RU2816114C1 - Method of producing low-carbon hydrogen and electric energy - Google Patents
Method of producing low-carbon hydrogen and electric energy Download PDFInfo
- Publication number
- RU2816114C1 RU2816114C1 RU2023108601A RU2023108601A RU2816114C1 RU 2816114 C1 RU2816114 C1 RU 2816114C1 RU 2023108601 A RU2023108601 A RU 2023108601A RU 2023108601 A RU2023108601 A RU 2023108601A RU 2816114 C1 RU2816114 C1 RU 2816114C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen
- gas
- conversion
- carbon dioxide
- containing gas
- Prior art date
Links
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 73
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 72
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 60
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 20
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title abstract description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 106
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 74
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 59
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 51
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 37
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 37
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 30
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 26
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 16
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 16
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims abstract description 14
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims abstract description 11
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 9
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 7
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 claims description 7
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 9
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 8
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 5
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 5
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 1
- 239000008236 heating water Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для производства низкоуглеродного водорода из водородсодержащего газа и производства электрической энергии на собственные нужды или для отпуска внешнему потребителю.The invention relates to the oil and gas industry and can be used for the production of low-carbon hydrogen from hydrogen-containing gas and the production of electrical energy for one’s own needs or for supply to external consumers.
Известен метод разделения водородсодержащего газа (JP № 2009001452, публ. 08.01.2009 г., МПК C01B 3/56, B01D 53/22), включающий мембранные аппараты для отделения водорода от части водородсодержащего газа, содержащий конверсионный и синтез-газ. Водородсодержащий газ пропускают через средство регулирования давления газа, компримируют компрессором и объединяют с другим потоком водородсодержащего газа. При подаче объединенного водородсодержащего газа в мембранный аппарат для сепарации водорода температуру объединенного водородсодержащего газа регулируют терморегулятором.A known method for separating hydrogen-containing gas (JP No. 2009001452, published 01/08/2009, IPC C01B 3/56, B01D 53/22), including membrane devices for separating hydrogen from part of the hydrogen-containing gas, containing conversion and synthesis gas. The hydrogen-containing gas is passed through the gas pressure control means, compressed by a compressor and combined with another stream of hydrogen-containing gas. When supplying the combined hydrogen-containing gas to the membrane apparatus for hydrogen separation, the temperature of the combined hydrogen-containing gas is controlled by a thermostat.
Основным недостатком известного метода является применение мембранного аппарата для выделения водорода и отсутствие улавливания диоксида углерода. Выделение водорода с помощью мембранного аппарата строго регламентирует состав, температуру и давление входного сырьевого газа, что усложняет и ограничивает технологические процессы перед мембранным аппаратом. Отсутствие улавливания диоксида углерода не позволяет производить низкоуглеродную продукцию.The main disadvantage of the known method is the use of a membrane apparatus for hydrogen separation and the lack of carbon dioxide capture. The release of hydrogen using a membrane apparatus strictly regulates the composition, temperature and pressure of the input raw gas, which complicates and limits the technological processes in front of the membrane apparatus. The lack of carbon dioxide capture does not allow for low carbon production.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ получения водорода (патент JP № 2004299995, публ. 28.10.2004 г., МПК C01B 3/38, B01D 53/04, C01B 3/56), заключающийся в том, что водород производят путем паровой конверсии газообразного углеводородного сырья с водяным паром при высокой температуре с дальнейшим выделением водорода из водородсодержащего газа и получением газообразного водорода высокой чистоты, и использованием сдувочного газа в установке конверсии метана в качестве топливного газа для конверсии метана.The closest in technical essence to the proposed invention is a method for producing hydrogen (patent JP No. 2004299995, published 10.28.2004, IPC C01B 3/38, B01D 53/04, C01B 3/56), which consists in producing hydrogen by steam reforming of gaseous hydrocarbon feedstock with water vapor at high temperature with further separation of hydrogen from hydrogen-containing gas and obtaining high-purity hydrogen gas, and using purge gas in the methane conversion unit as fuel gas for methane conversion.
Основным недостатком способа получения водорода является отсутствие улавливания диоксида углерода и низкая эффективность процесса. Отсутствие улавливания диоксида углерода не позволяет производить низкоуглеродную продукцию. Низкая эффективность процесса связана с существенными затратами топливного газа для подвода теплоты к реактору конверсии углеводородного сырья.The main disadvantage of the method for producing hydrogen is the lack of carbon dioxide capture and the low efficiency of the process. The lack of carbon dioxide capture does not allow for low carbon production. The low efficiency of the process is associated with significant costs of fuel gas to supply heat to the hydrocarbon conversion reactor.
Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является производство низкоуглеродного водорода из водородсодержащего газа конверсионным способом при дополнительном производстве электрической энергии и при утилизации тепловых потоков.The technical problem solved by the proposed invention is the production of low-carbon hydrogen from hydrogen-containing gas by a conversion method with additional production of electrical energy and utilization of heat flows.
Технический результат состоит в организации совместного производства водорода, диоксида углерода и электрической энергии, снижении углеродного следа производимой продукции и повышении энергоэффективности процесса.The technical result consists in organizing the joint production of hydrogen, carbon dioxide and electrical energy, reducing the carbon footprint of manufactured products and increasing the energy efficiency of the process.
Это достигается тем, что в способе производства водорода, включающем конверсию газообразного углеводородного сырья, паровую конверсию водяного газа и дальнейшее выделение водорода из водородсодержащего газа с получением газообразного водорода высокой чистоты с использованием сдувочного газа в качестве топливного газа для проведения конверсии газообразного углеводородного сырья, в качестве газообразного углеводородного сырья используют водородсодержащий газ с содержанием 75-90 об. % Н2, конверсию водородсодержащего газа проводят при температуре 800-1400 оС с водяным паром, с кислородом и диоксидом углерода в реакторе высокотемпературной конверсии, осуществляя паровую конверсию, парциальное окисление и углекислотную конверсию, при этом избыточную тепловую энергию потоков после конверсии водородсодержащего газа в виде водяного пара используют для получения электрической энергии в паровой турбине энергетической установки, полученную электрическую энергию используют для собственных нужд и подачи потребителям, а отработанный в паровой турбине энергетической установки водяной пар направляют в конденсатор и смешивают с питательной водой в смесителе, а после выделения водорода высокой чистоты выделяют диоксид углерода, который направляют в установку производства диоксида углерода товарного качества или в смеситель синтез-газа, кислорода и диоксида углерода в качестве окислителя.This is achieved by the fact that in a method for producing hydrogen, including the conversion of gaseous hydrocarbon feedstock, steam reforming of water gas and further separation of hydrogen from hydrogen-containing gas to produce high-purity hydrogen gas using purge gas as a fuel gas for the conversion of gaseous hydrocarbon feedstock, as gaseous hydrocarbon raw materials use hydrogen-containing gas with a content of 75-90 vol. % H2 , the conversion of hydrogen-containing gas is carried out at a temperature of 800-1400 o C with water steam, with oxygen and carbon dioxide in a high-temperature conversion reactor, carrying out steam conversion, partial oxidation and carbon dioxide conversion, with the excess thermal energy of the flows after the conversion of hydrogen-containing gas into in the form of water vapor is used to generate electrical energy in a steam turbine of a power plant, the resulting electrical energy is used for its own needs and supplied to consumers, and the water vapor exhausted in the steam turbine of a power plant is sent to a condenser and mixed with feed water in a mixer, and after hydrogen is released, a high purities produce carbon dioxide, which is sent to a commercial quality carbon dioxide production plant or to a mixer of synthesis gas, oxygen and carbon dioxide as an oxidizer.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором изображена установка, реализующая способ производства низкоуглеродного водорода из водородсодержащего газа конверсионным способом при дополнительном производстве электрической энергии.The essence of the proposed invention is illustrated by a drawing that shows an installation that implements a method for producing low-carbon hydrogen from hydrogen-containing gas by a conversion method with additional production of electrical energy.
Схема содержит источник водородсодержащего газа 1, выход которого последовательно соединен с входом смесителя водородсодержащего газа и нагретого водяного пара 2, входом теплообменника подогрева парогазовой смеси 3 и входом реактора предриформинга 4. Выход теплообменника подогрева парогазовой смеси 3 выполнен с возможностью отвода дымовых газов в атмосферу. Выход реактора предриформинга 4 соединен с одним из входов смесителя синтез-газа, кислорода и диоксида углерода 5, другой вход которого выполнен с возможностью подачи кислорода. Выход смесителя синтез-газа, кислорода и диоксида углерода 5 соединен с входом реактора высокотемпературной конверсии 6, другой вход которого выполнен с возможностью подачи воздуха, а еще один вход соединен с выходом смесителя топливного газа и водородсодержащего газа 7. Вход смесителя топливного газа и водородсодержащего газа 7 выполнен с возможностью подачи топливного газа, а другой вход соединен с выходом источника водородсодержащего газа 1. Выходы реактора высокотемпературной конверсии 6 соединены с входом пароперегревателя 8 и входом котла-утилизатора 9. Выход пароперегревателя 8 соединен с другим входом котла-утилизатора 9 и другим входом теплообменника подогрева парогазовой смеси 3. Вход пароперегревателя 8 соединен с выходом барабан-сепаратора 10, а выход соединен со смесителем водородсодержащего газа и нагретого водяного пара 2. Выход котла-утилизатора 9 соединен с другим входом барабана-сепаратора 10, выход которого соединен с другим входом котла-утилизатора 9. Другой выход котла-утилизатора 9 соединен с входом первой ступени реактора паровой конверсии водяного газа 11. Еще один выход котла-утилизатора 9 выполнен с возможностью отвода дымовых газов в атмосферу. Выход первой ступени реактора конверсии водяного газа 11 соединен с входом теплообменника охлаждения синтез-газа первой ступени реактора конверсии водяного газа 12. Выход теплообменника охлаждения синтез-газа первой ступени реактора конверсии водяного газа 12 соединен с входом второй ступени реактора конверсии водяного газа 13. Другой выход второй ступени реактора конверсии водяного газа 13 соединен с входом теплообменника охлаждения синтез-газа второй ступени реактора конверсии водяного газа 14. Другой выход теплообменника охлаждения синтез-газа второй ступени реактора конверсии водяного газа 14 последовательно соединен с входом фазового сепаратора конденсата 15, входом установки выделения водорода методом короткоцикловой адсорбции (далее КЦА) 16 и входом установки производства диоксида углерода товарного качества 17. Фазовый сепаратор конденсата 15 выполнен с возможностью отведения конденсата. Установка выделения водорода методом КЦА 16 выполнена с возможностью отведения сдувочного газа и водорода. Установка производства диоксида углерода товарного качества 17 выполнена с возможностью отведения товарного диоксида углерода. Выход установки выделения водорода методом КЦА 16 соединен с еще одним входом смесителя синтез-газа, кислорода и диоксида углерода 5. Другой вход теплообменника охлаждения синтез-газа второй ступени реактора конверсии водяного газа 14 выполнен с возможностью подачи на него питательной воды, а другой выход соединен с другим входом второй ступени реактора конверсии водяного газа 13, соединен с другим входом первой ступени реактора конверсии водяного газа 12 и соединен с другим входом первой ступени реактора конверсии водяного газа 11 и соединен с входом смесителя питательной и циркуляционной воды 18. Выход пароперегревателя 8 также соединен с входом энергетической установки для производства электрической энергии 19, входом конденсатора 20 и соединен с входом смесителя питательной и циркуляционной воды 18, выход которого соединен с входом котла-утилизатора 9.The circuit contains a source of hydrogen-containing gas 1, the output of which is connected in series to the input of the mixer of hydrogen-containing gas and heated water vapor 2, the input of the heat exchanger for heating the vapor-gas mixture 3 and the input of the pre-reforming reactor 4. The output of the heat exchanger for heating the vapor-gas mixture 3 is designed to discharge flue gases into the atmosphere. The output of the pre-reforming reactor 4 is connected to one of the inputs of the synthesis gas, oxygen and carbon dioxide mixer 5, the other input of which is configured to supply oxygen. The output of the mixer of synthesis gas, oxygen and carbon dioxide 5 is connected to the input of the high-temperature conversion reactor 6, another input of which is configured to supply air, and another input is connected to the output of the mixer of fuel gas and hydrogen-containing gas 7. Input of the mixer of fuel gas and hydrogen-containing gas 7 is configured to supply fuel gas, and the other input is connected to the output of the source of hydrogen-containing gas 1. The outputs of the high-temperature conversion reactor 6 are connected to the input of the superheater 8 and the input of the waste heat boiler 9. The output of the superheater 8 is connected to another input of the waste heat boiler 9 and another input heat exchanger for heating the vapor-gas mixture 3. The input of the superheater 8 is connected to the output of the drum-separator 10, and the output is connected to a mixer of hydrogen-containing gas and heated water steam 2. The output of the waste heat boiler 9 is connected to another input of the drum-separator 10, the output of which is connected to another input recovery boiler 9. Another output of the recovery boiler 9 is connected to the input of the first stage of the water gas steam reforming reactor 11. Another output of the recovery boiler 9 is configured to discharge flue gases into the atmosphere. The output of the first stage of the water gas shift reactor 11 is connected to the input of the synthesis gas cooling heat exchanger of the first stage of the water gas shift reactor 12. The output of the synthesis gas cooling heat exchanger of the first stage of the water gas shift reactor 12 is connected to the input of the second stage of the water gas shift reactor 13. Another output the second stage of the water gas conversion reactor 13 is connected to the input of the synthesis gas cooling heat exchanger of the second stage of the water gas conversion reactor 14. The other output of the synthesis gas cooling heat exchanger of the second stage of the water gas conversion reactor 14 is connected in series to the input of the condensate phase separator 15, the input of the hydrogen separation unit by the method of short-cycle adsorption (hereinafter referred to as PSA) 16 and the input of the plant for the production of commercial quality carbon dioxide 17. The phase separator of the condensate 15 is configured to remove the condensate. The installation for hydrogen separation using the PSA 16 method is designed with the ability to remove purge gas and hydrogen. The installation for the production of commercial quality carbon dioxide 17 is configured to remove commercial carbon dioxide. The output of the hydrogen separation unit using the PSA method 16 is connected to another input of the synthesis gas, oxygen and carbon dioxide mixer 5. Another input of the synthesis gas cooling heat exchanger of the second stage of the water gas conversion reactor 14 is configured to supply feed water to it, and the other output is connected with another input of the second stage of the water gas conversion reactor 13, connected to another input of the first stage of the water gas conversion reactor 12 and connected to another input of the first stage of the water gas conversion reactor 11 and connected to the input of the feed and circulation water mixer 18. The output of the superheater 8 is also connected with the input of the power plant for the production of electrical energy 19, the input of the condenser 20 and is connected to the input of the feed and circulation water mixer 18, the output of which is connected to the input of the waste heat boiler 9.
Установка для производства электрической энергии 19 с выполнена с возможностью отпуска произведенной электрической энергии потребителям.The installation for the production of electrical energy 19 s is configured to supply the produced electrical energy to consumers.
Предлагаемый способ производства низкоуглеродного водорода из водородсодержащего газа конверсионными способами при дополнительном производстве электрической энергии работает следующим образом.The proposed method for producing low-carbon hydrogen from hydrogen-containing gas by conversion methods with additional production of electrical energy works as follows.
Из источника водородсодержащего газа 1 водородсодержащий газ (состав 75-90 об. % Н2, 0,1-12 об. % CnHm, где )) направляют в смеситель водородсодержащего газа и нагретого водяного пара 2, нагревают в теплообменнике подогрева парогазовой смеси 3 и направляют в реактор предриформинга 4, который требуется для паровой конверсии более тяжелых углеводородов по реакции (1) (для 2 ≤ n ≤5) с последующими реакциями конверсии водяного газа (2) и реакции метанирования (3):From a source of hydrogen-containing gas 1 hydrogen-containing gas (composition 75-90 vol.% H 2 , 0.1-12 vol.% C n H m , where )) are sent to a mixer of hydrogen-containing gas and heated water steam 2, heated in a heat exchanger for heating the steam-gas mixture 3 and sent to the pre-reforming reactor 4, which is required for the steam conversion of heavier hydrocarbons according to reaction (1) (for 2 ≤ n ≤5) with subsequent by water gas shift reactions (2) and methanation reactions (3):
(1) (1)
(2) (2)
(3) (3)
Теплофизические параметры в реакторе предриформинга 4 составляют 400-550 °С, 2,0-2,4 МПа, которые зависят в первую очередь от компонентного состава водородсодержащего газа. В результате предриформинга более тяжелые углеводороды конвертируются в метан, водород и монооксид углерода.Thermophysical parameters in pre-reforming reactor 4 are 400-550 °C, 2.0-2.4 MPa, which depend primarily on the component composition of the hydrogen-containing gas. As a result of pre-reforming, heavier hydrocarbons are converted into methane, hydrogen and carbon monoxide.
Синтез-газ после реактора предриформинга 4 направляют в смеситель синтез-газа, кислорода и диоксида углерода после предриформинга 5, а затем – в реактор высокотемпературной конверсии 6. В реакторе высокотемпературной конверсии 6 возможно проведение паровой конверсии (4), парциального окисления (5) и углекислотной конверсии (6):Synthesis gas after pre-reforming reactor 4 is sent to a mixer of synthesis gas, oxygen and carbon dioxide after pre-reforming 5, and then to high-temperature conversion reactor 6. In high-temperature conversion reactor 6 it is possible to carry out steam reforming (4), partial oxidation (5) and carbon dioxide conversion (6):
(4) (4)
(5) (5)
(6) (6)
Выбор способа конверсии зависит от наличия и количества энергоносителей на объекте размещения, а также от целевого продукта, который производится на объекте. Паровую конверсию газообразного углеводородного сырья целесообразно проводить, когда целевым продуктом является водород или синтез-газ с высоким соотношением H2/CO, а на объекте имеется вода или водяной пар. Парциальное окисление газообразного углеводородного сырья стоит организовать в случае локальной доступности кислорода качеством не ниже технического, а в качестве целевого продукта производится водород и синтез-газ с соотношением H2/CO менее 2. Углекислотную конверсию газообразного углеводородного сырья проводят при доступности диоксида углерода вблизи установки, а в качестве целевого продукта рассматривается синтез газ определенного с эквимолярным соотношением H2/CO.The choice of conversion method depends on the availability and quantity of energy carriers at the site, as well as on the target product that is produced at the site. It is advisable to carry out steam reforming of gaseous hydrocarbon feedstock when the target product is hydrogen or synthesis gas with a high H 2 /CO ratio, and there is water or steam at the facility. Partial oxidation of gaseous hydrocarbon raw materials should be organized in the case of local availability of oxygen of a quality not lower than technical, and hydrogen and synthesis gas with an H 2 /CO ratio of less than 2 are produced as the target product. Carbon dioxide conversion of gaseous hydrocarbon raw materials is carried out when carbon dioxide is available near the installation, and the synthesis gas with an equimolar ratio of H 2 /CO is considered as the target product.
В зависимости от вида конверсии температура процесса будет составлять 800-1400 °С при давлении 2-4 МПа. Сжиганием топливной смеси, полученной в смесителе топливного газа и водородсодержащего газа 7, достигают требуемой температуры процесса. Дымовые газы из высокотемпературного реактора 6 направляют в пароперегреватель 8, а затем направляют в теплообменник подогрева парогазовой смеси 3 и в котел-утилизатор 9, после которых охлажденные дымовые газы сбрасываются в атмосферу.Depending on the type of conversion, the process temperature will be 800-1400 °C at a pressure of 2-4 MPa. By burning the fuel mixture obtained in the mixer of fuel gas and hydrogen-containing gas 7, the required process temperature is reached. Flue gases from the high-temperature reactor 6 are sent to the superheater 8, and then sent to the heat exchanger for heating the steam-gas mixture 3 and to the waste heat boiler 9, after which the cooled flue gases are discharged into the atmosphere.
Синтез-газ и дымовые газы после реактора высокотемпературной конверсии 6, направляют в змеевики котла-утилизатора 9 для получения парогазовой смеси, которая поступает в барабан-сепаратор 10. В котле-утилизаторе 9 происходит утилизация тепловой энергии потоков дымового газа и синтез-газа, на нагрев водяного пара, температура которого доходит до 400 °С. Охлажденный синтез-газ до температуры 250 - 400 °С направляют в первую ступень реактора паровой конверсии водяного газа 11, в котором происходит реакция (2).Synthesis gas and flue gases after the high-temperature conversion reactor 6 are sent to the coils of the waste heat boiler 9 to obtain a vapor-gas mixture, which enters the separator drum 10. In the waste heat boiler 9, the thermal energy of the flue gas and synthesis gas flows is recovered, heating water vapor, the temperature of which reaches 400 °C. Cooled synthesis gas to a temperature of 250 - 400 °C is sent to the first stage of the water gas steam reforming reactor 11, in which reaction (2) occurs.
После реактора 11 синтез-газ направляют в теплообменник охлаждения синтез-газа первой ступени реактора конверсии водяного газа 12 до 200-250 °С, а затем направляют во вторую ступень реактора конверсии водяного газа 13 для увеличения доли водорода в синтез-газе, после чего направляют в теплообменник охлаждения синтез-газа второй ступени реактора конверсии водяного газа 14, в котором производится охлаждение газа до 40-80 °С.After reactor 11, the synthesis gas is sent to the synthesis gas cooling heat exchanger of the first stage of the water gas conversion reactor 12 to 200-250 °C, and then sent to the second stage of the water gas conversion reactor 13 to increase the proportion of hydrogen in the synthesis gas, after which it is sent into the synthesis gas cooling heat exchanger of the second stage of the water gas conversion reactor 14, in which the gas is cooled to 40-80 °C.
После охлаждения синтез-газ осушают в фазовом сепараторе конденсата 15 и направляют в установку выделения водорода методом КЦА 16 для выделения водорода товарного качества. В результате выделяют потоки водорода товарного качества, сдувочного газа и диоксида углерода. Сдувочный газ может использоваться в качестве топливного газа. Диоксид углерода направляют в установку производства диоксида углерода товарного качества 17 или в смеситель синтез-газа, кислорода и диоксида углерода 5 в качестве окислителя для осуществления реакции (6), которая протекает в реакторе высокотемпературной конверсии 6.After cooling, the synthesis gas is dried in a condensate phase separator 15 and sent to a hydrogen separation unit using the PSA method 16 to separate hydrogen of commercial quality. As a result, streams of commercial quality hydrogen, purge gas and carbon dioxide are released. The purge gas can be used as fuel gas. Carbon dioxide is sent to a commercial quality carbon dioxide production unit 17 or to a synthesis gas-oxygen-carbon dioxide mixer 5 as an oxidizer to carry out reaction (6), which takes place in a high-temperature conversion reactor 6.
Подготовленную питательную воду, используемую в качестве сырья, направляют для нагрева в теплообменник охлаждения синтез-газа второй ступени паровой конверсии водяного газа 14, затем во вторую ступень реактора конверсии водяного газа 13, затем в теплообменник охлаждения синтез-газа первой ступени реактора конверсии водяного газа 12 и после первой ступени реактора конверсии водяного газа 11 смешивают с циркуляционной водой в смесителе 18.The prepared feed water used as a raw material is sent for heating to the synthesis gas cooling heat exchanger of the second stage of the water gas conversion reactor 14, then to the second stage of the water gas conversion reactor 13, then to the synthesis gas cooling heat exchanger of the first stage of the water gas conversion reactor 12 and after the first stage of the water gas conversion reactor 11 is mixed with circulating water in the mixer 18.
После утилизации теплоты потоков синтез-газа и дымовых газов в котле-утилизаторе 9, водяной пар направляют в барабан-сепаратор 10, в котором происходит разделение жидкой и газообразной фазы. Жидкую фазу воды возвращают обратно в котел-утилизатора 9, а водяной пар через пароперегреватель 8 направляют в смеситель синтез-газа, кислорода и диоксида углерода после предриформинга 5 и в энергетическую установку для производства электрической энергии 19. Энергетическая установка состоит из паровой турбины, вспомогательного технологического оборудования и генераторного блока для отпуска электрической энергии на собственные нужды и в общую электрическую сеть. Водяной пар в энергетической установке используется в качестве рабочего тела для паровой турбины, отработав которую его затем направляют в конденсатор 20 для полной конденсации и смешивают с питательной водой в смесителе 18.After recycling the heat of the synthesis gas flows and flue gases in the waste heat boiler 9, water vapor is sent to the separator drum 10, in which the liquid and gaseous phases are separated. The liquid phase of water is returned back to the waste heat boiler 9, and water vapor is sent through a superheater 8 to a mixer of synthesis gas, oxygen and carbon dioxide after pre-reforming 5 and to a power plant for the production of electrical energy 19. The power plant consists of a steam turbine, an auxiliary process equipment and a generating unit for supplying electrical energy for own needs and into the general electrical network. Water vapor in the power plant is used as a working fluid for a steam turbine, after which it is exhausted and then sent to condenser 20 for complete condensation and mixed with feed water in mixer 18.
Использование изобретения позволяет организовать эффективное производство низкоуглеродного водорода, снизить выбросы диоксида углерода в атмосферу, а также извлекать дополнительную экономическую выгоду от реализации электрической энергии и диоксида углерода товарного качества.The use of the invention makes it possible to organize the efficient production of low-carbon hydrogen, reduce carbon dioxide emissions into the atmosphere, and also extract additional economic benefits from the sale of electrical energy and commercial-quality carbon dioxide.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2816114C1 true RU2816114C1 (en) | 2024-03-26 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5714132A (en) * | 1993-09-07 | 1998-02-03 | The Boc Group, Inc. | Production of hydrogen and carbon monoxide from oxyfuel furnace off-gas |
| RU2379230C2 (en) * | 2008-04-08 | 2010-01-20 | Борис Тихонович Плаченов | Method of producing hydrogen through vapour-carbon dioxide conversion of natural gas |
| US8088185B2 (en) * | 2006-11-30 | 2012-01-03 | Shell Oil Company | System for producing hydrogen and carbon dioxide |
| RU2652191C1 (en) * | 2017-08-15 | 2018-04-25 | Андрей Владиславович Курочкин | Hydrogen plant (embodiments) |
| RU2791358C1 (en) * | 2022-04-29 | 2023-03-07 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно Исследовательский Проектный Институт нефти и газа "Петон" | Hydrogen production method |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5714132A (en) * | 1993-09-07 | 1998-02-03 | The Boc Group, Inc. | Production of hydrogen and carbon monoxide from oxyfuel furnace off-gas |
| US8088185B2 (en) * | 2006-11-30 | 2012-01-03 | Shell Oil Company | System for producing hydrogen and carbon dioxide |
| RU2379230C2 (en) * | 2008-04-08 | 2010-01-20 | Борис Тихонович Плаченов | Method of producing hydrogen through vapour-carbon dioxide conversion of natural gas |
| RU2652191C1 (en) * | 2017-08-15 | 2018-04-25 | Андрей Владиславович Курочкин | Hydrogen plant (embodiments) |
| RU2791358C1 (en) * | 2022-04-29 | 2023-03-07 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно Исследовательский Проектный Институт нефти и газа "Петон" | Hydrogen production method |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| САВЕЛКОВ М. А. и др. Анализ внедрения производства водорода в цикле производства энергии в среде Aspen Hysys, Энергетические системы и теплотехнологии: Сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции, Магнитогорск, 19 мая 2022 года, сс. 108-113. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2309275C2 (en) | Method of and device for combined generation of thermal and electric energy by gas turbine with afterburning chamber | |
| RU2213051C2 (en) | Method of generation of electric energy, water steam and carbon dioxide from hydrocarbon raw material | |
| RU2495914C2 (en) | Apparatus and methods of processing hydrogen and carbon monoxide | |
| US20230042457A1 (en) | Systems and methods for power production with integrated production of hydrogen | |
| RU2394754C1 (en) | Method of obtaining hydrogen from hydrocarbon material | |
| RU2759379C2 (en) | Method for ammonia synthesis characterized in low level of co2 emissions into atmosphere | |
| KR102292411B1 (en) | High-purity hydrogen production system through water gas conversion reaction during petroleum coke synthesis gasification process for hydrogen production | |
| RU2519940C2 (en) | Methanol synthesis method | |
| US20150119478A1 (en) | Gas-to-liquid technology | |
| EA027871B1 (en) | Process for producing ammonia and urea | |
| CN113165883A (en) | Process and reactor for converting carbon dioxide to carbon monoxide | |
| RU2648914C2 (en) | Method of hydrogen production and energy generation | |
| CN101993730B (en) | Multifunctional energy system based on appropriate conversion of chemical energy of fossil fuel | |
| RU2816114C1 (en) | Method of producing low-carbon hydrogen and electric energy | |
| RU2664526C2 (en) | Energy-saving unified method for generating synthesis gas from hydrocarbons | |
| JP2021521331A (en) | Methods for producing syngas for use in hydroformylation reactions | |
| RU2786069C1 (en) | Method for producing hydrogen from natural gas | |
| EP3966160A1 (en) | <sup2/>? <sub2/>?2?production of syngas using recycled covia combined dry and steam reforming of methane | |
| JPH04261130A (en) | Production of methanol utilizing nuclear heat | |
| AU2021286875B2 (en) | Method for the production of hydrogen | |
| AU2012301583B2 (en) | Integration of FT system and syn-gas generation | |
| RU2663167C2 (en) | Method of joint production of ammonia and methanol | |
| RU2674123C1 (en) | Installation for production of hydrogen | |
| RU2626291C2 (en) | Energy conversion method | |
| PL235858B1 (en) | Method for obtaining electrical energy from methane-containing gases |