RU2661580C1 - Autonomous installation for producing hydrogen - Google Patents

Autonomous installation for producing hydrogen Download PDF

Info

Publication number
RU2661580C1
RU2661580C1 RU2017130489A RU2017130489A RU2661580C1 RU 2661580 C1 RU2661580 C1 RU 2661580C1 RU 2017130489 A RU2017130489 A RU 2017130489A RU 2017130489 A RU2017130489 A RU 2017130489A RU 2661580 C1 RU2661580 C1 RU 2661580C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
line
air
hydrogen
water
unit
Prior art date
Application number
RU2017130489A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Владиславович Курочкин
Original Assignee
Андрей Владиславович Курочкин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Андрей Владиславович Курочкин filed Critical Андрей Владиславович Курочкин
Priority to RU2017130489A priority Critical patent/RU2661580C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2661580C1 publication Critical patent/RU2661580C1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: invention relates to plants for producing hydrogen by steam-air conversion of hydrocarbons and can be used in autonomous energy sources on fuel cells. This plant includes a hydrocarbon feed line and a steam-air reformer equipped with a line for introducing a heated mixture of air and water, as well as lines for injecting a heated mixture of hydrocarbon feedstock with water and for discharging hydrogen-containing gas, heat exchanger is installed on the lines, equipped with a condenser, a hydrogen evolution unit with a hydrogen outlet line and an oxidation unit with an air supply line and an exhaust gas outlet line, on which a heat exchanger for heating a mixture of air and water is installed. In this case, the hydrogen evolution unit is located in the reactor and is equipped with a hydrogenselective partition, the condenser-condenser is installed on the exhaust gas outlet line after the heat exchanger for heating the air-water mixture and is equipped with water supply lines in the hydrocarbon feed and air supply line, the plant is equipped with an electric generator with a gas turbine unit, the turbine of which is located on the exhaust gas outlet line, and the compressor is equipped with an air intake line and compressed air supply lines to the oxidation unit and to the reactor.
EFFECT: technical result is the autonomy of the installation.
1 cl, 1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к установкам для получения водорода паровоздушной конверсией углеводородов и может быть использовано в промышленности, в частности в автономных энергоисточниках на топливных элементах.The invention relates to installations for producing hydrogen by steam-air conversion of hydrocarbons and can be used in industry, in particular in stand-alone energy sources based on fuel cells.

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.A known method of producing hydrogen from hydrocarbons [RU 2394754, publ. July 20, 2010, MPK С01В 3/34, С01В 3/12], carried out at a steam conversion plant, which includes a desulfurization unit, a converter with a burner, a waste heat boiler and a carbon monoxide converter, a water treatment unit, and a hydrogen evolution unit.

Недостатками данной установки являются высокая металлоемкость и сложность оборудования из-за необходимости косвенного нагрева реакционных сред при высоких температурах.The disadvantages of this installation are the high intensity and complexity of the equipment due to the need for indirect heating of the reaction medium at high temperatures.

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 с линией подачи углеводородного сырья и реактором паровоздушного риформинга, оснащенным линией ввода нагретой смеси сжатого кислородсодержащего газа (воздуха) и воды, а также линиями ввода нагретой смеси углеводородного сырья, воды и водного конденсата и вывода водородсодержащего газа, на которых установлены теплообменники, при этом на линии вывода водородсодержащего газа размещены холодильник-конденсатор и узел выделения водорода, оснащенный линией вывода водорода и линией вывода продувочного газа с узлом для его сжигания (узлом окисления), оснащенным линией подачи воздуха и линией вывода отходящего газа с теплообменниками нагрева смеси воздуха газа и воды.Closest to the claimed invention, a method of producing hydrogen using steam reforming with partial oxidation [RU 2378188, publ. 01/10/2010, MPK СВВ 3/38], carried out at a plant with a hydrocarbon feed line and a steam-air reforming reactor, equipped with a heated mixture of compressed oxygen-containing gas (air) and water, and also with a heated mixture of hydrocarbons and water and water condensate and a hydrogen-containing gas outlet, on which heat exchangers are installed, while a refrigerator-condenser and a hydrogen evolution unit equipped with a hydrogen output line and an output line are arranged on the hydrogen-containing gas output line uvochnogo gas to the node for its burning (oxidation unit) equipped with the air supply line and the output of the exhaust gas heat exchangers with the gas mixture of air and water.

Основным недостатком данной установки является потребность во внешних источниках воды, а также электроэнергии для сжатия воздуха.The main disadvantage of this installation is the need for external sources of water, as well as electricity for air compression.

Задача изобретения - автономная водородная установка.The objective of the invention is an autonomous hydrogen installation.

Техническим результатом является автономная водородная установка за счет использования для сжатия воздуха вторичного энергоресурса - энергии редуцирования отходящего газа путем установки на линии его вывода газотурбинного агрегата, а также выделение из редуцированного отходящего газа и рециркуляция воды путем установки холодильника-конденсатора.The technical result is an autonomous hydrogen installation due to the use of secondary energy for air compression - the energy of the exhaust gas reduction by installing a gas turbine unit on its output line, as well as the allocation of the reduced exhaust gas and water recirculation by installing a refrigerator-condenser.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой установке с линией подачи углеводородного сырья и реактором паровоздушного риформинга, оснащенным линией ввода нагретой смеси воздуха с водой, а также линиями ввода нагретой смеси углеводородного сырья с водой и вывода водородсодержащего газа, на которых установлен теплообменник, оборудованный 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, холодильник-конденсатор установлен на линии вывода отходящего газа после теплообменника нагрева смеси воздуха с водой и оснащен линиями подачи воды в линии подачи углеводородного сырья и воздуха, 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 реактор.The specified technical result is achieved by the fact that in the proposed installation with a hydrocarbon feed line and a steam-air reforming reactor equipped with a hot air-water mixture inlet line, and a heated hydrocarbon mixture-water inlet line and a hydrogen-containing gas outlet line on which a heat exchanger equipped a condenser refrigerator, a hydrogen evolution unit with a hydrogen output line and an oxidation unit with an air supply line and an exhaust gas output line on which to install a heat exchanger for heating a mixture of air and water, a feature is that the hydrogen evolution unit is located in the reactor and is equipped with a hydrogen selective baffle, a refrigerator-condenser is installed on the exhaust gas outlet line after the heat exchanger for heating the air-water mixture and is equipped with water supply lines to the hydrocarbon feed lines and air, while the unit is equipped with an electric generator with a gas turbine unit, the turbine of which is located on the exhaust gas outlet line, and the compressor is equipped with an air inlet line spirit and compressed air supply lines to the oxidation unit and to the reactor.

Узел выделения водорода может быть оснащен линией ввода продувочного газа, например водяного пара. При интегрировании установки с энергоисточником на топливных элементах он может быть соединен с узлом окисления линией подачи отработанного газа из энергоисточника.The hydrogen evolution unit may be equipped with a purge gas inlet line, for example water vapor. When integrating the installation with an energy source on fuel cells, it can be connected to the oxidation unit by the exhaust gas supply line from the energy source.

Узел выделения водорода может быть выполнен, например, в виде трубчатых элементов с газопроницаемыми стенками, на которые нанесена водородселективная мембрана, например, из палладий-серебряного сплава. Узел окисления представляет собой, например, реактор с катализатором 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.The hydrogen evolution unit can be made, for example, in the form of tubular elements with gas-permeable walls, onto which a hydrogen-selective membrane is applied, for example, from a palladium-silver alloy. The oxidation unit is, for example, a reactor with an oxidation catalyst. The generated electricity can be used, for example, to compress hydrogen and / or supply fuel. As the remaining elements of the installation, any devices of the corresponding purpose known from the prior art can be used.

Расположение узла выделения водорода с водородселективной перегородкой в реакторе позволяет получить водород высокой чистоты без использования дополнительного оборудования. Установка газотурбинного агрегата позволяет исключить потребление электроэнергии со стороны за счет использования энергии редуцирования отходящего газа для энергообеспечения установки, а оснащение холодильником-конденсатором позволяет получить воду для компенсации химического потребления воды при паровоздушном риформинге, обеспечивая автономность водородной установки.The location of the hydrogen evolution unit with a hydrogen selective baffle in the reactor allows the production of high purity hydrogen without the use of additional equipment. Installation of a gas turbine unit eliminates external energy consumption by using the energy of exhaust gas reduction to power the unit, and equipping it with a fridge-condenser allows you to get water to compensate for the chemical consumption of water during steam-air reforming, ensuring the autonomy of the hydrogen unit.

Предлагаемая установка (см. чертеж) 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.The proposed installation (see drawing) includes a steam reforming reactor 1 with a catalyst 2 and a hydrogen evolution unit with a hydrogen selective partition 3, an oxidation unit 4, heat exchangers 5 and 6, a condenser-condenser 7 and a gas turbine unit consisting of a turbine 8, compressor 9 and an electric generator 10.

При работе установки углеводородное сырье, подаваемое по линии 11, смешивают с первой частью воды, подаваемой по линии 12 из линии 13, и после нагрева и испарения в теплообменнике 5 направляют по линии 14 в реактор 1 совместно со смесью воздуха с водой, подаваемой по линии 15 после нагрева и испарения в теплообменнике 6, где в присутствии катализатора паровоздушного риформинга 2 получают водородсодержащий газ, водород из которого диффундирует через водородселективную перегородку узла 3 и выводится с установки по линии 16. Обедненный водородсодержащий газ из реактора 1 по линии 17 после охлаждения в теплообменнике 5 подают в узел 4 совместно с первой частью сжатого воздуха, подаваемого по линии 18 из компрессора 9, в который по линии 19 подают атмосферный воздух. Полученный в узле 4 отходящий газ выводят по линии 20 после редуцирования в турбине 8, охлаждения в теплообменнике 6 и доохлаждения, например, воздухом, с выделением воды в холодильнике-конденсаторе 7, выводимой по линии 13. Смесь воздуха с водой получают смешением второй части сжатого воздуха, подаваемой из компрессора 9 по линии 21, и второй части воды, подаваемой по линии 22 из линии 13. Электроэнергию, вырабатываемую генератором 10, используют на собственные нужды и/или подают сторонним потребителям. Пунктиром показана возможная подача в узел 3 по линии 23 продувочного газа, а в узел 4 по линии 24 - отработанного газа топливных элементов.During operation of the installation, the hydrocarbon feed supplied through line 11 is mixed with the first part of the water supplied through line 12 from line 13, and after heating and evaporation in the heat exchanger 5 are sent via line 14 to the reactor 1 together with a mixture of air and water supplied through the line 15 after heating and evaporation in a heat exchanger 6, where in the presence of a steam-air reforming catalyst 2, a hydrogen-containing gas is obtained, hydrogen from which diffuses through the hydrogen-selective partition of unit 3 and is removed from the installation via line 16. Depleted hydrogen-containing gas from the reactor 1 via line 17 after cooling in exchanger 5 to the node 4 is supplied together with the first portion of the compressed air supplied via line 18 from the compressor 9, in which the line 19 is supplied air. The exhaust gas obtained in the unit 4 is discharged via line 20 after reduction in the turbine 8, cooling in the heat exchanger 6 and after cooling, for example, with air, with the release of water in the condenser refrigerator 7 discharged via line 13. A mixture of air and water is obtained by mixing the second part of the compressed air supplied from the compressor 9 via line 21, and a second part of the water supplied through line 22 from line 13. The electric power generated by the generator 10 is used for own needs and / or supplied to external consumers. The dotted line shows the possible supply of purge gas to the assembly 3 through line 23, and the fuel element exhaust gas to assembly 4 through line 24.

Таким образом, предлагаемая установка работает автономно и может быть использована в промышленности.Thus, the proposed installation works autonomously and can be used in industry.

Claims (1)

Автономная установка для получения водорода с линией подачи углеводородного сырья и реактором паровоздушного риформинга, оснащенным линией ввода нагретой смеси воздуха с водой, а также линиями ввода нагретой смеси углеводородного сырья с водой и вывода водородсодержащего газа, на которых установлен теплообменник, оборудованная 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, отличающаяся тем, что узел выделения водорода расположен в реакторе и оснащен водородселективной перегородкой, холодильник-конденсатор установлен на линии вывода отходящего газа после теплообменника нагрева смеси воздуха с водой и оснащен линиями подачи воды в линии подачи углеводородного сырья и воздуха, 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 реактор.A stand-alone installation for producing hydrogen with a hydrocarbon feed line and a steam-air reforming reactor equipped with a heated air-water mixture inlet line, and a heated mixture of hydrocarbon-water mixed water inlet and hydrogen-containing gas outlet lines, on which a heat exchanger equipped with a fridge-condenser, a unit is installed hydrogen evolution with a hydrogen discharge line and an oxidation unit with an air supply line and an exhaust gas output line, on which a heat exchanger for heating the mixture of air an ear with water, characterized in that the hydrogen evolution unit is located in the reactor and is equipped with a hydrogen-selective partition, a condenser refrigerator is installed on the exhaust gas outlet line after the heat exchanger heating the air-water mixture and is equipped with water supply lines in the hydrocarbon and air supply lines, the unit is equipped with an electric generator with a gas turbine unit, the turbine of which is located on the exhaust gas outlet line, and the compressor is equipped with an air inlet line and compressed air supply lines to l and the oxidation reactor.
RU2017130489A 2017-08-28 2017-08-28 Autonomous installation for producing hydrogen RU2661580C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017130489A RU2661580C1 (en) 2017-08-28 2017-08-28 Autonomous installation for producing hydrogen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017130489A RU2661580C1 (en) 2017-08-28 2017-08-28 Autonomous installation for producing hydrogen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2661580C1 true RU2661580C1 (en) 2018-07-17

Family

ID=62917317

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017130489A RU2661580C1 (en) 2017-08-28 2017-08-28 Autonomous installation for producing hydrogen

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2661580C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6767376B1 (en) * 2000-11-10 2004-07-27 Sofco-Efs Holdings, L.L.C. Selectively controllable modular auto-thermal reformer and method for same
RU2378188C2 (en) * 2004-05-28 2010-01-10 Хайрадикс, Инк. Hydrogen synthesis method using steam reforming with partial oxidation
RU2394754C1 (en) * 2009-03-26 2010-07-20 Дмитрий Львович Астановский Method of obtaining hydrogen from hydrocarbon material
EA024944B1 (en) * 2012-12-26 2016-11-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутская государственная сельскохозяйственная академия" Hydrogen unit for utilisation of energy of renewable sources with seasonal and cyclic mode of energy consumption
JP2017048076A (en) * 2015-08-31 2017-03-09 関西電力株式会社 Hydrogen production facility and hydrogen production method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6767376B1 (en) * 2000-11-10 2004-07-27 Sofco-Efs Holdings, L.L.C. Selectively controllable modular auto-thermal reformer and method for same
RU2378188C2 (en) * 2004-05-28 2010-01-10 Хайрадикс, Инк. Hydrogen synthesis method using steam reforming with partial oxidation
RU2394754C1 (en) * 2009-03-26 2010-07-20 Дмитрий Львович Астановский Method of obtaining hydrogen from hydrocarbon material
EA024944B1 (en) * 2012-12-26 2016-11-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутская государственная сельскохозяйственная академия" Hydrogen unit for utilisation of energy of renewable sources with seasonal and cyclic mode of energy consumption
JP2017048076A (en) * 2015-08-31 2017-03-09 関西電力株式会社 Hydrogen production facility and hydrogen production method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2009057939A3 (en) Hydrogen generator with easy start-up and stable operation and high efficiency
US20080035889A1 (en) Supply of Steam and Hydrogen to a Process or Plant Producing Synthesis Gas
WO2021031894A1 (en) Integrated small to medium-sized natural gas steam reforming reactor, and reforming reaction process
WO2011067930A1 (en) Fuel cell system and maintenance method for fuel cell system
TWI770306B (en) Hydrogen generator
JP2012020898A (en) Hydrogen generating apparatus and fuel cell system provided with the same
RU2008113706A (en) METHOD FOR CREATING A HYDROGEN ENERGY CHEMICAL COMPLEX AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
JP2008027855A (en) Fuel cell power generator
RU2443040C2 (en) Fuel elements system
RU2661580C1 (en) Autonomous installation for producing hydrogen
JP5905933B2 (en) Waste heat recovery device and waste heat recovery method
JP6974402B2 (en) Plants that consume reformed gas and methods for reforming raw material gas
KR20040096977A (en) A Reformer of a Fuel Cell System
RU2653825C1 (en) Autonomous hydrogen plant
JP4939362B2 (en) Fuel cell-gas turbine power generation facility and combined power generation facility
RU2666876C1 (en) Autonomous hydrogen plant
RU2526851C1 (en) Power supply plant on fuel cells
RU2617754C1 (en) Hydrogen plant
RU2657494C1 (en) Energy efficient hydrogen plant
JP5379092B2 (en) Gasification power generation system
JP3789706B2 (en) CO conversion unit and polymer electrolyte fuel cell power generation system
EP3410013B1 (en) Combustion gas supply system
JP6523841B2 (en) Fuel cell system
RU2672415C1 (en) Hydrogen recovery plant (embodiments)
RU2708936C1 (en) Multigenerating complex with combined fuel at additional production of hydrogen and oxygen

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20210708