УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА
INSTALLATION FOR PRODUCTION OF HYDROGEN

Изобретение относится к установкам для получения водорода паровым риформингом и может найти применение в химической 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, включающей устройство для получения синтез-газа, состоящее из реактора паровой каталитической конверсии конвекционного типа с горелкой и парового котла-утилизатора, а также устройство для сероочистки сырья, конвертор оксида углерода, охладители-осушители дымового и водородсодержащего газа и узел выделения водорода.
Недостатком данной установки является большая металлоемкость из-за большой площади теплообменных поверхностей реактора и оборудования для рекуперации тепла.
Наиболее близким по технической сущности является способ комбинированного производства электроэнергии и получения обогащенного водородом газа паровым риформингом углеводородной фракции с подводом тепла посредством сжигания водорода по месту осуществления способа [RU 2425995, МПК F02C 6/04, опубл. 10.08.2011 г.], осуществляемый на комбинированную установку, включающую установку для получения водорода в качестве топлива для газотурбинной установки, состоящую из реактора получения синтез-газа паровым риформингом с линией ввода сырьевой смеси, оснащенного устройством нагрева реактора путем сжигания водорода, соединенным с установкой (устройством) для выделения водорода из синтез-газа, включающей конвертор оксида углерода и адсорбционную или мембранную установку извлечения водорода, и системой подачи кислородсодержащего газа с линией ввода воздуха, включающей воздушный компрессор и устройство для циркуляции азота с рекуперационным теплообменником, холодильником, аппаратом воздушного охлаждения, сепаратором и газодувкой.
Недостатками данной установки является сложность из-за большого количества оборудования, а также из-за необходимости использования высоких температур (1000-1200°С) в реакторе для достижения приемлемой глубины превращения сырья.
Задачей изобретения является упрощение устройства и снижение температуры в реакторе.
Техническим результатом является упрощение устройства и снижение температуры в реакторе за счет оборудования реакционной зоны реактора узлом селективного выделения водорода и узлом окисления обедненного водородом синтез-газа с системой подачи кислородсодержащего газа.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой установке, включающей реактор получения синтез-газа паровым риформингом с линией ввода сырьевой смеси, оборудованный устройством для выделения водорода и устройством нагрева реактора, оснащенным системой подачи кислородсодержащего газа с линией ввода воздуха, рекуперационным теплообменником, холодильником и газодувкой, особенностью является то, что реактор оснащен линией вывода обедненного водородом синтез-газа, разделенной на линии подачи первого и второго потоков, в качестве устройства для выделения водорода в реакционной зоне реактора размещен по меньшей мере один узел селективного выделения водорода, оснащенный линией вывода водорода и отделенный от реакционной зоны реактора водородселективной перегородкой, а в качестве устройства нагрева реактора - по меньшей мере один узел окисления первого потока обедненного водородом синтез-газа с катализатором окисления, отделенным от реакционной зоны реактора газонепроницаемой теплопроводящей перегородкой, на линиях ввода сырьевой смеси и подачи второго потока обедненного водородом синтез-газа размещено устройство для нагрева сырьевой смеси, состоящее из узла теплообмена и узла окисления, оснащенного линиями подачи второго потока кислородсодержащего газа и вывода отходящего газа, кроме того, устройства нагрева реактора и для нагрева сырьевой смеси соединены линиями подачи первого и второго потоков кислородсодержащего газа, соответственно, с системой подачи кислородсодержащего газа, оснащенной линией вывода балансового отходящего газа, при этом холодильник установлен на линии ввода сырьевой смеси.
Холодильник может быть оснащен системой сепарации и вывода водного конденсата. Узел селективного выделения водорода может быть оснащен линией подачи продувочного газа, например, водяного пара, что увеличивает производительность водородселективной мембраны.
Узел селективного выделения водорода может быть выполнен, например, в виде трубчатого элемента с газопроницаемой стенкой, на которую нанесена водородселективная мембрана, например, из палладий-серебряного сплава. Узел нагрева реактора может быть изготовлен, например, в виде трубчатого элемента с газонепроницаемой стенкой, внутри которого размещен катализатор окисления обедненного водородом синтез-газа. Устройство нагрева сырьевой смеси может быть выполнено, например, в виде изотермического каталитического реактора с теплообменными элементами, размещенными в слое катализатора. Реактор получения синтез-газа и его элементы, теплообменники и газодувка могут быть изготовлены в любом исполнении, известном из уровня техники, работоспособном при термобарических условиях протекающих процессов.
Размещение в реакционной зоне реактора узлов селективного выделения водорода и нагрева реактора позволяет удалить водород из реакционной зоны через водородселективную перегородку, сдвинуть равновесие реакции в сторону образования синтез-газа и снизить температуру в реакторе до 650°С, а также нагреть реакционную зону теплом, выделяющимся при окислении обедненного водородом синтез-газа кислородсодержащим газом, за счет чего уменьшить количество оборудования и упростить устройство.
Предлагаемая установка включает реактор 1 с катализатором парового риформинга 2, в котором размещены узел селективного выделения водорода с водородселективной перегородкой 3 и узел нагрева реактора с катализатором окисления 4, а также содержит устройство нагрева сырьевой смеси, состоящее из узла окисления 5 и узла теплообмена 6, и систему подачи кислородсодержащего газа с газодувкой 7, рекуперационным теплообменником 8 и холодильником 9.
При работе установки водно-углеводородную сырьевую смесь, подаваемую по линии 10, нагревают в холодильнике 9 и узле 6 устройства нагрева сырьевой смеси и направляют в реактор 1, где при контакте с катализатором 2 образуется синтез-газ, содержащий водород, который диффундирует через перегородку 3 и выводится с установки по линии 11. Обедненный водородом синтез-газ выводят по линии 12, которая разделена на линии 13 и 14. Часть обедненного водородом синтез-газа по линии 13 направляют в узел окисления 5, где в присутствии катализатора окисляют частью кислородсодержащего газа, подаваемой по линии 15, полученный охлажденный отходящий газ выводят по линии 16. Другую часть обедненного водородом синтез-газа направляют по линии 14 в узел нагрева реактора 4, где в присутствии катализатора окисления осуществляют контакт с оставшейся частью кислородсодержащего газа, подаваемой через распределительное устройство (показано условно) по линии 17 с помощью газодувки 7 после нагрева в теплообменнике 8. Тепло, выделяющееся при окислении синтез-газа, нагревает катализатор 2, полученный отходящий газ выводят по линии 18, охлаждают в аппаратах 8, 9 и смешивают с воздухом, подаваемым по линии 19, с получением кислородсодержащего газа. Балансовый отходящий газ выводят по линии 20 из линии 18 после холодильника 9. При необходимости по линии 21 в узел селективного выделения водорода 3 подают продувочный газ (показано пунктиром).
Таким образом, предлагаемое устройство более просто, позволяет снизить температуру в реакторе и может быть использовано в промышленности.