АВТОНОМНАЯ ВОДОРОДНАЯ УСТАНОВКА
AUTONOMOUS HYDROGEN PLANT

Изобретение относится к установкам для получения водорода паровоздушной конверсией углеводородов и может быть использовано, в частности, в автономных энергоисточниках на топливных элементах.
Известен способ получения водорода из углеводородного сырья [RU 2394754, опубл. 20.07.2010, МПК C01В 3/34, C01B 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, МПК С01B 3/38], осуществляемый на установке с линией подачи углеводородного сырья и реактором паровоздушного риформинга с линиями ввода нагретых смесей кислородсодержащего газа (воздуха) с водой, а также углеводородного сырья с водой и водным конденсатом и линией вывода водородсодержащего газа с теплообменниками, холодильником-конденсатором и узлом выделения водорода, оснащенным линией вывода водорода и линией вывода продувочного газа с узлом сжигания (окисления), оснащенным линией подачи воздуха и линией вывода отходящего газа с теплообменниками нагрева смеси воздуха газа с водой.
Основным недостатком данной установки является сложность и потребность в подаче со стороны воды и электроэнергии для сжатия воздуха.
Задача изобретения - упрощение и автономность установки.
Техническим результатом является упрощение установки за счет размещения узла выделения водорода с водородселективной перегородкой в реакторе и ее автономность за счет установки на линии вывода отходящего газа газотурбинного агрегата и холодильника-конденсатора.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой установке с линией подачи углеводородного сырья и реактором паровоздушного риформинга с линией вывода водородсодержащего газа и линиями ввода нагретых смесей воздуха и углеводородного сырья с водой, оборудованной холодильником-конденсатором, узлом выделения водорода с линией вывода водорода и узлом окисления с линией подачи воздуха и линией вывода отходящего газа, на которой установлен теплообменник нагрева смеси воздуха с водой, особенностью является то, что узел выделения водорода расположен в реакторе и оснащен водородселективной перегородкой, на линии вывода отходящего газа установлены также теплообменник нагрева смеси углеводородного сырья с водой и холодильник-конденсатор с линиями подачи воды в линии подачи углеводородного сырья и воздуха в реактор, при этом установка оборудована газотурбинным агрегатом с электрогенератором, турбиной, расположенной на линии вывода отходящего газа, и компрессором, оснащенным линией ввода воздуха и линиями подачи воздуха в узел окисления и в реактор.
Узел выделения водорода может быть оснащен линией ввода продувочного газа, например водяного пара. Узел окисления может быть соединен линией подачи отработанного газа с энергоисточником на топливных элементах.
Узел выделения водорода может быть выполнен, например, в виде трубчатого элемента с газопроницаемой стенкой, на которую нанесена водородселективная мембрана, например, из палладий-серебряного сплава, а узел окисления, например, в виде каталитического реактора окисления. В качестве остальных элементов установки могут быть использованы любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.
Автономность установки достигается за счет исключения подачи электроэнергии и воды путем размещения на линии вывода отходящего газа соответственно газотурбинного агрегата для использования вторичного энергоресурса - энергии редуцирования отходящего газа и холодильника-конденсатора воды для компенсации ее химического потребления при паровоздушном риформинге. Размещение в реакторе узла выделения водорода с водородселективной перегородкой позволяет получать водород без использования дополнительного оборудования и упростить установку.
Предлагаемая установка включает реактор паровоздушного риформинга 1 с катализатором 2 и узлом выделения водорода с водородселективной перегородкой 3, узел окисления 4, теплообменники 5 и 6, холодильник-конденсатор 7 и газотурбинный агрегат, состоящий из турбины 8, компрессора 9 и электрогенератора 10.
При работе установки углеводородное сырье, подаваемое по линии 11, и воздух, подаваемый из компрессора 9 по линии 12, смешивают с водой, подаваемой из холодильника-конденсатора 7 по линиям 13 и 14, нагревают и испаряют в теплообменниках 5 и 6 соответственно и направляют в реактор 1, где путем паровоздушного риформинга в присутствии катализатора 2 получают водородсодержащий газ, водород из которого диффундирует через водородселективную перегородку узла 3 и выводится с установки по линии 15. Обедненный водородсодержащий газ из реактора 1 по линии 16 подают в узел 4 совместно с воздухом, подаваемым по линии 17 из компрессора 9, в который по линии 18 подают атмосферный воздух. Отходящий газ из узла 4 выводят по линии 19 после редуцирования в турбине 8, охлаждения в теплообменниках 5, 6 и доохлаждения с выделением воды в холодильнике-конденсаторе 7. Электроэнергию, вырабатываемую генератором 10, подают на собственные нужды и/или на сторону. Пунктиром показана возможная подача по линии 20 в узел 3 продувочного газа, а по линии 21 в узел 4 - отработанного газа топливных элементов.
Таким образом, предлагаемая установка работает автономно и может быть использована в промышленности.