ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНАЯ ВОДОРОДНАЯ УСТАНОВКА
ENERGY EFFICIENT HYDROGEN PLANT

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 паровой конверсии, 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 нагрева 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 узел паровоздушного риформинга, оснащенный линией ввода нагретой смеси кислородсодержащего газа (воздуха) и воды, а также линиями ввода нагретой смеси углеводородного сырья, воды и водного конденсата и вывода водородсодержащего газа, на которых установлены рекуперационные теплообменники, при этом 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 линией подачи воздуха и линией вывода отходящего газа с теплообменниками нагрева смеси кислородсодержащего газа и воды.
Недостатком данной установки является низкая энергоэффективность из-за необходимости расходования электроэнергии со стороны на подачу воздуха, сжатого 0,4-1,2 МПа изб., в узел паровоздушного риформинга.
Задача изобретения - повышение энергоэффективности.
Техническим результатом является увеличение энергоэффективности за счет использования вторичного энергоресурса - энергии редуцирования отходящего газа, для сжатия воздуха путем установки газотурбинного агрегата с электрогенератором на линиях подачи воздуха и вывода отходящего газа.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой установке с узлом паровоздушного риформинга, оснащенным линией ввода нагретой смеси воздуха и воды, а также линиями ввода нагретой смеси углеводородного сырья, воды, водного конденсата и вывода водородсодержащего газа, на которых установлен рекуперационный теплообменник, при этом на линии вывода водородсодержащего газа размещен блок выделения водорода, оснащенный линией вывода водорода и линией вывода продувочного газа, на которой расположен узел окисления с линией подачи воздуха и линией вывода отходящего газа с теплообменником нагрева смеси воздуха и воды, особенностью является то, что блок выделения водорода оснащен линией подачи водного конденсата, линии подачи воды примыкают к блоку подготовки воды, оснащенному линией ввода балансовой воды, установка оборудована электрогенератором с газотурбинным агрегатом, турбина которого расположена на линии вывода отходящего газа, а компрессор оснащен линией ввода воздуха и линиями подачи сжатого воздуха в узел окисления и в линию ввода нагретой смеси воздуха и воды.
Для работы на сернистом сырье на линии подачи углеводородного сырья может быть установлен блок хемосорбционной или адсорбционной сероочистки. С целью увеличения выхода водорода на линии вывода водородсодержащего газа после рекуперационного теплообменника могут быть размещены конвертор оксида углерода и дополнительный рекуперационный теплообменник, а перед ним установлены теплообменники нагрева продувочного газа и воздуха, подаваемого в узел окисления. Для повышения концентрации водорода в водородсодержащем газе и упрощения работы узла выделения водорода на линии подачи сжатого воздуха в линию ввода нагретой смеси воздуха и воды может быть установлено устройство для обогащения воздуха кислородом.
Блок выделения водорода может состоять, например, из сепаратора водного конденсата и узла мембранного выделения водорода. Узел окисления продувочного газа может представлять собой, например, изотермический каталитический реактор, а блок подготовки воды - узел обратного осмоса. Электроэнергия, вырабатываемая электрогенератором может использоваться, например, для компримирования водорода и/или подачи топлива. В качестве остальных элементов установки могут быть использованы любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.
Оборудование установки электрогенератором с газотурбинным агрегатом, турбина которого расположена на линии вывода отходящего газа, а компрессор оснащен линией ввода воздуха и линиями подачи сжатого воздуха в узел окисления и в линию ввода нагретой смеси воздуха и воды позволяет повысить энергоэффективность за счет использования вторичного энергоресурса - энергии редуцирования отходящего газа, для сжатия воздуха и исключения потребления электроэнергии со стороны.
Предлагаемая установка включает узел паровоздушного риформинга 1, блок выделения водорода 2, узел окисления продувочного газа 3, блок подготовки воды 4, рекуперационный теплообменник 5, теплообменник нагрева смеси воздуха и воды 6 и газотурбинный агрегат, состоящий из турбины 7, компрессора 8 и электрогенератора 9. Дополнительно могут быть установлены конвертор оксида углерода 10 со вторым рекуперационным теплообменником 11, блок сероочистки 12, а также теплообменники нагрева продувочного газа 13 и воздуха 14, подаваемого в узел окисления 3.
При работе установки углеводородное сырье, подаваемое по линии 15, смешивают с деионизированной водой, подаваемой по линии 16 из блока 4, и водным конденсатом, подаваемым по линии 17 из блока 2, и, после нагрева в теплообменнике 5, направляют по линии 18 в узел 1 совместно со смесью воздуха и воды, подаваемой по линии 19 после нагрева и испарения в теплообменнике 6. В узле 1 каталитическим паровоздушным риформингом получают водородсодержащий газ, который по линии 20, после охлаждения в теплообменнике 5 направляют в блок 2, где разделяют на водный конденсат, водород, выводимый по линии 21, и продувочный газ, который по линии 22 подают в узел 3 совместно с первой частью сжатого воздуха, выводимого по линии 23 из компрессора 8, в который по линии 24 подают атмосферный воздух. Полученный отходящий газ выводят по линии 25 после редуцирования в турбине 7 и охлаждения в теплообменнике 6 подаваемой по линии 19 смесью воздуха и воды, которую получают смешением второй части сжатого воздуха из линии 23, и воды, подаваемой по линии 26 из блока 4, в который по линии 27 подают балансовое количество воды. Электроэнергию, вырабатываемую генератором 9, используют на собственные нужды или выводят сторонним потребителям. На линии 15 может быть установлен блок сероочистки углеводородного сырья 12, на линии 20 после теплообменника 5 могут быть размещены конвертор оксида углерода 10 и теплообменник 11, а перед теплообменником 5 -теплообменники 13 и 14 (показано пунктиром). На линии подачи второй части сжатого воздуха в линию ввода нагретой смеси воздуха и воды может быть установлено устройство для обогащения воздуха кислородом (не показано).
Таким образом, предлагаемая установка позволяет повысить энергоэффективность и может быть использована в промышленности.