СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ПРОИЗВОДСТВА СВЕРХЧИСТОГО ВОДОРОДА ПРИ ВЫСОКОМ ДАВЛЕНИИ

1. Способ производства водорода, включающий:
экзотермическую реакцию первой части потока углеводородного сырья, по меньшей мере, с одним из: с паром или газом-окислителем, включающем молекулярный кислород, в первом реакторе для производства экзотермически-генерированного продукта синтез-газа, в котором поток сырья включает метан;
эндотермический риформинг второй части потока углеводородного сырья с паром над катализатором в теплообменной установке риформинга для получения эндотермически-преобразованного продукта синтез-газа, в котором, по меньшей мере, часть тепла, используемого при генерировании эндотермически-преобразованного продукта синтез-газа, получают утилизацией тепла из экзотермически-генерированного продукта синтез-газа;
в котором эндотермически-преобразованный продукт синтез-газа далее перерабатывается следующим образом:
4
2
генерированием, при давлении выше 60 бар, соотношения метана (СН) к водороду плюс оксид углерода (Н+СО) выше 5 мол.% в эндотермически-преобразованном продукте синтез-газа из труб теплообменной установки риформинга;
отделением, по меньшей мере, метана из комбинации экзотермически-генерированного продукта синтез-газа и эндотермически-преобразованного продукта синтез-газа в виде части потока отходящего газа;
сжиганием, по меньшей мере, части отходящего газа, используя выхлоп из газовой турбины в качестве окислителя, получая потоки перегретого пара и углеводородного сырья, используемые в производстве экзотермически- и эндотермически-генерированного синтез-газа; и
генерированием энергии, используя газовую турбину для приведения в действие установки по производству кислорода, обеспечивая кислород для генерирования синтез-газа.
2. Способ по п.1, в котором экзотермически-генерированный продукт синтез-газа получают, используя горелку частичного окисления, за чем следует зона каталитического риформинга в автотермической установке риформинга.
4
2
3. Способ по п.1, в котором соотношение СН к (Н+СО) в эндотермически-генерированном синтез-газе из труб теплообменной установки риформинга составляет между 5 мол.% и 10 мол.%.
2
2
4. Способ по п.1, в котором содержание СО синтез-газа существенно уменьшают путем каталитической реакции с паром в системе конверсии сдвига, генерирующей Н и СО.
2
5. Способ по п.1, в котором существенно чистый Н отделяют от синтез-газа в системе короткоцикловой адсорбции без нагревания.
2
2
6. Способ по п.5, в котором СО отделяют от сдвинутого синтез-газа перед отделением существенно чистого Н.
2
2
7. Способ по п.1, в котором отходящий газ из первого Н PSA сепаратора сжимают, нагревают и смешивают с паром, уменьшая содержание СО путем каталитической реакции с водой, получая дополнительный Н.
2
8. Способ по п.7, в котором дополнительный Н отделяют во второй системе короткоцикловой адсорбции без нагревания.
2
9. Способ по п.1, в котором Н, полученный из двух PSA установок, находится, по существу, при одном и том же давлении.
2
10. Способ по п.1, в котором суммарное давление Н находится в диапазоне примерно от 60 до 200 бар.
2
11. Способ по п.1, в котором суммарное давление Н находится в диапазоне примерно от 70 до 100 бар.
12. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, часть отходящего газа из второй PSA используется как часть топлива для газовой турбины.
13. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, часть отходящего газа из первой PSA используется как часть топлива, по меньшей мере, для одного из: для газовой турбины или огневого нагревателя.
2
14. Способ по п.1, в котором потоки Н продукта содержат суммарный уровень примесей ниже 20 ч./млн по объему.
15. Система для производства водорода, включающая:
РОХ или ATR, который вызывает экзотермическую реакцию первой части потока углеводородного сырья, по меньшей мере, с одним из: с паром или окисляющим газом, включающим молекулярный кислород, в первом реакторе, производя экзотермически-генерированный продукт синтез-газа, в котором поток сырья включает метан;
GHR, который эндотермически преобразует вторую часть потока углеводородного сырья с паром над катализатором в теплообменной установке риформинга, получая эндотермически-преобразованный продукт синтез-газа, в котором, по меньшей мере, часть тепла, используемого при генерировании эндотермически-преобразованного продукта синтез-газа, получают утилизацией тепла от экзотермически-генерированного продукта синтез-газа;
соединитель для направления эндотермически-преобразованного продукта синтез-газа в первый модуль;
4
2
первый модуль, который генерирует, при давлении выше 60 бар, соотношении метана (СН) к водороду плюс оксид углерода (Н+СО) выше 5 мол.% в эндотермически-преобразованном продукте синтез-газа из труб теплообменной установки риформинга;
сепаратор, который отделяет метан от комбинации экзотермически-генерированного продукта синтез-газа и эндотермически-преобразованного продукта синтез-газа, получая поток отходящего газа;
нагреватель, который сжигает, по меньшей мере, часть отходящего газа, используя выхлоп из газовой турбины в качестве окислителя, давая потоки перегретого пара и углеводородного сырья, используемые в экзотермически- и эндотермически-генерированном продукте синтез-газа; и
генератор, который генерирует энергию, используя газовую турбину для приведения в действие установки по производству кислорода, обеспечивая кислород для генерирования синтез-газа.
16. Система по п.15, в которой экзотермически-генерированный продукт синтез-газа генерируют, используя каталитическую зону.
4
2
17. Система по п.15, в которой соотношение СН к (Н+СО) в эндотермически-генерированном синтез-газе из труб теплообменной установки риформинга составляет между 5 мол.% и 10 мол.%.
18. Система по п.15, в которой содержание СО существенно уменьшено каталитической реакцией с паром в системе конверсии сдвига.
2
19. Система по п.15, в которой существенно чистый Н отделяют от синтез-газа в системе короткоцикловой адсорбции без нагревания.
2
2
20. Система по п.19, в которой СО отделяют от сдвинутого синтез-газа перед отделением существенно чистого Н.
2
2
21. Система по п.15, в которой отходящий газ из первого Н PSA сепаратора сжимают, нагревают и смешивают с паром, уменьшая содержание СО путем каталитической реакции с водой, получая дополнительный Н.
2
22. Система по п.21, в которой дополнительный Н выделяют во второй системе короткоцикловой адсорбции без нагревания.
2
23. Система по п.15, в которой Н, полученный из двух PSA установок, находится, по существу, при одном и том же давлении.
2
24. Система по п.15, в которой суммарное давление Н находится в диапазоне примерно от 60 до 200 бар.
2
25. Система по п.15, в которой суммарное давление Н находится в диапазоне примерно от 70 бар до 100 бар.
26. Система по п.15, в которой, по меньшей мере, часть отходящего газа из второй PSA используется как часть топлива для газовой турбины.
27. Система по п.15, в которой, по меньшей мере, часть отходящего газа из первой PSA используется как часть топлива, по меньшей мере, для одного из: для газовой турбины или огневого нагревателя.
2
28. Система по п.15, в которой потоки Н продукта содержат суммарный уровень примесей ниже 20 ч./млн по объему.
29. Система, включающая:
РОХ или ATR, который вызывает экзотермическую реакцию первой части потока углеводородного сырья с паром и окисляющим газом, включающим молекулярный кислород, в первом реакторе, давая экзотермически-генерированный продукт синтез-газа, в котором поток сырья включает метан;
GHR, который эндотермически преобразует вторую часть потока углеводородного сырья с паром над катализатором в теплообменной установке риформинга, давая эндотермически-преобразованный продукт синтез-газа, в котором, по меньшей мере, часть тепла, требуемого при генерировании эндотермически-преобразованного продукта синтез-газа, получают утилизацией тепла из экзотермически-генерированного продукта синтез-газа;
соединитель для направления эндотермически-преобразованного продукта синтез-газа в высокотемпературный реактор сдвига;
высокотемпературный реактор сдвига, который вызывает экзотермическую реакцию, при высокой температуре, оксида углерода в комбинации с экзотермически-генерированным продуктом синтез-газа и эндотермически-преобразованным продуктом синтез-газа с паром, давая первый синтез-газ, в котором первый синтез-газ включает водород и оксид углерода из высокотемпературной эндотермической реакции;
низкотемпературный реактор сдвига, который вызывает экзотермическую реакцию, при низкой температуре, диоксида углерода в первом синтез-газе с паром, давая второй синтез-газ с концентрацией оксида углерода 1,25% или менее;
поглотитель диоксида углерода, который отделяет диоксид углерода от второго синтез-газа, давая поток диоксида углерода;
первый твердофазный адсорбер, который адсорбирует загрязняющие вещества из второго синтез-газа, давая поток водорода, включающий сверхчистый водород;
второй твердофазный адсорбер, который адсорбирует дополнительные загрязняющие вещества из потока водорода, давая поток сверхчистого водорода, включающий менее 20 ч./млн загрязняющих веществ при давлении, по меньшей мере, приблизительно 60 бар;
сепаратор, который отделяет метан от комбинации экзотермически-генерированного продукта синтез-газа и эндотермически-преобразованного продукта синтез-газа, давая поток отходящего газа;
нагреватель, который сжигает, по меньшей мере, часть отходящего газа, используя выхлоп из газовой турбины в качестве окислителя, давая потоки перегретого пара и углеводородного сырья, используемые в производстве экзотермически- и эндотермически-генерированного продукта синтез-газа; и
генератор, который генерирует энергию, используя газовую турбину для приведения в действие установки по производству кислорода, обеспечивая кислород для генерирования синтез-газа.