АВТОНОМНАЯ ВОДОРОДНАЯ УСТАНОВКА
AUTONOMOUS HYDROGEN PLANT

Изобретение относится к установкам для получения водорода паровоздушной конверсией углеводородов и может быть использовано в промышленности в частности, в автономных энергоисточниках на топливных элементах.
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.
Основным недостатком данной установки является потребность во внешних источниках воды, а также электроэнергии для сжатия воздуха.
Задача изобретения - автономная водородная установка.
Техническим результатом является автономная водородная установка за счет использования для сжатия воздуха вторичного энергоресурса - энергии редуцирования отходящего газа путем установки газотурбинного агрегата с электрогенератором, а также выделение и рециркуляция водного конденсата путем установки холодильника-конденсатора.
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 в качестве линии ввода нагретой смеси воздуха и воды установка оснащена линией ввода нагретой смеси воздуха и водного конденсата, в качестве линии ввода нагретой смеси углеводородного сырья, воды, водного конденсата - линией ввода нагретой смеси углеводородного сырья и водного конденсата, а в качестве теплообменника нагрева смеси воздуха и воды установлен теплообменник нагрева смеси воздуха и водного конденсата, блок выделения водорода оснащен линией подачи водного конденсата, при этом 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 водного конденсата, кроме того, на линии вывода отходящего газа после теплообменника нагрева смеси воздуха и водного конденсата установлен холодильник-конденсатор, оснащенный линией вывода водного конденсата.
Для работы на сернистом сырье на линии подачи углеводородного сырья устанавливают блок сероочистки. Для увеличения выхода водорода на линии вывода водородсодержащего газа после рекуперационного теплообменника размещают конвертор оксида углерода и дополнительный рекуперационный теплообменник, а также устанавливают 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 размещают устройство для обогащения воздуха кислородом.
Блок выделения водорода может состоять, например, из сепаратора и узла мембранного выделения водорода. Узел окисления продувочного газа может представлять собой, например, изотермический каталитический реактор окисления. Вырабатываемая электроэнергия 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.
Установка электрогенератора с газотурбинным агрегатом позволяет исключить потребление электроэнергии со стороны за счет использования вторичного энергоресурса - энергии редуцирования отходящего газа для сжатия воздуха и других собственных нужд, а оснащение установки холодильником-конденсатором позволяет выделить из отходящего газа водный конденсат в количестве, достаточном для компенсации химического потребления воды, обеспечивая автономность водородной установки.
Предлагаемая установка включает узел паровоздушного риформинга 1, блок выделения водорода 2, узел окисления 3, рекуперационный теплообменник 4, теплообменник нагрева смеси воздуха и водного конденсата 5, холодильник-конденсатор 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, подаваемого в узел окисления 14.
При работе установки углеводородное сырье, подаваемое по линии 15, смешивают с водным конденсатом, подаваемой по линии 16 из линии 17, и по линии 18 из блока 2, и, после нагрева в теплообменнике 4, направляют по линии 19 в узел 1 совместно со смесью воздуха и водного конденсата, подаваемой по линии 20 после нагрева и испарения в теплообменнике 5. В узле 1 путем паровоздушного риформинга получают водородсодержащий газ, который по линии 21 после охлаждения в теплообменнике 4 направляют в блок 2, где разделяют на водный конденсат, водород, выводимый по линии 22, и продувочный газ, который по линии 23 подают в узел 3 совместно с первой частью сжатого воздуха, подаваемого по линии 24 из компрессора 8, в который по линии 25 подают атмосферный воздух. Полученный отходящий газ выводят по линии 26 после редуцирования в турбине 7, охлаждения в теплообменнике 5 и доохлаждения, например, воздухом, с выделением водного конденсата в холодильнике-конденсаторе 6, выводимого по линии 17. Смесь воздуха и водного конденсата получают смешением второй части сжатого воздуха, подаваемой из компрессора 8 по линии 27, и водного конденсата, подаваемого по линии 28 из линии 17. Электроэнергию, вырабатываемую генератором 9, используют на собственные нужды и/или подают сторонним потребителям. Пунктиром показана возможная установка на линии 15 блока сероочистки 12, на линии 21 после теплообменника 4 - конвертора оксида углерода 10 и теплообменника 11, а перед теплообменником 4 - теплообменников 13 и 14. При использовании полученного водорода в топливных элементах отходящий из них газ может быть подан по линии 29 в линию 23. На линиях 17 и 18 могут быть установлены устройства для очистки воды (не показано).
Таким образом, предлагаемая установка работает автономно и может быть использована в промышленности.