ВОДОРОДНАЯ УСТАНОВКА (ВАРИАНТЫ)
HYDROGEN PLANT (EMBODIMENTS)

Изобретение относится к установкам для получения водорода паровоздушной конверсией углеводородов и может быть использовано в промышленности.
Известен способ получения водорода из углеводородного сырья [RU 2394754, опубл. 20.07.2010 г., МПК С01В 3/34, С01В 3/12], осуществляемый на установке, которая включает блок сероочистки, конвертор с горелкой, котел-утилизатор и конвертор окиси углерода, блок водоподготовки и блок выделения водорода.
Недостатками данной установки являются высокая металлоемкость и сложность оборудования из-за необходимости косвенного подогрева реакционных сред при высоких температурах.
Наиболее близок к заявляемому изобретению способ получения водорода с использованием парового риформинга с частичным окислением [RU 2378188, опубл. 10.01.2010 г., МПК С01В 3/38], осуществляемый на установке, которая включает каталитический риформер с частичным окислением (узел паровоздушного риформинга), оснащенный линией ввода нагретой смеси кислородсодержащего газа и воды, а также линиями ввода нагретой смеси углеводородного сырья, воды и водного конденсата и вывода водородсодержащего газа с рекуперационными теплообменниками, после которых на линии вывода водородсодержащего газа размещены холодильник-конденсатор, оснащенный линией подачи водного конденсата, и узел выделения водорода, оснащенный линией вывода водорода и линией вывода продувочного газа, на которой расположено устройство для его сжигания (узел окисления) с линиями подачи воздуха и вывода отходящего газа, сопряженное теплообменной поверхностью с по меньшей мере одним теплообменником, расположенным на линии ввода смеси кислородсодержащего газа и воды. В одном из вариантов установки между рекуперационными теплообменниками размещен конвертор окиси углерода.
Недостатком данной установки является низкий выход водорода из-за потерь тепловой энергии с отходящим газом и при охлаждении водородсодержащего газа в холодильнике-конденсаторе, что приводит к снижению температуры сырья на входе в узел риформинга, увеличению подачи кислородсодержащего газа для поддержания температуры реакции и соответствующему снижению выхода водорода.
Задача изобретения - увеличение выхода водорода.
Техническим результатом является увеличение выхода водорода за счет установки теплообменников для нагрева воздуха и продувочного газа водородсодержащим газом.
Предложено два варианта установки.
Указанный технический результат в первом варианте достигается тем, что в предлагаемой установке с узлом паровоздушного риформинга, оснащенным линией ввода нагретой смеси кислородсодержащего газа и воды, а также линиями ввода нагретой смеси углеводородного сырья, воды, водного конденсата и вывода водородсодержащего газа с рекуперационным теплообменником, после которого на линии вывода водородсодержащего газа размещен блок выделения водорода, оснащенный линией вывода водорода и линией вывода продувочного газа, на которой расположен узел окисления с линиями подачи воздуха и вывода отходящего газа, сопряженный теплообменной поверхностью с теплообменником, расположенным на линии подачи смеси кислородсодержащего газа и воды, особенностью является то, что блок выделения водорода оснащен линией подачи водного конденсата, на линии вывода водородсодержащего газа установлены теплообменники нагрева воздуха и продувочного газа, а линии подачи воды примыкают к блоку подготовки воды, оснащенному линией ввода балансовой воды.
Второй вариант отличается тем, что с целью увеличения выхода водорода на линии вывода водородсодержащего газа после рекуперационного теплообменника размещены конвертор оксида углерода и дополнительный рекуперационный теплообменник.
На линии подачи углеводородного сырья в обоих вариантах установки может быть расположен блок хемосорбционной или адсорбционной сероочистки, который в последнем случае соединен линией подачи газа регенерации с линией вывода продувочного газа.
Блок выделения водорода может состоять, например, из сепаратора водного конденсата и узлов адсорбционного и/или мембранного выделения водорода. Узел окисления продувочного газа может представлять собой, например, изотермический каталитический реактор, а блок подготовки воды - узел обратного осмоса. В качестве линии подачи кислородсодержащего газа может быть расположена линия подачи воздуха или воздуха, обогащенного кислородом. Теплообменники могут быть установлены на линии подачи водородсодержащего газа в любой последовательности. В качестве остальных элементов установки могут быть использованы любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.
Размещение теплообменников для нагрева воздуха и продувочного газа на линии вывода водородсодержащего газа перед рекуперационным теплообменником позволяет снизить температуру водородсодержащего газа на выходе из рекуперационного теплообменника до температуры выпадения водного конденсата, сепарируемого затем в узле выделения водорода, снизить за счет этого потери тепла в атмосферу, уменьшить подачу кислородсодержащего газа в узел риформинга и соответственно повысить выход водорода. Кроме того, подача нагретых потоков воздуха и продувочного газа в узел окисления повышает надежность его работы.
Предлагаемая установка в первом варианте (фиг. 1) включает узел паровоздушного риформинга 1, блок выделения водорода 2, узел окисления продувочного газа 3, сопряженный с теплообменником 4, блок подготовки воды 5, рекуперационный теплообменник 6, теплообменники 7 и 8. Во втором варианте (фиг. 2) дополнительно установлены конвертор оксида углерода 9 и второй рекуперационный теплообменник 10. В обоих вариантах на линии подачи углеводородного сырья может быть расположен блок сероочистки 11.
При работе первого варианта установки углеводородное сырье, подаваемое по линии 12, смешивают с деионизированной водой, подаваемой по линии 13 из блока 5, и водным конденсатом, подаваемым по линии 14 из блока 2, и, после нагрева в теплообменнике 6, направляют по линии 15 в узел 1 совместно с кислородсодержащим потоком, подаваемым из теплообменника 4 по линии 16, где в результате каталитического паровоздушного риформинга получают водородсодержащий газ, который по линии 17, после охлаждения в теплообменниках 8, 7 и 6 (условно показано их последовательное расположение), направляют в блок 2, где разделяют на водный конденсат, водород, выводимый по линии 18, и продувочный газ, который по линии 19 подают в узел 3 после нагрева в теплообменнике 8 совместно с воздухом, подаваемым по линии 20 после нагрева в теплообменнике 7, полученный отходящий газ выводят по линии 21 после охлаждения в теплообменнике 4 подаваемой по линии 22 смесью из воздуха, подаваемого по линии 23, и воды, подаваемой по линии 24 из блока 5, в который по линии 25 подают балансовое количество воды. Работа установки по второму варианту отличается тем, что водородсодержащий газ после охлаждения в теплообменнике 6 до температуры конверсии подают сначала в конвертор 9, где оксид углерода, содержащийся в газе, конвертируют в диоксид углерода с получением дополнительного количества водорода и доохлаждают до температуры выпадения водного конденсата в теплообменнике 10. В обоих вариантах при использовании сернистого сырья его предварительно обессеривают в блоке 11, при этом в случае использования адсорбционной очистки образующийся газ регенерации по линии 26 подают в линию 19, а во втором варианте конвертор 9 может быть для охлаждения соединен с линией 15 (показано пунктиром).
Таким образом, предлагаемая установка позволяет увеличить выход водорода и может быть использована в промышленности.