потока 78 продуктов горения из печи 70 риформинга. Условия эффективные для горения первого количества потока 72 топлива могут включать любые пригодные для использования диапазоны температур и диапазоны давлений, например, температуру в пределах от 600°C до 1500°C и давление в пределах от 98 кПа до 102 кПа (абсолютное).
Топливо в потоке 72 топлива может представлять собой любое топливо, известное в данной области. Топливо может содержать хвостовой газ из установки короткоцикловой адсорбции, где установка короткоцикловой адсорбции используется для разделения потока 76 риформата на поток 85 продукта водорода и поток 73 хвостового газа. Поток 72 топлива может также содержать сбалансированное топливо 71, которое может представлять собой природный газ.
2
2
2
2
2
Первичный режим работы со второй печью 70 риформинга включает прохождение первого количества газового потока 78 продуктов горения из печи 70 риформинга в вентилятор 90 с искусственной тягой. Вентилятор 90 с искусственной тягой может работать таким образом, что давление внешнее по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 70 риформинга (то есть в пространстве камеры сгорания) в течение первичного режима работы находится в пределах любого пригодного для использования диапазона давлений, известного для печей риформинга. Давление внешнее по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 70 риформинга (то есть в пространстве камеры сгорания) в течение первичного режима работы может находиться в пределах от -2,5 кПа в датчике (-10 дюймов HO) до +0,25 кПа в датчике (+1 дюйм водяного столба) или может находиться в пределах от -1,5 кПа в датчике (-6 дюймов HO) до -0,5 кПа в датчике (-2 дюйма HO) или может находиться в пределах от -1 кПа в датчике (-4 дюйма HO) до -0,75 кПа в датчике (-3 дюйма HO).
Вторичный режим работы со второй печью 70 риформинга включает открывание клапанного узла 65 и смешивание первого количества потока 67 нагнетаемого воздуха со вторым количеством потока 61 окислителя с образованием первого количества смешанного потока 69 окислителя, содержащего нагнетаемый воздух.
2
4
2
Вторичный режим работы со второй печью 70 риформинга включает введение второго количества подаваемого газового потока 74 риформинга во множество трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 70 риформинга, взаимодействие второго количества подаваемого газового потока 74 риформинга при реакции риформинга при условиях реакции эффективных для образования второго количества потока 76 риформата, содержащего H, CO, CH и HO, и извлечение второго количества потока 76 риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 70 риформинга.
Вторичный режим работы со второй печью 70 риформинга включает горение второго количества потока 72 топлива вместе, по меньшей мере, с частью первого количества смешанного потока окислителя, содержащего нагнетаемый воздух 69, в печи 70 риформинга, в пространстве внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, при условиях эффективных для горения второго количества потока 72 топлива с целью образования второго количества газового потока 78 продуктов горения и генерирования тепла для обеспечения энергией для взаимодействия второго количества подаваемого газового потока 74 риформинга внутри множества трубок риформинга, содержащих катализатор, и извлечение второго количества газового потока 78 продуктов горения из первой печи 70 риформинга. Условия эффективные для горения второго количества потока топлива могут включать любые пригодные для использования диапазоны температур и диапазоны давлений, например, температуру в пределах от 600°C до 1500°C и давление в пределах от 98 кПа до 102 кПа (абсолютное).
2
2
2
2
2
Вторичный режим работы со второй печью 70 риформинга может включать прохождение второго количества газового потока 78 продуктов горения из печи 70 риформинга в вентилятор 90 с искусственной тягой. Вентилятор 90 с искусственной тягой может работать таким образом, что давление внешнее по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 70 риформинга (то есть в пространстве камеры сгорания) в течение вторичного режима работы находится в диапазоне любого пригодного для использования диапазона давлений, известных для печей риформинга. Давление внешнее по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 70 риформинга (то есть в пространстве камеры сгорания) в течение вторичного режима работы может находиться в пределах от -2,5 кПа в датчике (-10 дюймов HO) до +0,25 кПа в датчике (+1 дюйм водяного столба) или может находиться в пределах от -1,5 кПа в датчике (-6 дюймов HO) до -0,5 кПа в датчике (-2 дюйма HO) или может находиться в пределах от -1 кПа в датчике (-4 дюйма HO) до -0,75 кПа в датчике (-3 дюйма HO).
При запуске вторичного режима работы, клапанный узел 65 может открываться до заданного положения. Заданное положение может зависеть от рабочей скорости вращения газовой турбины 10 перед запуском вторичного режима работы. Скорость работы газовой турбины 10 может характеризоваться, например, с помощью скоростей одного или более потоков в газовую турбину 10 или из нее и/или скоростью вращения вала газовой турбины. При открывании клапанного узла 65 до заданного положения, способ может быстро обеспечить необходимое количество окислителя из нагнетаемого воздуха для восполнения дефицита, связанного с потерей выхлопного газа турбины в качестве окислителя для горения. Быстрое восполнение потерь окислителя для горения может предотвратить "аварийное выключение" или нежелательное выключение печи 70 риформинга.
Поток 61 окислителя (первое количество, второе количество, или другое количество) может нагреваться в теплообменнике 62 с помощью опосредованного теплообмена с частью газового потока или со всем газовым потоком 78 продуктов горения из печи 70 риформинга и/или с частью потока или со всем потоком 76 риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 70 риформинга.
Опосредованный теплообмен между потоком 78 газообразных продуктов горения и потоком 61 окислителя может быть реализован посредством прохождения потока 78 газообразных продуктов горения в соотношении опосредованного теплообмена с потоком 61 окислителя в теплообменнике 62. Опосредованный теплообмен между потоком 78 газообразных продуктов горения и потоком 61 окислителя может быть реализован посредством использования рабочей текучей среды, например, воды/водяного пара из системы генерирования водяного пара. Например, тепло может переноситься из потока 78 газообразных продуктов горения в воду, поступающую в бойлер с генерированием горячей воды, поступающей в бойлер, и/или водяного пара, и горячую воду, поступающую в бойлер, и/или водяной пар используют для нагрева потока 61 окислителя в теплообменнике 62.
Опосредованный теплообмен между риформатом 76 и потоком 61 окислителя может быть реализован посредством прохождения риформата 76 в соотношении опосредованного теплообмена с потоком 61 окислителя в теплообменнике 62. Опосредованный теплообмен между риформатом 76 и потоком 61 окислителя может быть реализован посредством использования рабочей текучей среды, например, воды/водяного пара из системы генерирования водяного пара. Например, тепло может переноситься из риформата 76 в воду, поступающую в бойлер, с генерированием горячей воды, поступающей в бойлер и/или водяного пара, и горячую воду, поступающую в бойлер, и/или водяной пар используют для нагрева потока 61 окислителя в теплообменнике 62.
Как описано выше, третичный режим работы также осуществляется, когда поток 12 выхлопного газа из газовой турбины является недоступным. В течение третичного режима работы со второй печью 70 риформинга, скорость нагнетательного вентилятора 60 увеличивается таким образом, что полученный в результате смешанный поток 69 окислителя содержит большее массовое отношение потока 61 окислителя к потоку нагнетаемого воздуха 67 по сравнению с массовым отношением во время вторичного режима работы. Это может быть особенно важным для случая, когда поток 61 окислителя нагревается в теплообменнике 62.
Третичный режим работы со второй печью 70 риформинга включает частичное закрывание клапанного узла 65 и смешивание второго количества потока 67 нагнетаемого воздуха с третьим количеством потока 61 окислителя для образования второго количества смешанного потока окислителя, содержащего нагнетаемый воздух 69. Третье количество потока 61 окислителя из нагнетательного вентилятора 60 может проходить в теплообменник 62 перед смешиванием второго количества потока нагнетаемого воздуха 67 с третьим количеством потока 61 окислителя, нагревая при этом третье количество потока 61 окислителя из нагнетательного вентилятора 60.
2
4
2
Третичный режим работы со второй печью 70 риформинга включает введение третьего количества подаваемого газового потока 74 риформинга во множество трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 70 риформинга, взаимодействие третьего количества подаваемого газового потока 74 риформинга при условиях реакции эффективных для образования третьего количества потока 76 риформата, содержащего H, CO, CH и HO, и извлечение третьего количества потока 76 риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 70 риформинга.
Третичный режим работы со второй печью 70 риформинга включает горение третьего количества потока топлива 72 вместе, по меньшей мере, с частью второго количества смешанного потока окислителя, содержащего нагнетаемый воздух 69, в печи 70 риформинга, в пространстве внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, при условиях эффективных для горения третьего количества потока топлива 72 с целью образования третьего количества газового потока 78 продуктов горения и генерирования тепла для обеспечения энергией для взаимодействия третьего количества подаваемого газового потока 74 риформинга внутри множества трубок риформинга, содержащих катализатор, и извлечение третьего количества газового потока 78 продуктов горения из печи 70 риформинга. Условия эффективные для горения третьего количества потока топлива могут включать любые пригодные для использования диапазоны температур и диапазоны давлений, например, температуру в пределах от 600°C до 1500°C и давление в пределах от 98 кПа до 102 кПа (абсолютное).
6
4
6
5
3
4
4
5
6
3
4
Третичный режим работы со второй печью 70 риформинга может характеризоваться как F>F, F>F и G>G,где F представляет собой среднюю по времени массовую скорость потока первого количества потока окислителя, F представляет собой среднюю по времени массовую скорость потока второго количества потока окислителя, F представляет собой среднюю по времени массовую скорость потока третьего количества потока окислителя, G представляет собой среднюю по времени массовую скорость потока первого количества потока нагнетаемого воздуха и G представляет собой среднюю по времени массовую скорость потока второго количества потока нагнетаемого воздуха.
2
2
2
2
2
Третичный режим работы со второй печью 70 риформинга может включать прохождение третьего количества газового потока 78 продуктов горения из печи 70 риформинга в вентилятор 90 с искусственной тягой. Вентилятор 90 с искусственной тягой может работать таким образом, что давление внешнее по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 70 риформинга (то есть в пространстве камеры сгорания) в течение третичного режима работы находится в диапазоне любых пригодных для использования диапазонов давлений, известных для печей риформинга. Давление внешнее по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 30 риформинга (то есть в пространстве камеры сгорания) в течение третичного режима работы может находиться в пределах от -2,5 кПа в датчике (-10 дюймов HO) до +0,25 кПа в датчике (+1 дюйм водяного столба) или может находиться в пределах от -1,5 кПа в датчике (-6 дюймов HO) до -0,5 кПа в датчике (-2 дюйма HO) или может находиться в пределах от -1 кПа в датчике (-4 дюйма HO) до -0,75 кПа в датчике (-3 дюйма HO).
В случае внезапного изменения потока газообразного окислителя из нагнетательного вентилятора 60 и/или выхлопного газа из газовой турбины для газовой турбины 10, способ может реагировать посредством удаления части смешанного потока окислителя 66 через клапанный узел 65 в режим вентиляции.
Режим вентиляции со второй печью 70 риформинга включает смешивание четвертого количества потока 61 окислителя из нагнетательного вентилятора 60 со вторым количеством части 59 потока 12 выхлопного газа из газовой турбины 10 для образования второго количества смешанного потока окислителя, содержащего выхлопной газ газовой турбины 66, и открывание клапанного узла 65 и высвобождение первой части второго количества смешанного потока 66 окислителя через проход 58 в качестве выводимого потока 68. Четвертое количество потока 61 окислителя из нагнетательного вентилятора 60 может проходить в теплообменник 62 перед смешиванием четвертого количества потока окислителя со вторым количеством части 59 потока 12 выхлопного газа из газовой турбины 10, нагревая при этом четвертое количество потока 61 окислителя из нагнетательного вентилятора 60.
2
4
2
Режим вентиляции со второй печью 70 риформинга также включает введение четвертого количества подаваемого газового потока 74 риформинга во множество трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 70 риформинга, взаимодействие четвертого количества подаваемого газового потока 74 риформинга при условиях реакции эффективных для образования четвертого количества потока 76 риформата, содержащего H, CO, CH и HO, и извлечение четвертого количества потока 76 риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 70 риформинга.
Режим вентиляции со второй печью 70 риформинга также включает горение четвертого количества потока топлива 72 вместе со второй частью второго количества смешанного потока окислителя, содержащего выхлопной газ 66 газовой турбины, в печи 70 риформинга, в пространстве внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, при условиях эффективных для горения четвертого количества потока 72 топлива с целью образования четвертого количества газового потока 78 продуктов горения и генерирования тепла для обеспечения энергией для взаимодействия четвертого количества подаваемого газового потока 74 риформинга внутри множества трубок риформинга, содержащих катализатор риформера 70, и извлечение четвертого количества газового потока 78 продуктов горения из печи 70 риформинга. Условия эффективные для горения четвертого количества потока топлива могут включать любые пригодные для использования диапазоны температур и диапазоны давлений, например, температуру в пределах от 600°C до 1500°C и давление в пределах от 98 кПа до 102 кПа (абсолютное).
Варианты осуществления с теплообменником 170 для извлечения тепла могут также включать режим вентиляции, где выводимый поток 168 высвобождается через проход 158 из клапанного узла 65.
Режим запуска теплообменника может быть применим также к нагнетательному вентилятору 60 и теплообменнику 62.
Способ может дополнительно включать один или более режимов с диапазоном изменения нагрузок.
В одном из вариантов режима с диапазоном изменения нагрузок с двумя риформерами, одна из печей риформинга вводится в режиме холостого хода, где никакие газообразные исходные материалы 34 для риформера не взаимодействуют с трубками, содержащими катализатор, в то время как другая печь риформинга производит риформат. Диапазон изменения нагрузок до 50% от стандартной производительности легко обеспечивается для этого варианта. Вторая печь риформинга может в дальнейшем быть доведена примерно до 80% от стандартной производительности, давая в результате относительный диапазон изменения нагрузок до 40% от стандартной производительности. Подача окислителя во время любого режима с диапазоном изменения нагрузок может осуществляться от выхлопного газа газовой турбины или соответствующего нагнетательного вентилятора, по желанию.
Примеры
Пример 1 - Без клапанного узла 25
В примере 1 потока кислорода 40% молярных для окислителя для горения сначала обеспечивается с помощью выхлопного газа 19 газовой турбины и поток кислорода 60% молярных обеспечивается нагнетательным вентилятором 20.
Без клапанного узла 25, время необходимое для реакции нагнетательного вентилятора 20 на неожиданную потерю выхлопного газа газовой турбины и для обеспечения достаточного количества окислителя для печи 30 риформинга для горения составляет примерно 15 секунд. Время необходимое для отклика с использованием достаточного количества окислителя может быть вычислено по скорости отклика приводного механизма с вязкостным соединением, используя предположение, что изначально он находится при нормальной скорости вращения для первичного режима. Отсутствие достаточного количества окислителя для горения в течение 15 секунд вызывает выключение печи риформинга из-за низкого давления или погасания пламени в пространстве камеры сгорания печи.
Пример 2 - С клапанным узлом 25
В примере 2 поток кислорода 40% молярных для окислителя для горения сначала обеспечивается с помощью выхлопного газа газовой турбины 19 и поток кислорода 60% молярных обеспечивается нагнетательным вентилятором 20.
С клапанным узлом 25, использующим сборку амортизатора, время, необходимое для обеспечения достаточного количества окислителя для печи риформинга для горения с использованием нагнетаемого воздуха, когда система неожиданно теряет выхлопной газ газовой турбины, составляет примерно 2 секунды, как определено с помощью анализа потока, достигаемого для полностью закрытого положения - полностью открытого положения клапанного узла 25. Отсутствие достаточного количества окислителя для горения в течение 2 секунд не вызывает выключения печи риформинга, поскольку могут поддерживаться достаточное давление и скорость потока окислителя, когда выхлопной газ турбины затухают для предотвращения понижения давления в печи и погасания пламени в печи.