Система и способ получения водорода

2
1. Устройство для получения продукта, содержащего H, включающее в себя:
газовую турбину, имеющую выход для отвода потока выхлопного газа из газовой турбины;
нагнетательный вентилятор, имеющий выход для выпуска потока окислителя;
клапанный узел для обеспечения потока нагнетаемого воздуха и
печь риформинга, функционально соединенную с газовой турбиной, нагнетательным вентилятором и клапанным узлом, и функционально расположенную для приема, по меньшей мере, части потока выхлопного газа из газовой турбины, по меньшей мере, части потока окислителя из нагнетательного вентилятора и потока нагнетаемого воздуха из клапанного узла.
2. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее:
второй нагнетательный вентилятор, имеющий выход для выпуска второго потока окислителя;
второй клапанный узел для обеспечения второго потока нагнетаемого воздуха и
вторую печь риформинга, функционально соединенную с газовой турбиной, вторым нагнетательным вентилятором и вторым клапанным узлом, и функционально расположенную для приема второй части потока выхлопного газа из газовой турбины, по меньшей мере, части второго потока окислителя из второго нагнетательного вентилятора и второго потока нагнетаемого воздуха из второго клапанного узла.
3. Устройство по п. 1, в котором печь риформинга содержит множество трубок риформинга, содержащих катализатор, причем множество трубок риформинга, содержащих катализатор, функционально расположены для приема подаваемого газового потока риформинга и печь риформинга функционально расположена для приема, по меньшей мере, части потока выхлопного газа, по меньшей мере, части потока окислителя, потока нагнетаемого воздуха и потока топлива для его сгорания в пространстве камеры сгорания внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, причем печь риформинга имеет первый выход для выпуска потока риформата, сформированного из подаваемого газового потока риформинга во множестве трубок риформинга, содержащих катализатор, и причем печь риформинга имеет второй выход для выпуска газового потока продуктов горения из пространства камеры сгорания, газовый поток продуктов горения формируется посредством сгорания потока топлива.
4. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее:
теплообменник, функционально расположенный между нагнетательным вентилятором и печью риформинга, причем теплообменник функционально расположен для приема, по меньшей мере, части потока окислителя из нагнетательного вентилятора, и печь риформинга функционально располагается для приема, по меньшей мере, части потока окислителя из теплообменника.
5. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее:
вытяжной вентилятор с искусственной тягой, функционально расположенный для приема газового потока продуктов горения из печи риформинга.
6. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее:
канал, функционально расположенный для транспортировки, по меньшей мере, части потока выхлопного газа из газовой турбины, по меньшей мере, части потока окислителя из нагнетательного вентилятора и потока нагнетаемого воздуха из клапанного узла для печи риформинга;
датчик чувствительный к давлению в канале; и
контроллер, функционально соединенный с, по меньшей мере, одним клапанным узлом для обеспечения потока нагнетаемого воздуха и клапанный узел для контроля потока выхлопного газа, контроллер функционально соединен с датчиком и является чувствительным к сигналам от датчика.
7. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее:
установку разделения методом короткоцикловой адсорбции, функционально расположенную для приема потока риформата из риформера с образованием потока продукта водорода и потока побочного продукта из потока риформата.
8. Устройство по п. 3, дополнительно содержащее:
вытяжной вентилятор с искусственной тягой, функционально расположенный для приема газового потока продуктов горения из печи риформинга;
один или более датчиков, причем один или более датчиков представляют собой, по меньшей мере, один датчик из датчика, который является чувствительным к давлению в пространстве камеры сгорания печи риформинга, и датчика, который является чувствительным к концентрации кислорода в газовом потоке продуктов горения из печи риформинга; и
контроллер, функционально соединенный для приема сигналов от одного или более датчиков;
причем вытяжной вентилятор с искусственной тягой функционально соединен для приема сигналов от контроллера чувствительного к сигналам от одного или более датчиков.
9. Устройство по п. 2, в котором вторая печь риформинга содержит множество трубок риформинга, содержащих катализатор, причем множество трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи риформинга функционально располагаются для приема второго подаваемого газового потока риформинга и вторая печь риформинга функционально располагается для приема второй части потока выхлопного газа, по меньшей мере, части второго потока окислителя, второго потока нагнетаемого воздуха и второго потока топлива для его сгорания в пространстве камеры сгорания внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи риформинга, где вторая печь риформинга имеет первый выход для извлечения второго потока риформата, сформированного из второго подаваемого газового потока риформинга во множестве трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи риформинга, и причем вторая печь риформинга имеет второй выход для извлечения второго газового потока продуктов горения из пространства камеры сгорания второй печи риформинга, второй газовый поток продуктов горения формируется посредством сгорания второго потока топлива;
устройство, дополнительно содержащее:
второй теплообменник, функционально расположенный между вторым нагнетательным вентилятором и второй печью риформинга, причем второй теплообменник функционально располагается для приема, по меньшей мере, части второго потока окислителя из второго нагнетательного вентилятора и вторая печь риформинга функционально располагается для приема, по меньшей мере, части второго потока окислителя из второго теплообменника;
второй вытяжной вентилятор с искусственной тягой, функционально расположенный для приема второго газового потока продуктов горения из второй печи риформинга;
клапанный узел для контроля потока выхлопного газа из газовой турбины, клапанный узел работает для контроля скорости потока, по меньшей мере, части потока выхлопного газа и работает для контроля с целью скорости потока для второй части потока выхлопного газа;
второй канал, функционально расположенный для транспортировки второй части потока выхлопного газа из газовой турбины, по меньшей мере, части второго потока окислителя из второго нагнетательного вентилятора и второго потока нагнетаемого воздуха из второго клапанного узла во вторую печь риформинга;
второй датчик чувствительный к давлению во втором канале;
контроллер, функционально соединенный с, по меньшей мере, одним объектом из второго клапанного узла для создания второго потока нагнетаемого воздуха и клапанного узла для контроля потока выхлопного газа, причем контроллер, функционально соединен со вторым датчиком и чувствителен к сигналам от второго датчика; и
установку разделения методом короткоцикловой адсорбции, функционально расположенную для приема второго потока риформата с формированием второго потока продукта водорода и второго потока побочного продукта из потока риформата;
один или более датчиков, причем один или более датчиков представляют собой, по меньшей мере, один датчик из датчика, который является чувствительным к давлению в пространстве камеры сгорания второй печи риформинга, и датчика, который является чувствительным к концентрации кислорода в газовом потоке продуктов горения из второй печи риформинга, где контроллер функционально соединен для приема сигналов от одного или более датчиков; и
где вытяжной вентилятор с искусственной тягой функционально соединен для приема сигналов от контроллера чувствительного к сигналам от одного или более датчиков.
2
10. Способ получения продукта, содержащего H, который включает в себя:
первичный режим работы, содержащий:
смешивание первого количества потока окислителя из нагнетательного вентилятора с первым количеством, по меньшей мере, части потока выхлопного газа из газовой турбины с образованием первого количества смешанного потока окислителя, содержащего выхлопной газ газовой турбины;
2
4
2
введение первого количества подаваемого газового потока риформинга во множество трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи риформинга, взаимодействие первого количества подаваемого газового потока риформинга при реакции риформинга при условиях реакции эффективных для образования первого количества потока риформата, содержащего H, CO, CH и HO, и извлечение первого количества потока риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи риформинга; и
сжигание первого количества потока топлива с, по меньшей мере, частью первого количества смешанного потока окислителя, содержащего выхлопной газ газовой турбины, в печи риформинга, внешним по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, при условиях эффективных для горения первого количества потока топлива с образованием первого количества газового потока продуктов горения и генерирования тепла для обеспечения энергией для взаимодействия первого количества подаваемого газового потока риформинга внутри множества трубок риформинга, содержащих катализатор, и выпуск первого количества газового потока продуктов горения из печи риформинга; и
вторичный режим работы, причем вторичный режим работы начинается, когда поток выхлопного газа из газовой турбины становится недоступным, вторичный режим работы включает:
открывание клапанного узла и смешивание первого количества потока нагнетаемого воздуха со вторым количеством потока окислителя с образованием первого количества смешанного потока окислителя, содержащего нагнетаемый воздух;
2
4
2
введение второго количества подаваемого газового потока риформинга во множество трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи риформинга, взаимодействие второго количества подаваемого газового потока риформинга при реакции риформинга при условиях реакции эффективных для образования второго количества потока риформата, содержащего H, CO, CH и HO, и выпуск второго количества потока риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи риформинга; и
сжигание второго количества потока топлива с, по меньшей мере, частью первого количества смешанного потока окислителя, содержащего нагнетаемый воздух, в печи риформинга, внешней по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, при условиях эффективных для горения второго количества потока топлива для образования второго количества газового потока продуктов горения и генерирования тепла для обеспечения энергией для взаимодействия второго количества подаваемого газового потока риформинга внутри множества трубок риформинга, содержащих катализатор, и выпуск второго количества газового потока продуктов горения из первой печи риформинга.
11. Способ по п. 10, когда при запуске вторичного режима работы клапанный узел открывается до заданного положения, это заданное положение зависит от рабочей скорости вращения газовой турбины перед запуском вторичного режима работы.
12. Способ по п. 10, в котором печь риформинга имеет некоторое давление внешнее по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор;
2
2
2
2
2
причем первичный режим работы дополнительно включает прохождение первого количества газового потока продуктов горения из печи риформинга в вытяжной вентилятор с искусственной тягой, где вытяжной вентилятор с искусственной тягой работает таким образом, что давление внешнее по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 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 продуктов горения из печи риформинга в вытяжной вентилятор с искусственной тягой, где вытяжной вентилятор с искусственной тягой работает таким образом, что давление внешнее по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи 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).
13. Способ по п. 10, дополнительно включающий:
прохождение первого количества потока окислителя из нагнетательного вентилятора в теплообменник перед смешиванием первого количества потока окислителя из нагнетательного вентилятора с первым количеством, по меньшей мере, части потока выхлопного газа, нагревая при этом первое количество потока окислителя из нагнетательного вентилятора; и
прохождение второго количества потока окислителя из нагнетательного вентилятора в теплообменник перед смешиванием первого количества потока нагнетаемого воздуха со вторым количеством потока окислителя, нагревая при этом второе количество потока окислителя из нагнетательного вентилятора.
14. Способ по п. 10, дополнительно включающий:
третичный режим работы, 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 и смешивание второго количества потока нагнетаемого воздуха с третьим количеством потока окислителя для образования второго количества смешанного потока окислителя, содержащего нагнетаемый воздух;
2
4
2
введение третьего количества подаваемого газового потока риформинга во множество трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи риформинга, взаимодействие третьего количества подаваемого газового потока риформинга при условиях реакции эффективных для образования третьего количества потока риформата, содержащего H, CO, CH и HO, и извлечение третьего количества потока риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи риформинга; и
горение третьего количества потока топлива вместе, по меньшей мере, с частью второго количества смешанного потока окислителя, содержащего нагнетаемый воздух, в печи риформинга, в пространстве внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, при условиях эффективных для горения третьего количества потока топлива с целью образования третьего количества газового потока продуктов горения и генерирования тепла для обеспечения энергией для взаимодействия третьего количества подаваемого газового потока риформера внутри множества трубок риформинга, содержащих катализатор, и извлечение третьего количества газового потока продуктов горения из печи риформинга;
1
где первое количество потока окислителя имеет среднюю по времени массовую скорость потока F;
2
где второе количество потока окислителя имеет среднюю по времени массовую скорость потока F;
3
где третье количество потока окислителя имеет среднюю по времени массовую скорость потока F;
1
где первое количество потока нагнетаемого воздуха имеет среднюю по времени массовую скорость потока G;
2
где второе количество потока 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.
15. Способ по п. 10, в котором первичный режим работы дополнительно включает:
смешивание первого количества второго потока окислителя из второго нагнетательного вентилятора с первым количеством второй части потока выхлопного газа из газовой турбины с образованием первого количества второго смешанного потока окислителя, содержащего выхлопной газ газовой турбины;
2
4
2
введение первого количества второго подаваемого газового потока риформера во множество трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи риформинга, взаимодействие первого количества второго подаваемого газового потока риформера при реакции риформинга при условиях реакции эффективных при образовании первого количества второго потока риформата, содержащего H, CO, CH и HO, и извлечение первого количества второго потока риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи риформинга; и
горение первого количества второго потока топлива вместе, по меньшей мере, с частью первого количества второго смешанного потока окислителя, содержащего выхлопной газ газовой турбины, во второй печи риформинга, в пространстве внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи риформинга при условиях эффективных для горения первого количества второго потока топлива с образованием первого количества второго газового потока продуктов горения и генерированием тепла для обеспечения энергией для взаимодействия первого количества второго подаваемого газового потока риформера внутри множества трубок риформинга, содержащих катализатор, второго риформера, и извлечение первого количества второго газового потока продуктов горения из второй печи риформинга; и,
где вторичный режим работы дополнительно включает:
открывание второго клапанного узла и смешивание первого количества второго потока нагнетаемого воздуха со вторым количеством второго потока окислителя с образованием первого количества второго смешанного потока окислителя, содержащего нагнетаемый воздух;
введение второго количества второго подаваемого газового потока риформера в множество трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи риформинга, взаимодействие второго количества второго подаваемого газового потока риформера при условиях реакции эффективных для образования второго количества
2
4
2
второго потока риформата, содержащего H, CO, CH и HO, и извлечение второго количества второго потока риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, во второй печи риформинга; и
горение второго количества второго потока топлива вместе, по меньшей мере, с частью первого количества второго смешанного потока окислителя, содержащего нагнетаемый воздух, во второй печи риформинга, в пространстве внешнем по отношению к множеству трубок риформинга, содержащих катализатор, второго риформера при условиях эффективных для горения второго количества второго потока топлива с целью образования второго количества второго газового потока продуктов горения и генерирования тепла для обеспечения энергией для взаимодействия второго количества второго подаваемого газового потока риформера внутри множества трубок риформинга, содержащих катализатор, во втором риформере, и извлечение второго количества второго газового потока продуктов горения из второй печи риформинга.
2
16. Способ по п. 10, в котором, по меньшей мере, одно количество из первого количества потока риформата, второго количества потока риформата и третьего количества потока риформата из множества трубок риформинга, содержащих катализатор, в печи риформинга, разделяется с помощью короткоцикловой безнагревной адсорбции в установке короткоцикловой адсорбции с получением продукта, содержащего H и газообразный побочный продукт, и где первый поток топлива содержит, по меньшей мере, часть газообразных побочных продуктов.
17. Способ по п. 10, 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 продуктов горения в течение первичного режима работы;
открывание и закрывание клапанного узла 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 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; и
установление скорости вращения вытяжного вентилятора с искусственной тягой 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.
18. Способ по п. 10, 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 продуктов горения в течение вторичного режима работы;
открывание и закрывание клапанного узла 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 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; и
установление скорости вращения вытяжного вентилятора с искусственной тягой 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.