RU2772204C1 - Газохимическая установка производства водорода с кислородным сжиганием топлива и улавливанием диоксида углерода - Google Patents
Газохимическая установка производства водорода с кислородным сжиганием топлива и улавливанием диоксида углерода Download PDFInfo
- Publication number
- RU2772204C1 RU2772204C1 RU2021124421A RU2021124421A RU2772204C1 RU 2772204 C1 RU2772204 C1 RU 2772204C1 RU 2021124421 A RU2021124421 A RU 2021124421A RU 2021124421 A RU2021124421 A RU 2021124421A RU 2772204 C1 RU2772204 C1 RU 2772204C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inlet
- outlet
- heat exchanger
- surface heat
- coolant
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims abstract description 60
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 37
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 22
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 22
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 21
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 32
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims description 14
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 5
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 abstract description 3
- 239000003348 petrochemical agent Substances 0.000 abstract description 3
- 231100000614 Poison Toxicity 0.000 abstract description 2
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 12
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 11
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 description 11
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 4
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 150000002169 ethanolamines Chemical class 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000000409 membrane extraction Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к области нефтегазохимии и может быть использовано при производстве водорода на органическом топливе с малыми выбросами токсичных веществ и парниковых газов. Газохимическая установка производства водорода с кислородным сжиганием топлива и улавливанием диоксида углерода содержит блок очистки природного газа 1, выход которого параллельно соединен с компрессором 2 и с первым входом камеры сгорания 7, первый 3, второй 10 и третий 13 поверхностные теплообменники с горячими и холодными контурами теплоносителя. Выход компрессора 2 соединен с входом холодного газового контура теплоносителя 5 первого поверхностного теплообменника 3, а его выход и выход холодного водяного контура теплоносителя 12 второго поверхностного теплообменника 10 параллельно соединены с входом парового риформера 6, первый выход которого последовательно соединен с горячим газовым контуром теплоносителя 4 первого поверхностного теплообменника 3, горячим газовым контуром теплоносителя 11 второго поверхностного теплообменника 10, охладителем 19, высокотемпературным реактором 20, конденсатором 21, адсорбером переменного давления 22, соединенным со вторым входом камеры сгорания 7. Газохимическая установка содержит также воздушный компрессор 9, насос 16, охладитель-сепаратор 17, соединенный с многоступенчатым компрессором с промежуточным охлаждением 18. При этом газохимическая установка снабжена производящей кислород воздухоразделительной установкой 8, вход которой соединен с воздушным компрессором 9, а выход соединен с третьим входом камеры сгорания 7. Выход охладителя-сепаратора 17 параллельно соединен с четвертым входом камеры сгорания 7. Изобретение позволяет повысить экологичность процесса производства водорода за счет снижения выбросов диоксида углерода, повышения его улавливания. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области нефтегазохимии и может быть использовано при производстве водорода на органическом топливе с малыми выбросами токсичных веществ и парниковых газов.
Известна установка газохимического производства водорода, раскрытая в патенте РФ №2729790, МПК С01В 3/32, опубл. 12.08.2020 и содержащая блок очистки природного газа от примесей, паровой риформер, блок аминовой очистки газа от СО2, блок мембранного извлечения СО, блок адсорбции переменного давления и блок сжижения водорода.
Недостатком данного технического решения является необходимость восполнения потерь абсорбента, поглощающего диоксид углерода, а также низкая степень улавливания углекислого газа.
Также известна установка для производства водорода с рециркуляцией непрореагировавшего метана, раскрытая в патенте РФ №2509720, МПК С01В 3/32, опубл. 20.03.2014 и содержащая паровой риформер, камеру сгорания, установку паровой конверсии, установку улавливания СО2 и адсорбционную установку.
Недостатком данного технического решения является необходимость восполнения потерь абсорбента, а также наличие выбросов углекислого газа вследствие неполноты их улавливания методом химической абсорбции.
Другой известной установкой является маломасштабная технологическая схема паровой конверсии метана (Feedstock Е. W. Equipment design and cost estimation for small modular biomass systems, synthesis gas cleanup, and oxygen separation equipment //Nat Renew Energy Lab. - 2006), содержащая водяной насос, паровой теплообменник, паровой риформер, камеру сгорания, дожимной компрессор природного газа, устройство очистки природного газа, теплообменник для нагрева природного газа, охладитель синтез-газа, высокотемпературный реактор, конденсатор, сепаратор и адсорбер переменного давления.
Недостатком данного технического решения является отсутствие улавливания выбросов углекислого газа при производстве водорода.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является газохимическая установка производства водорода с улавливанием углекислого газа с помощью химической абсорбции моноэтаноламинами (Tarun С. В. et al. Techno-economic study of CO2 capture from natural gas based hydrogen plants //International Journal of Greenhouse Gas Control. - 2007. - T. 1. - №. 1. - C. 55-61), содержащая блок очистки природного газа, компрессор, поверхностные теплообменники, паровой риформер, насос, охладитель-сепаратор, высокотемпературный реактор, адсорбер переменного давления, камеру сгорания, многоступенчатый компрессор, низкотемпературный реактор, воздушный компрессор и установку химической абсорбции.
Недостатком данного технического решения являются необходимость восполнения потерь абсорбента, поглощающего диоксид углерода, а также низкая степень улавливания углекислого газа.
Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в снижении выбросов диоксида углерода при производстве водорода.
Технический результат заключается в повышении экологичности процесса производства водорода.
Это достигается тем, что предлагаемая газохимическая установка производства водорода с кислородным сжиганием топлива и улавливанием диоксида углерода, содержащая блок очистки природного газа, выход которого параллельно соединен с первым входом камеры сгорания и с компрессором, первый поверхностный теплообменник, содержащий горячий газовый и холодный газовый контуры теплоносителя, второй и третий поверхностные теплообменники с собственными горячими газовыми и холодными водяными контурами теплоносителя, причем выход компрессора соединен с входом холодного газового контура теплоносителя первого поверхностного теплообменника, а его выход и выход холодного водяного контура теплоносителя второго поверхностного теплообменника параллельно соединены с входом парового риформера, первый выход которого последовательно соединен с горячим газовым контуром теплоносителя первого поверхностного теплообменника, горячим газовым контуром теплоносителя второго поверхностного теплообменника, охладителем, высокотемпературным реактором, конденсатором, адсорбером переменного давления, выход которого соединен со вторым входом камеры сгорания, выход которой соединен с другим входом парового риформера, второй выход которого последовательно соединен с горячим газовым контуром теплоносителя третьего поверхностного теплообменника, охладителем-сепаратором, многоступенчатым компрессором с промежуточным охлаждением, насос, выход которого соединен с входом холодного водяного контура теплоносителя третьего поверхностного теплообменника, выход которого соединен с входом холодного водяного контура теплоносителя второго поверхностного теплообменника, воздушный компрессор, согласно изобретению, снабжена производящей кислород воздухоразделительной установкой, вход которой соединен с воздушным компрессором, а выход соединен с третьим входом камеры сгорания, причем выход охладителя-сепаратора параллельно соединен с четвертым входом камеры сгорания.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена принципиальная схема газохимической установки производства водорода.
Газохимическая установка производства водорода с кислородным сжиганием топлива и улавливанием диоксида углерода содержит блок очистки природного газа 1, компрессор 2, первый поверхностный теплообменник 3, содержащий горячий газовый контур теплоносителя 4 и холодный газовый контур теплоносителя 5, паровой риформер 6, камеру сгорания 7, воздухоразделительную установку 8, воздушный компрессор 9, второй поверхностный теплообменник 10, содержащий горячий газовый контур теплоносителя 11 и холодный водяной контур теплоносителя 12, третий поверхностный теплообменник 13, содержащий холодный водяной контур теплоносителя 14 и горячий газовый контур теплоносителя 15, насос 16, охладитель-сепаратор 17, многоступенчатый компрессор с промежуточным охлаждением 18, охладитель 19, высокотемпературный реактор 20, конденсатор 21, адсорбер переменного давления 22.
Вход блока очистки природного газа 1 выполнен с возможностью подачи природного газа, первый выход соединен с первым входом камеры сгорания 7, а второй выход с компрессором 2, выход которого соединен с входом холодного газового контура теплоносителя 5 первого поверхностного теплообменника 3. Вход насоса 16 выполнен с возможностью подачи воды, а выход соединен с входом холодного водяного контура теплоносителя 14 третьего поверхностного теплообменника 13, выход которого соединен с входом холодного водяного контура теплоносителя 12 второго поверхностного теплообменника 10. Выход холодного газового контура теплоносителя 5 первого поверхностного теплообменника 3 и выход холодного водяного контура теплоносителя 12 второго поверхностного теплообменника 10 параллельно соединены с первым входом парового риформера 6, первый выход которого соединен с горячим газовым контуром теплоносителя 4 первого поверхностного теплообменника 3. Выход горячего газового контура теплоносителя 4 первого поверхностного теплообменника 3 соединен с входом горячего газового контура теплоносителя 11 второго поверхностного теплообменника 10. Выход горячего газового контура теплоносителя 11 второго поверхностного теплообменника 10 соединен с входом охладителя 19. Выход охладителя 19 соединен с входом высокотемпературного реактора 20, выход которого соединен с входом конденсатора 21. Выход конденсатора 21 соединен с входом адсорбера переменного давления 22, первый выход которого выполнен с возможностью отвода произведенного водорода. Второй выход адсорбера переменного давления 22 соединен со вторым входом камеры сгорания 7. Вход воздушного компрессора 9 выполнен с возможностью подачи воздуха, а выход соединен с входом воздухоразделительной установки 8, первый выход которой соединен с третьим входом камеры сгорания 7, а второй выход воздухоразделительной установки 8 выполнен с возможностью отвода азота. Выход камеры сгорания 7 соединен со вторым входом парового риформера 6, второй выход которого соединен с горячим газовым контуром теплоносителя 15 третьего поверхностного теплообменника 13. Выход горячего газового контура теплоносителя 15 третьего поверхностного теплообменника 13 соединен с охладителем-сепаратором 17, первый выход которого выполнен с возможностью отвода воды. Второй выход охладителя-сепаратора 17 параллельно соединен с многоступенчатым компрессором с промежуточным охлаждением 18 и четвертым входом в камеру сгорания 7.
Газохимическая установка производства водорода с кислородным сжиганием топлива и улавливанием диоксида углерода работает следующим образом.
На вход блока очистки природного газа 1 подается природный газ, часть которого затем направляется в камеру сгорания 7, а другая часть на вход компрессора 2, в котором после сжатия осуществляется нагрев в холодном газовом контуре теплоносителя 5 первого поверхностного теплообменника 3 за счет физической теплоты синтез-газа, который затем поступает в паровой риформер 6. Параллельно на вход насоса 16 поступает вода для нагнетания необходимого давления. Затем вода поступает в холодный водяной контур теплоносителя 14 третьего поверхностного теплообменника 13, в котором испаряется за счет утилизации теплоты уходящих газов парового риформера 6. Далее пар поступает в холодный контур теплоносителя 12 второго поверхностного теплообменника 10 в котором происходит перегрев пара за счет утилизации физической теплоты синтез-газа. После перегрева пар смешивается с потоком природного газа и поступает в паровой риформер 6, в котором за счет теплоты, выделившейся в камере сгорания 7, протекают химические реакции, в ходе которых происходит образование синтез-газа, состоящего в основном из угарного газа, водорода и углекислого газа. Затем синтез-газ проходит через горячий контур теплоносителя 4 первого поверхностного теплообменника 3 и горячий контур теплоносителя 11 второго поверхностного теплообменника 10 для охлаждения. Далее синтез-газ охлаждается в охладителе 19, после чего поступает в высокотемпературный реактор 20, где протекает реакция, в ходе которой образуются водород и угарный газ. Затем синтез-газ направляется в конденсатор 21 для удаления оставшихся водяных паров. В адсорбере переменного давления 22 осуществляется выделение водорода из газовой смеси, после чего оставшаяся часть синтез-газа подается в камеру сгорания 7 параллельно подаче природного газа. Воздух после сжатия в воздушном компрессоре 9 поступает в воздухоразделительную установку 8, где разделяется на кислород и азот. Азот отводится из цикла, в то время как кислород направляется в камеру сгорания 7, в которой осуществляется кислородное сжигание смеси природного газа и синтез-газа. Далее выхлопные газы после камеры сгорания 7 поступают в паровой риформер 6. Затем уходящие газы, проходя горячий газовый контур теплоносителя 15 третьего поверхностного теплообменника 13, отдают свою теплоту нагнетаемой воде. Далее газы направляются в охладитель-сепаратор 17 для охлаждения и удаления остатком водяных паров. Избыток углекислого газа, образовавшийся в результате сжигания синтез-газа и метана в кислороде удаляется с помощью многоступенчатого компрессора с промежуточным охлаждением 18. Оставшиеся газы снова направляются в камеру сгорания 7.
Результаты моделирования газохимической установки производства водорода с кислородным сжиганием топлива и улавливанием диоксида углерода показали, что по сравнению с прототипом улавливание углекислого газа повышается на 22,2% в связи с использованием кислородного сжигания топлива, которое позволяет удалять углекислый газ из основного потока с помощью охладителя-сепаратора и отправлять на захоронение, а также рециркуляции оставшейся части углекислого газа в камеру сгорания.
Использование изобретения позволяет повысить экологичность, избежать затраты энергии на процесс регенерации абсорбента и необходимость подачи реагентов в установку химической абсорбции за счет применения воздухоразделительной установки 8 и рециркуляции потока углекислого газа в камеру сгорания 7.
Claims (1)
- Газохимическая установка производства водорода с кислородным сжиганием топлива и улавливанием диоксида углерода, содержащая блок очистки природного газа, выход которого параллельно соединен с первым входом камеры сгорания и с компрессором, первый поверхностный теплообменник, содержащий горячий газовый и холодный газовый контуры теплоносителя, второй и третий поверхностные теплообменники с собственными горячими газовыми и холодными водяными контурами теплоносителя, причем выход компрессора соединен с входом холодного газового контура теплоносителя первого поверхностного теплообменника, а его выход и выход холодного водяного контура теплоносителя второго поверхностного теплообменника параллельно соединены с входом парового риформера, первый выход которого последовательно соединен с горячим газовым контуром теплоносителя первого поверхностного теплообменника, горячим газовым контуром теплоносителя второго поверхностного теплообменника, охладителем, высокотемпературным реактором, конденсатором, адсорбером переменного давления, выход которого соединен со вторым входом камеры сгорания, выход которой соединен с другим входом парового риформера, второй выход которого последовательно соединен с горячим газовым контуром теплоносителя третьего поверхностного теплообменника, охладителем-сепаратором, многоступенчатым компрессором с промежуточным охлаждением, насос, выход которого соединен с входом холодного водяного контура теплоносителя третьего поверхностного теплообменника, выход которого соединен с входом холодного водяного контура теплоносителя второго поверхностного теплообменника, воздушный компрессор, отличающаяся тем, что снабжена производящей кислород воздухоразделительной установкой, вход которой соединен с воздушным компрессором, а выход соединен с третьим входом камеры сгорания, причем выход охладителя-сепаратора параллельно соединен с четвертым входом камеры сгорания.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2772204C1 true RU2772204C1 (ru) | 2022-05-18 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2429051C2 (ru) * | 2009-02-27 | 2011-09-20 | Мицубиси Хеви Индастриз, Лтд. | Установка и способ для извлечения co2 |
| WO2013144892A1 (en) * | 2012-03-30 | 2013-10-03 | Alstom Technology Ltd | Method for carbon capture in a gas turbine based power plant with a carbon capture system |
| RU2509720C2 (ru) * | 2008-09-29 | 2014-03-20 | Ифп | Способ получения водорода с полным улавливанием co2 и рециклом непрореагировавшего метана |
| RU2516527C2 (ru) * | 2008-08-21 | 2014-05-20 | ДжиТиЭлПЕТРОЛ ЭлЭлСи | Системы и способы производства сверхчистого водорода при высоком давлении |
| RU2707293C2 (ru) * | 2014-11-12 | 2019-11-26 | Линде Акциенгезелльшафт | Способ и установка для получения одного или нескольких продуктов реакции |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2516527C2 (ru) * | 2008-08-21 | 2014-05-20 | ДжиТиЭлПЕТРОЛ ЭлЭлСи | Системы и способы производства сверхчистого водорода при высоком давлении |
| RU2509720C2 (ru) * | 2008-09-29 | 2014-03-20 | Ифп | Способ получения водорода с полным улавливанием co2 и рециклом непрореагировавшего метана |
| RU2429051C2 (ru) * | 2009-02-27 | 2011-09-20 | Мицубиси Хеви Индастриз, Лтд. | Установка и способ для извлечения co2 |
| WO2013144892A1 (en) * | 2012-03-30 | 2013-10-03 | Alstom Technology Ltd | Method for carbon capture in a gas turbine based power plant with a carbon capture system |
| RU2707293C2 (ru) * | 2014-11-12 | 2019-11-26 | Линде Акциенгезелльшафт | Способ и установка для получения одного или нескольких продуктов реакции |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| TARUN С. В. et al., Techno-economic study of CO2 capture from natural gas based hydrogen plants, International Journal of Greenhouse Gas Control, 2007, v. 1, N 1, pp. 55-61. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2011322820B2 (en) | Heat integration in CO2 capture | |
| RU2467187C2 (ru) | Способ работы газотурбинной установки | |
| RU2394754C1 (ru) | Способ получения водорода из углеводородного сырья | |
| RU2561755C2 (ru) | Способ работы и устройство газотурбинной установки | |
| JP2004530097A (ja) | Ｃｏ２放出の少い発電機及び関連方法 | |
| EA029523B1 (ru) | Интегрированная система производства энергии и снижения выбросов co | |
| JPH0472045B2 (ru) | ||
| US20110107737A1 (en) | Gasification Power Generation System Provided with Carbon Dioxide Separation and Recovery Device | |
| RU2546900C2 (ru) | Система и способ охлаждения с улавливанием углерода | |
| RU2273741C1 (ru) | Газопаровая установка | |
| RU2121588C1 (ru) | Способ производства энергии | |
| RU2624690C1 (ru) | Газотурбинная установка и способ функционирования газотурбинной установки | |
| RU2772204C1 (ru) | Газохимическая установка производства водорода с кислородным сжиганием топлива и улавливанием диоксида углерода | |
| RU2010111755A (ru) | Способ эксплуатации энергетической установки с интегрированной газификацией, а также энергетическая установка | |
| RU2009148393A (ru) | Способ производства азотной кислоты (варианты) и агрегат для производства азотной кислоты | |
| RU2693777C1 (ru) | Энергохимическая установка для получения синтез-газа, электрической и тепловой энергии | |
| JPS58150030A (ja) | 機械的動力の発生方法 | |
| RU2587736C1 (ru) | Установка для утилизации низконапорного природного и попутного нефтяного газов и способ её применения | |
| RU2453525C1 (ru) | Способ получения метанола из природного газа и установка для его осуществления | |
| Cicconardi et al. | CPH systems for cogeneration of power and hydrogen from coal | |
| RU2784219C1 (ru) | Установка производства аммиака с кислородным сжиганием топлива и улавливанием диоксида углерода | |
| RU2272915C1 (ru) | Способ работы газопаровой установки | |
| RU2814174C1 (ru) | Кислородно-топливная энергоустановка для совместного производства электроэнергии и водорода | |
| Li et al. | A novel process for the simultaneous production of methanol, oxygen, and electricity using a PEM electrolyzer and agricultural-based landfill gas-fed oxyfuel combustion power plant | |
| RU2626291C2 (ru) | Способ преобразования энергии |