RU2679241C1

RU2679241C1 - Hydrogen recovery plant

Info

Publication number: RU2679241C1
Application number: RU2018108733A
Authority: RU
Inventors: Андрей Владиславович Курочкин
Original assignee: Андрей Владиславович Курочкин
Priority date: 2018-03-12
Filing date: 2018-03-12
Publication date: 2019-02-06

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: invention relates to plants for recovering hydrogen by steam reforming of hydrocarbons. Recovery plant includes an adsorption desulfurization unit with a regenerable adsorbent, equipped with a regeneration gas supply line, a reformer, a carbon monoxide converter connected to the reformer with a synthesis gas supply line, with a hydrogen recovery unit – a line of hydrogen-containing gas, and with an adsorption desulfurization unit; and with a reformer – a supply line of purified raw materials on which a heater is installed. At the same time, the hydrogen recovery unit is equipped with lines for supplying exhaust gas and hydrogen output, and is connected by a water supply line to a water treatment unit equipped with water supply lines and deionized water. In addition, the plant is also equipped with gas turbine unit, including compressor with air supply line, connected through the compressed air supply line to combustion chamber, which is connected through the combustion products supply line to a turbine equipped with a exhaust gas discharge line with a heater, as well as an electric generator that generates electricity for electric drives of devices for feeding process streams. At the same time, on the supply line of the second part of compressed air there is a partial oxidation reactor installed with supply lines for exhaust gas and regeneration gas as raw materials, equipped with an oxidation products supply line to the combustion chamber, where the reformer is located, and on the compressed air supply line there is a branch for supplying the third part of compressed air to the pneumatic actuators of the devices for feeding process streams.EFFECT: technical result is to exclude third-party electricity consumption.1 cl, 1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к установкам для получения водорода паровым риформингом углеводородов и может быть использовано в промышленности.The invention relates to plants for producing hydrogen by steam reforming of hydrocarbons and can be used in industry.

Известен способ получения водорода из углеводородного сырья [RU 2394754, опубл. 20.07.2010 г., МПК С01В 3/34, С01В 3/12], осуществляемый на установке, которая включает блок сероочистки углеводородного сырья с адсорберами, заполненными хемосорбентом, риформер с горелкой, паровой котел-утилизатор и конвертор окиси углерода, охладители-осушители, 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 the installation, which includes a desulfurization unit for hydrocarbons with adsorbers filled with chemisorbent, a reformer with a burner, a steam recovery boiler and a carbon monoxide converter, cooler-driers , a water treatment unit and a hydrogen evolution unit.

Недостатком данной установки является низкий выход водорода из-за сжигания части сырья для получения избыточного водяного пара.The disadvantage of this installation is the low yield of hydrogen due to the burning of part of the feedstock to produce excess water vapor.

Наиболее близок к заявляемому изобретению установка получения водорода из углеводородного газа [RU 2624708, опубл. 05.07.2017 г., МПК С01В 3/34, С01В 3/12], включающая блок адсорбционной сероочистки, конвертор углеводородного сырья (риформер), оборудованный горелкой с линией подачи отходящего газа из блока выделения водорода, соединенный линией подачи синтез-газа с конвертором окиси углерода, оснащенным линиями подачи подготовленной воды и вывода водородсодержащего газа, при этом блок сероочистки оборудован адсорберами с регенерируемым адсорбентом, линиями подачи части очищенного сырья и вывода газа регенерации в горелку, и соединен с конвертором окиси углерода линией подачи очищенного сырья в качестве хладоагента, оснащенной нагревателем, конверторы соединены линией подачи сырьевой смеси, на которой установлен рекуперационный блок, соединенный с блоком водоподготовки линией вывода продувочной воды, и оснащенный линиями ввода/вывода синтез-газа, а блок выделения водорода соединен линией подачи водного конденсата с блоком водоподготовки.Closest to the claimed invention, a plant for producing hydrogen from hydrocarbon gas [RU 2624708, publ. 07/05/2017, IPC С01В 3/34, С01В 3/12], including an adsorption desulfurization unit, a hydrocarbon feed converter (reformer) equipped with a burner with a line for supplying exhaust gas from a hydrogen evolution block, connected with a synthesis gas supply line with a converter carbon monoxide equipped with prepared water and hydrogen-containing gas supply lines, while the desulphurization unit is equipped with adsorbers with a regenerated adsorbent, feed lines for part of the purified raw materials and output of regeneration gas to the burner, and connected to a carbon monoxide converter and the feed line of the purified raw material as a refrigerant equipped with a heater, the converters are connected by the feed line of the raw mix, on which a recovery unit is installed, connected to the water treatment unit by a purge water output line, and equipped with synthesis gas input / output lines, and a hydrogen evolution unit is connected by a line water condensate supply with a water treatment unit.

Недостатками данной установки является потребление электроэнергии со стороны для подачи технологических потоков: углеводородного сырья, воды и воздуха на установку, деионизированной воды из блока водоподготовки, а также, при необходимости, водорода потребителю.The disadvantages of this installation is the consumption of electricity from the outside for the supply of technological flows: hydrocarbon raw materials, water and air to the installation, deionized water from the water treatment unit, and also, if necessary, hydrogen to the consumer.

Задача изобретения - исключение потребления электроэнергии со стороны.The objective of the invention is the exclusion of electricity consumption from the outside.

Техническим результатом является исключение потребления электроэнергии за счет интеграции установки с газотурбинным агрегатом, оснащения ее реактором парциального окисления и размещения риформера на линии подачи продуктов окисления, а также за счет размещения на линии вывода отработанного газа нагревателя смеси сырьевого газа с водой.The technical result is the elimination of electricity consumption due to the integration of the installation with a gas turbine unit, equipping it with a partial oxidation reactor and placing the reformer on the oxidation products supply line, as well as by placing a heater of a mixture of raw gas and water on the exhaust gas outlet line.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой установке, включающей блок адсорбционной сероочистки с регенерируемым адсорбентом, оснащенный линией подачи газа регенерации, риформер, конвертор окиси углерода, соединенный с риформером линией подачи синтез-газа, с блоком выделения водорода - линией подачи водород содержащего газа, а с блоком адсорбционной сероочистки и с риформером - линией подачи очищенного сырья, на которой установлен нагреватель, при этом блок выделения водорода оснащен линиями подачи отходящего газа и вывода водорода и соединен линией подачи водного конденсата с блоком водоподготовки, оснащенным линиями подачи воды и деионизированной воды, особенностью является то, что установка оборудована газотурбинным агрегатом, включающим компрессор с линией подачи воздуха, соединенный линией подачи первой части сжатого воздуха с камерой сгорания, которая соединена линией подачи продуктов сгорания с турбиной, оснащенной линией вывода отработанного газа с нагревателем, а также электрогенератором, вырабатывающим электроэнергию для электроприводов устройств для подачи технологических потоков, при этом на линии подачи второй части сжатого воздуха установлен реактор парциального окисления с линиями подачи отходящего газа и газа регенерации в качестве сырья, оснащенный линией подачи продуктов окисления в камеру сгорания, на которой расположен риформер, а на линииThe specified technical result is achieved by the fact that in the proposed installation, which includes an adsorption desulfurization unit with a regenerable adsorbent, equipped with a regeneration gas supply line, a reformer, a carbon monoxide converter connected to the reformer with a synthesis gas supply line, and a hydrogen evolution unit with a hydrogen-containing gas supply line and with the adsorption desulfurization unit and with the reformer - the feed line of the purified raw materials on which the heater is installed, while the hydrogen evolution unit is equipped with waste feed lines gas and hydrogen outlet and is connected by a water condensate supply line to a water treatment unit equipped with water and deionized water supply lines, the feature is that the installation is equipped with a gas turbine unit including a compressor with an air supply line connected by a supply line of the first part of the compressed air to the combustion chamber, which is connected by a supply line of combustion products to a turbine equipped with an exhaust gas output line with a heater, as well as an electric generator generating electricity for electric drives of devices for supplying process flows, while a partial oxidation reactor with exhaust gas and regeneration gas supply lines is installed on the supply line of the second part of the compressed air as a raw material, equipped with a line for supplying oxidation products to the combustion chamber on which the reformer is located, and on the line

подачи сжатого воздуха расположено ответвление для подачи третьей части сжатого воздуха в пневматические приводы устройств для подачи технологических потоков.a compressed air branch is located for supplying a third part of compressed air to pneumatic drives of devices for supplying process flows.

Реактор парциального окисления при необходимости может быть оснащен линией подачи топливного газа со стороны. На линии подачи воздуха из компрессора может быть установлен рекуперационный теплообменник для более глубокой рекуперации тепла отработанного газа.The partial oxidation reactor, if necessary, can be equipped with a supply line of fuel gas from the side. A recuperative heat exchanger can be installed on the air supply line from the compressor for deeper heat recovery of the exhaust gas.

В качестве узлов и блоков установки могут быть использованы любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники, например, в качестве блока водоподготовки может быть установлено устройство обратного осмоса, в качестве реактора парциального окисления может быть использован каталитический реактор и т.п.As units and units of the installation, any devices of the corresponding purpose known from the prior art can be used, for example, a reverse osmosis device can be installed as a water treatment unit, a catalytic reactor, etc. can be used as a partial oxidation reactor.

Оборудование водородной установки газотурбинным агрегатом позволяет использовать вырабатываемую электроэнергию или отбираемый сжатый воздух из компрессора для питания, соответственно, электро- или пневмоприводов устройств подачи технологических потоков, за счет чего исключить использование электроэнергии со стороны. При этом размещение риформера на линии подачи продуктов окисления в камеру сгорания позволяет использовать тепло продуктов окисления для нагрева риформера, а установка нагревателя смеси сырьевого газа с водой на линии вывода отработанного газа позволяет рекуперировать тепло отработанного газа, за счет чего повысить энергоэффективность установки в целом.The equipment of a hydrogen installation with a gas turbine unit allows the use of generated electricity or selected compressed air from a compressor to supply, respectively, electric or pneumatic drives of process flow devices, thereby eliminating the use of electricity from the outside. At the same time, the placement of the reformer on the line for supplying oxidation products to the combustion chamber allows the heat of the oxidation products to be used to heat the reformer, and the installation of a feed gas / water mixture heater on the exhaust gas outlet line allows the heat of the exhaust gas to be recovered, thereby increasing the energy efficiency of the entire installation.

Предлагаемая установка включает блоки адсорбционной сероочистки 1 и водоподготовки 2, конвертор окиси углерода 3, нагреватель 4, риформер 5, блок выделения водорода 6, реактор парциального окисления 7 и газотурбинный агрегат с камерой сгорания 8, компрессором 9 и турбиной 10, которая может быть оснащена электрогенератором 11 (показано пунктиром). Электро- или пневмоприводные устройства для подачи технологических потоков условно не показаны.The proposed installation includes adsorption desulfurization units 1 and water treatment 2, a carbon monoxide converter 3, a heater 4, a reformer 5, a hydrogen evolution unit 6, a partial oxidation reactor 7, and a gas turbine unit with a combustion chamber 8, a compressor 9, and a turbine 10, which can be equipped with an electric generator 11 (shown by a dotted line). Electric or pneumatic drive devices for supplying process streams are conventionally not shown.

При работе установки сырьевой газ, подаваемый по линии 12, очищают от сернистых соединений в блоке 1, газ регенерации адсорбента выводят по линии 13 в качестве сырья в реактор 7, а очищенный сырьевой газ по линии 14 после смешения с деионизированной водой, подаваемой по линии 15 из блока 2, направляют в качестве хладоагента в конвертор 3, а затем в качестве сырьевой смеси - в нагреватель 4 и риформер 5. Полученный синтез-газ по линии 16 направляют в конвертор 3, из которого водородсодержащий газ по линии 17 подают в блок 6, где разделяют на водород, выводимый по линии 18, водный конденсат, подаваемый в блок 2 по линии 19, и отходящий газ, который по линии 20 совместно с газом регенерации и первой частью сжатого воздуха, подаваемой по линии 21 из компрессора 9, в который он поступает по линии 22, направляют в реактор 7, где подвергают парциальному окислению с получением продуктов окисления, направляемых по линии 23 сначала в риформер 5, а затем в камеру сгорания 8 в качестве топлива. Продукты сгорания по линии 24 подают в качестве рабочего тела в турбину 10, из которой отработанный газ выводят по линии 25 после охлаждения в нагревателе 4. Вторую часть сжатого воздуха из компрессора 9 по линии 26 направляют непосредственно в камеру сгорания 8. В блок 2 для компенсации химического расхода воды по линии 27 подают балансовую воду. Питание приводов устройств для подачи технологических потоков осуществляется или электроэнергией, вырабатываемой электрогенератором 11, или третьей частью сжатого воздуха, отбираемой по линии 28 (показано пунктиром). В камеру сгорания при необходимости может подаваться дополнительное топливо по линии 29, а после компрессора может быть установлен рекуперационный теплообменник 30 (показано пунктиром).During operation of the installation, the feed gas supplied through line 12 is purified from sulfur compounds in block 1, the adsorbent regeneration gas is withdrawn via line 13 as a feed to reactor 7, and the purified feed gas via line 14 after mixing with deionized water supplied through line 15 from block 2, is sent as a coolant to converter 3, and then as a raw material mixture to heater 4 and reformer 5. The resulting synthesis gas is sent to line 3 through line 16, from which hydrogen-containing gas is sent to block 6 via line 17, where they divide into hydrogen, deduce passed through line 18, water condensate supplied to block 2 through line 19, and exhaust gas, which along line 20 together with the regeneration gas and the first part of the compressed air supplied through line 21 from the compressor 9 into which it enters via line 22, sent to the reactor 7, where it is subjected to partial oxidation to obtain oxidation products sent via line 23, first to reformer 5, and then to combustion chamber 8 as fuel. The combustion products through line 24 are fed as a working fluid to a turbine 10, from which the exhaust gas is removed via line 25 after cooling in the heater 4. The second part of the compressed air from the compressor 9 is sent directly via the line 26 to the combustion chamber 8. In block 2 for compensation chemical water flow line 27 serves carrying water. The drives of the devices for supplying process flows are powered either by electric power generated by the electric generator 11, or by a third part of the compressed air, taken along line 28 (shown by a dotted line). If necessary, additional fuel can be supplied to the combustion chamber via line 29, and after the compressor, a recovery heat exchanger 30 (shown by a dotted line) can be installed.

Таким образом, предлагаемая установка исключает потребление электроэнергии со стороны и может быть использована в промышленности.Thus, the proposed installation eliminates the consumption of electricity from the outside and can be used in industry.

Claims

A hydrogen installation including an adsorption desulfurization unit with a regenerated adsorbent, equipped with a regeneration gas supply line, a reformer, a carbon monoxide converter connected to the reformer with a synthesis gas supply line, with a hydrogen evolution unit - a hydrogen-containing gas supply line, and with an adsorption desulfurization unit and with a reformer - a feed line of purified raw materials on which the heater is installed, while the hydrogen evolution unit is equipped with exhaust gas and hydrogen output lines and is connected by a water supply line condensate with a water treatment unit equipped with water and deionized water supply lines, characterized in that the installation is equipped with a gas turbine unit including a compressor with an air supply line connected by a supply line of the first part of the compressed air to the combustion chamber, which is connected by a supply line of combustion products to a turbine equipped the exhaust gas output line with a heater, as well as an electric generator generating electricity for electric drives of devices for supplying process flows, while a partial oxidation reactor is installed on the supply line of the second part of the compressed air with exhaust gas and regeneration gas supply lines as a raw material, equipped with a line for supplying oxidation products to the combustion chamber on which the reformer is located, and a branch for supplying the third part of the compressed air is located on the supply line of compressed air air into pneumatic drives of devices for supplying process flows.