Способы и устройства для производства водорода

2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
1. Способ производства потока очищенного газообразного водорода, включающий стадии, на которых подают сырьевой газ, содержащий газообразный азот (N) в качестве основного компонента, газообразный водород (Н) и монооксид углерода (СО) и характеризующийся начальным отношением Н к СО, в блок обработки для получения облагороженного газа, содержащего диоксид углерода (СО) и характеризующегося вторым отношением Н к СО, большим, чем начальное отношение Н к СО; подают облагороженный газ в очистной блок, включающий блок удаления N для удаления N и блок удаления СО для удаления СО, при этом, в очистном блоке образуется поток очищенного газообразного водорода и остаточный газ; и рециркулируют, по меньшей мере, часть остаточного газа в точку выше по потоку блока удаления N.
2
2
2. Способ по п. 1, в котором подача облагороженного газа в очистной блок включает подачу облагороженного газа в блок удаления N с образованием потока пермеата и потока ретентата и подачу потока пермеата в блок удаления СО с образованием потока очищенного газообразного водорода и остаточного газа.
3. Способ по п. 1, дополнительно включающий подачу топлива и окислителя в реакционный блок синтеза-газа с образованием сырьевого газа.
4. Способ по п. 3, в котором топливо включает один или несколько углеводородов, и окислитель включает воздух.
5. Способ по п. 4, в котором один или несколько углеводородов включают метан.
6. Способ по п. 3, в котором топливо в реакционном блоке синтеза-газа частично окисляется с образованием сырьевого газа.
7. Способ по п. 3, в котором реакционный блок синтеза-газа представляет собой двигатель внутреннего сгорания.
8. Способ по п. 7, дополнительно включающий работу двигателя внутреннего сгорания в условиях обогащенной топливом смеси.
2
9. Способ по п. 1, в котором начальное отношение Н к СО выбрано из группы, состоящей из: от примерно 1 до примерно 3; и от примерно 1,5 до примерно 2,5.
2
10. Способ по п. 1, в котором второе отношение Н к СО выбрано из группы, состоящей из: от примерно 10 до примерно, 150; от примерно 10 до примерно 120; и от примерно, 10 до примерно 50.
2
2
11. Способ по п. 1, в котором блок обработки включает блок конверсии водяного газа и предназначен для конверсии сырьевого газа с получением Н и СО.
12. Способ по п. 11, в котором блок конверсии водяного газа предназначен для осуществления высокотемпературной конверсии.
13. Способ по п. 11, в котором блок конверсии водяного газа предназначен для осуществления низкотемпературной конверсии.
14. Способ по п. 11, в котором блок конверсии водяного газа предназначен для осуществления высокотемпературной конверсии и низкотемпературной конверсии.
15. Способ по п. 11, в котором блок конверсии водяного газа включает, по меньшей мере, один катализатор.
2
16. Способ по п. 2, в котором блок удаления N включает блок мембранного разделения, предназначенный для получения облагороженного газа.
2
17. Способ по п. 16, в котором блок мембранного разделения включает Н-селективную мембрану.
2
18. Способ по п. 17, в котором Н-селективная мембрана включает один или несколько компонентов из следующих: полимер, керамический материал, соединение углерода, активированный уголь, соединение металла.
2
19. Способ по п. 2, в котором подача потока пермеата в блок удаления СО включает охлаждение потока пермеата с целью удаления воды.
2
20. Способ по п. 2, в котором подача потока пермеата в блок удаления СО включает увеличение давления потока пермеата.
21. Способ по п. 1, в котором подачу сырьевого газа в блок обработки осуществляют при температуре, лежащей в диапазоне от примерно 80°F до примерно 900ºF (от примерно 27°C до примерно 482°C).
22. Способ по п. 1, в котором подачу сырьевого газа в блок обработки осуществляют при давлении, лежащем в диапазоне от примерно 1 атм до примерно 10 атм (от примерно 100 кПа до примерно 1000 кПа).
2
23. Способ по п. 2, в котором подачу потока пермеата в блок удаления СО осуществляют при температуре, лежащей в диапазоне от примерно 32°F до примерно 122°F (от примерно 0°C до примерно 50°C).
2
24. Способ по п. 2, в котором подачу потока пермеата в блок удаления СО осуществляют при давлении, лежащем в диапазоне от примерно 3,4 атм до примерно 34 атм (от примерно 344 кПа до примерно 3400 кПа).
2
25. Способ по п. 2, в котором блок удаления СО включает блок адсорбции со сдвигом давления (PSA).
26. Способ по п. 25, в котором блок PSA включает одну или несколько адсорбционных колонн, и остаточный газ содержит десорбированный газ, полученный при регенерации одной или нескольких адсорбционных колонн.
2
27. Способ по п. 26, в котором доля остаточного газа, рециркулируемая в точку выше по потоку блока удаления N, находится в диапазоне от примерно 50 процентов до примерно 100 процентов остаточного газа.
2
28. Способ по п. 26, в котором рециркуляция, по меньшей мере, части остаточного газа в точку выше по потоку блока удаления N включает увеличение давления остаточного газа.
29. Способ по п. 28, в котором увеличение давления остаточного газа включает увеличение давления остаточного газа до величины в диапазоне от примерно 1 атм до примерно 10 атм (от примерно 100 кПа до примерно 1000 кПа).
2
2
30. Способ по п. 1, в котором рециркуляция, по меньшей мере, части остаточного газа в точку выше по потоку блока удаления N включает рециркуляцию такого количества остаточного газа, которое эквивалентно примерно от 5 процентов до примерно 10 процентов по объему потока очищенного газообразного Н.
2
31. Способ по п. 1, в котором рециркуляция, по меньшей мере, части остаточного газа в точку выше по потоку блока удаления N включает рециркуляцию такого количества остаточного газа, которое эквивалентно примерно от 15 процентов до примерно 25 процентов по объему сырьевого газа.
2
2
32. Способ по п. 1, в котором концентрация Н в потоке очищенного газообразного Н выбрана из группы, состоящей из: более чем примерно 75 процентов; более чем примерно 90 процентов; более чем примерно 95 процентов; более чем примерно 99 процентов.
2
2
33. Способ по п. 1, в котором количество Н, присутствующее в облагороженном газе и извлекаемое в поток очищенного газообразного Н, выбрано из группы, состоящей из: более чем примерно 80 процентов; более чем примерно 90 процентов; более чем примерно 95 процентов; более чем примерно 99 процентов.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
34. Способ производства потока очищенного газообразного водорода, включающий стадии, на которых подают сырьевой газ, содержащий газообразный азот (N) в качестве основного компонента, газообразный водород (Н) и монооксид углерода (СО) и характеризующийся начальным отношением Н к СО, в блок обработки для получения облагороженного газа, содержащего диоксид углерода (СО) и характеризующегося вторым отношением Н к СО, большим, чем начальное отношение Н к СО; приводят облагороженный газ в контакт с мембраной в мембранном модуле с образованием потока пермеата и потока ретентата, при этом мембрана имеет Н-селективный состав, концентрация Н в потоке пермеата больше концентрации Н в облагороженном газе, и поток ретентата содержит N, удаленный из облагороженного газа; приводят поток пермеата в контакт с сорбирующим материалом в одной или нескольких адсорбционных колоннах с получением потока очищенного газообразного Н, при этом сорбирующий материал включает сорбирующее соединение, эффективное в отношении удаления СО из потока пермеата; и регенерируют сорбирующий материал, по меньшей мере, в одной или нескольких адсорбционных колоннах с получением остаточного газа и рециркулируют, по меньшей мере, часть остаточного газа в поток облагороженного газа в точке выше по потоку мембранного блока.
35. Способ по п. 34, в котором блок обработки включает блок конверсии водяного газа.
36. Способ по п. 35, в котором блок конверсии водяного газа предназначен для осуществления высокотемпературной конверсии.
37. Способ по п. 35, в котором блок конверсии водяного газа предназначен для осуществления низкотемпературной конверсии.
38. Способ по п. 35, в котором блок конверсии водяного газа предназначен для осуществления высокотемпературной конверсии и низкотемпературной конверсии.
39. Способ по п. 34, в котором доля остаточного газа, рециркулируемая в поток облагороженного газа в точке выше по потоку мембранного модуля, лежит в диапазоне от примерно 50 процентов до примерно 100 процентов остаточного газа.
2
2
40. Способ по п. 34, в котором молярная доля Н в потоке очищенного газообразного Н больше примерно 99 процентов.
2
2
41. Способ по п. 34, в котором количество Н, присутствующее в облагороженном газе и извлекаемое в поток очищенного газообразного Н, выбрано из группы, состоящей из: более чем примерно 80 процентов; более чем примерно 90 процентов; более чем примерно 95 процентов; более чем примерно 99 процентов.
42. Система обработки газа, предназначенная для осуществления способа по любому из предшествующих пунктов.
2
2
2
2
2
43. Система обработки газа, предназначенная для производства потока очищенного газообразного водорода, включающая блок обработки, предназначенный для повышения отношения водорода (Н) к монооксиду углерода (СО) в сырьевом газе с получением облагороженного газа; первый блок отделения, предназначенный для удаления из облагороженного газа значительной части газообразного азота (N) с получением деазотированного газа; второй блок отделения, предназначенный для удаления из деазотированного газа значительной части диоксида углерода (СО) с получением потока очищенного газообразного Н, при этом во втором блоке отделения также образуется остаточный газ, содержащий удаленный СО; и систему рециркуляции для направления, по меньшей мере, части остаточного газа на смешивание с облагороженным газом в точке выше по потоку первого блока отделения.
2
2
44. Система обработки газа по п. 43, в которой блок обработки включает блок конверсии водяного газа и предназначен для конверсии сырьевого газа с получением Н и СО.
2
45. Система обработки газа по п. 43, в которой первый блок отделения включает Н-селективную мембрану.
46. Система обработки газа по п. 43, в которой второй блок отделения включает блок адсорбции со сдвигом давления (PSA).
2
47. Система обработки газа по п. 46, в которой блок PSA включает сорбирующее соединение, эффективное в отношении удаления СО из деазотированного газа.
48. Система обработки газа по п. 43, в которой система рециркуляции предназначена для рециркуляции до 100 процентов, включительно, остаточного газа.
2
2
49. Система обработки газа по п. 46, где данная система обработки газа предназначена для производства потока очищенного газообразного Н с молярной долей Н более примерно 99 процентов.
2
2
50. Система обработки газа по п. 43, где данная система обработки газа предназначена для извлечения Н, присутствующего в облагороженном газе и извлекаемого в поток очищенного газообразного Н, в количестве, выбранном из группы, состоящей из: более чем примерно 80 процентов; более чем примерно 90 процентов; более чем примерно 95 процентов; более чем примерно 99 процентов.