ВОДОРОДНАЯ УСТАНОВКА (ВАРИАНТЫ)
HYDROGEN RECOVERY PLANT (EMBODIMENTS)

Изобретение относится к установкам для получения водорода паровым риформингом углеводородов и может быть использовано в промышленности.
Известен способ получения водорода из углеводородного сырья [RU 2394754, опубл. 20.07.2010 г., МПК С01В 3/34, С01В 3/12], осуществляемый на установке, которая включает блок сероочистки углеводородного сырья с адсорберами, заполненными хемосорбентом, риформер с горелкой, паровой котел-утилизатор и конвертор окиси углерода, охладители-осушители, блок водоподготовки и блок выделения водорода.
Недостатком данной установки является низкий выход водорода из-за сжигания части сырья для получения избыточного водяного пара.
Наиболее близка к заявляемому изобретению установка получения водорода из углеводородного газа [RU 2624708, опубл. 05.07.2017 г., МПК С01В 3/34, С01В 3/12], включающая блок адсорбционной сероочистки, конвертор углеводородного сырья (риформер), оборудованный горелкой с линией подачи отходящего газа из блока выделения водорода, соединенный линией подачи синтез-газа с конвертором окиси углерода, оснащенным линиями подачи подготовленной воды и вывода водородсодержащего газа, при этом блок сероочистки оборудован адсорберами с регенерируемым адсорбентом, линиями подачи части очищенного сырья и вывода газа регенерации в горелку, и соединен с конвертором окиси углерода линией подачи очищенного сырья в качестве хладоагента, оснащенной нагревателем, конверторы соединены линией подачи сырьевой смеси, на которой установлен рекуперационный блок, соединенный с блоком водоподготовки линией вывода продувочной воды, и оснащенный линиями ввода/вывода синтез-газа, а блок выделения водорода соединен линией подачи водного конденсата с блоком водоподготовки. Установка может быть оснащена адсорбером с хемосорбентом (блоком хемосорбционной очистки).
Недостатками данной установки является потребление электроэнергии со стороны для подачи технологических потоков: углеводородного сырья, воды и воздуха на установку, деионизированной воды из блока водоподготовки, а также, при необходимости, водорода потребителю.
Задача изобретения - исключение потребления электроэнергии со стороны.
Техническим результатом является исключение потребления электроэнергии за счет интеграции водородной установки с газотурбинным агрегатом путем размещения риформера на линии подачи продуктов сгорания в турбину и размещения нагревателя смеси сырьевого газа с водой на линии вывода отработанного газа.
Предложено три варианта установки.
Указанный технический результат в первом варианте достигается тем, что в предлагаемой установке, включающей блок адсорбционной сероочистки с регенерируемым адсорбентом, оснащенный линией подачи газа регенерации, риформер, конвертор окиси углерода, соединенный с риформером линией подачи синтез-газа, с блоком выделения водорода -линией подачи водородсодержащего газа, а с блоком адсорбционной сероочистки и с риформером - линией подачи очищенного сырья, на которой установлен нагреватель, при этом блок выделения водорода оснащен линиями подачи отходящего газа и вывода водорода и соединен линией подачи водного конденсата с блоком водоподготовки, который оснащен линиями подачи воды и деионизированной воды, особенностью является то, что установка оборудована газотурбинным агрегатом, включающим компрессор с линией подачи воздуха, соединенный линией подачи сжатого воздуха с камерой сгорания, которая соединена линией подачи продуктов сгорания с турбиной, оснащенной линией вывода отработанного газа и электрогенератором, обеспечивающем электроэнергией устройства для подачи технологических потоков, при этом камера сгорания соединена с линиями подачи газа регенерации и отходящего газа в качестве топлива, на линии подачи продуктов сгорания установлен риформер, а на линии вывода отработанного газа - нагреватель.
Второй и третий варианты установки отличаются тем, что в блока адсорбционной сероочистки размещен не регенерируемый хемосорбент, а перед блоком адсорбционной сероочистки на линии подачи углеводородного сырья расположен теплообменник его предварительного нагрева частью отработанного газа. Третий вариант дополнительно предусматривает установку холодильника-конденсатора, соединенного линией подачи водного конденсата с блоком водоподготовки, на линии вывода отработанного газа после нагревателя и теплообменника.
Во всех вариантах камера сгорания при необходимости может быть оснащена линией подачи топлива со стороны.
В качестве узлов и блоков установки могут быть использованы любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники, например, в качестве устройств для подачи технологических потоков могут быть использованы насосы или компрессоры (в зависимости от агрегатного состояния потока), в качестве блока водоподготовки может быть установлено устройство обратного осмоса, и т.п. В качестве хемосорбента может быть использован хемосорбент, например, на основе окиси цинка.
Оборудование водородной установки газотурбинным агрегатом, включающим электрогенератор, позволяет использовать вырабатываемую электроэнергию для подачи технологических потоков и исключить ее подачу со стороны. При этом размещение риформера на линии подачи продуктов сгорания в турбину позволяет использовать тепло продуктов сгорания для нагрева риформера, а установка нагревателя смеси сырьевого газа с водой на линии вывода отработанного газа позволяет рекуперировать тепло отработанного газа, за счет чего повысить энергоэффективность установки в целом. Оборудование второго и третьего вариантов установки теплообменником позволяет нагреть углеводородное сырье до температуры хемосорбции, а установка холодильника-конденсатора в третьем варианте снижает расход воды со стороны за счет рецикла выделенного водного конденсата.
Предлагаемая установка во всех трех вариантах (фиг. 1-3, соответственно) включает блоки адсорбционной сероочистки 1 и водоподготовки 2, конвертор окиси углерода 3, нагреватель 4, риформер 5, блок выделения водорода 6 и газотурбинный агрегат с камерой сгорания 7, компрессором 8, турбиной 9 и электрогенератором 10. Второй вариант установки (фиг. 2) дополнительно оборудован теплообменником подогрева углеводородного сырья 11, а третий вариант (фиг. 3) - теплообменником 11 и холодильником-конденсатором 12. Устройства для подачи технологических потоков условно не показаны.
При работе первого варианта установки сырьевой газ, подаваемый по линии 13, очищают от сернистых соединений в блоке 1, газ регенерации адсорбента выводят по линии 14 в качестве топлива в камеру сгорания 7, а очищенный сырьевой газ по линии 15 после смешения с деионизированной водой, подаваемой по линии 16 из блока 2, направляют в качестве хладоагента в конвертор 3 и затем в качестве сырьевой смеси - в нагреватель 4 и риформер 5. Полученный синтез-газ по линии 17 направляют в конвертор 3, из которого водородсодержащий газ по линии 18 подают в блок 6, где разделяют на водород, выводимый по линии 19, водный конденсат, подаваемый в блок 2 по линии 20, и отходящий газ, который по линии 21 совместно с газом регенерации и сжатым воздухом, подаваемым по линии 22 из компрессора 8, в который по линии 23 поступает воздух, направляют в камеру сгорания 7, из которой продукты сгорания по линии 24 подают сначала в качестве теплоносителя в риформер 5, а затем в качестве рабочего тела в турбину 9, из которой отработанный газ выводят по линии 25 после охлаждения в нагревателе 4. Электроэнергию, вырабатываемую электрогенератором 10, используют для питания приводов устройств подачи технологических потоков. В блок 2 для компенсации химического расхода воды по линии 26 подают балансовую воду. В камеру сгорания при необходимости может подаваться дополнительное топливо по линии 27 (показано пунктиром).
Работа второго и третьего варианта отличается тем, что углеводородное сырье, подаваемое по линии 13, предварительно нагревают до температуры хемосорбции в теплообменнике 11, а при работе третьего варианта отработанный газ, выводимый по линии 25, предварительно охлаждают, например, воздухом, в холодильнике-конденсаторе 12, а выделенный водный конденсат по линии 28 подают в блок водоподготовки 2, за счет чего сокращают расход воды.
Таким образом, предлагаемая установка позволяет исключить потребление электроэнергии со стороны и может быть использована в промышленности.