RU2816702C1 - Технологический экспериментально-демонстрационный комплекс для развития технологий производства водорода из природного газа - Google Patents

Технологический экспериментально-демонстрационный комплекс для развития технологий производства водорода из природного газа Download PDF

Info

Publication number
RU2816702C1
RU2816702C1 RU2023126287A RU2023126287A RU2816702C1 RU 2816702 C1 RU2816702 C1 RU 2816702C1 RU 2023126287 A RU2023126287 A RU 2023126287A RU 2023126287 A RU2023126287 A RU 2023126287A RU 2816702 C1 RU2816702 C1 RU 2816702C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hydrogen
unit
natural gas
water
experimental
Prior art date
Application number
RU2023126287A
Other languages
English (en)
Inventor
Павел Николаевич Григорьев
Дмитрий Сергеевич Лугвищук
Денис Дмитриевич Голдобин
Станислав Алексеевич Грицюта
Кирилл Андреевич Джусь
Андрей Михайлович Михайлов
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Газпром"
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "Газпром" filed Critical Публичное акционерное общество "Газпром"
Application granted granted Critical
Publication of RU2816702C1 publication Critical patent/RU2816702C1/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение относится к газовой промышленности и может быть использовано для отработки и развития технологий и технологических установок производства водорода из природного газа с ограниченными выбросами углекислого газа. Технологический экспериментально-демонстрационный комплекс для развития технологий производства водорода из природного газа включает блок подготовки исходного сырья, блок пиролиза природного газа, блок подготовки воды, блок очистки и осушки водородсодержащего газа, блок улавливания твердого углеродного материала, блок выделения водорода, блок компримирования водорода, блок готовых продуктов и блок отбора проб водорода или водородсодержащего газа. Блок подготовки исходного сырья состоит из модульных кассетных блоков, нагревателя природного газа, реактора сероочистки, а также регуляторов и измерителей массового расхода сырьевых газов с сопутствующим периферийным оборудованием и датчиками измерения давления и температуры. Блок пиролиза природного газа состоит из экспериментальных установок по производству водорода из природного газа. Блок подготовки воды состоит из емкости с дистиллированной водой, емкости хладагента, двух холодильников, двух циркуляционных насосов, дозировочного насоса и дистиллятора или деминерализатора воды. Блок очистки и осушки водородсодержащего газа состоит из сепаратора циклонного мокрого типа скруббер Вентури, сепаратора воды и водородсодержащего газа, водного сепаратора, емкости для сбора, осушки и хранения твердого углеродного материала. Блок компримирования водорода состоит из водородного компрессора и его периферийного оборудования, такого как ресивер, антипомпажные линии, блок готовых продуктов состоит из емкости для сбора твердого углеродного материала и емкости баллонного типа для газообразного водорода. Технологический комплекс также включает в себя технологические свечные линии, оснащенные эжекторами и воздуходувками для дожига неиспользуемых продуктов и отходящих газов, образующихся в процессе функционирования установок. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности испытания и отработки экспериментальных и опытных установок производства водорода и/или ВСГ с последующим подтверждением заявленных параметров. 1 ил.

Description

Изобретение относится к газовой промышленности и может быть использовано для отработки и развития технологий и технологических установок производства водорода из природного газа с ограниченными выбросами углекислого газа.
Водород имеет важную роль в развитии низкоуглеродной энергетики и достижении целей углеродной нейтральности. Согласно существующим и разрабатываемым энергетическим стратегиям к 2050 году его доля в мировом энергобалансе составит 18%. Для покрытия возникающего спроса в водороде необходима отработка существующих и перспективных технологий производства водорода из природного газа и доведения их до уровня промышленного внедрения. Перспективной технологий производства водорода является пиролиз метана - процесс термического разложения метана на водород и углерод при воздействии высокой температуры при ограниченном доступе кислорода.
Известна установка для производства технического (термического) углерода из газообразного углеводородного сырья, содержащая реактор, устройство для испарительного охлаждения, фильтр, бункер, двухступенчатый эжекторный скруббер, теплообменник, воздухонагреватель, эжекторный скруббер, газодувку, вентиляторы. Сажегазовая смесь и дымовые газы выводятся из реактора раздельно. Пиролизный газ и теплодымовые газы утилизируются. Повышается энергоэффективность установки, снижаются затраты углеводородного сырья, топлива и электроэнергии при производстве технического углерода. (RU 2652237 С1, «Установка для производства технического (термического) углерода из газообразного углеводородного сырья», патентнообладатель - Долотовский Игорь Владимирович (RU), опубл. 25.04.2018)
Недостатком данной установки является отсутствие получения водородного топлива товарного качества с высокой добавочной стоимостью из-за сжигания первой части пиролизного газа на горелках реактора, второй части в качестве газа обратной продувки.
Технической задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является разработка технологического экспериментально-демонстрационного комплекса для дальнейшего развития технологий производства водорода из природного газа.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное техническое решение, является повышение эффективности испытания и отработки экспериментальных и опытных установок производства водорода и/или ВСГ с последующим подтверждением заявленных параметров.
Для решения поставленной выше задачи разработан технологический экспериментально-демонстрационный комплекс (далее - комплекс) для развития технологий производства водорода из природного газа, а именно технологический комплекс по отработке, развитию, испытанию и подтверждению на заявленные параметры технологий и технологических установок производства водорода и/или водородсодержащего газа (ВСГ) из природного газа с ограниченными выбросами углекислого газа.
Указанный выше технический результат достигается за счет разработки технологического экспериментально-демонстрационного комплекса для развития технологий производства водорода из природного газа, в состав которого входят блок подготовки исходного сырья, блок пиролиза природного газа, блок подготовки воды, блок очистки и осушки водородсодержащего газа, блок улавливания твердого углеродного материала, блок выделения водорода, блок компримирования водорода, блок готовых продуктов и блок отбора проб водорода или водородсодержащего газа, при этом блок подготовки исходного сырья состоит из модульных кассетных блоков, нагревателя природного газа, реактора сероочистки, а также регуляторов и измерителей массового расхода сырьевых газов с сопутствующим периферийным оборудованием и датчиками измерения давления и температуры, блок пиролиза природного газа состоит из экспериментальных установок по производству водорода из природного газа, блок подготовки воды состоит из емкости с дистиллированной водой, емкости хладагента, двух холодильников, двух циркуляционных насосов, дозировочного насоса и дистиллятора/деминерализатора воды, блок очистки и осушки водородсодержащего газа состоит из сепаратора циклонного мокрого типа скруббер Вентури, сепаратора воды и водородсодержащего газа, водного сепаратора, емкости для сбора, осушки и хранения твердого углеродного материала, блок компримирования водорода состоит из водородного компрессора и его периферийного оборудования, такого как ресивер, антипомпажные линии, блок готовых продуктов состоит из емкости для сбора твердого углеродного материала и емкости баллонного типа для газообразного водорода, кроме того технологический комплекс также включает в себя технологические свечные линии, оснащенные эжекторами и воздуходувками для дожига неиспользуемых продуктов и отходящих газов, образующихся в процессе функционирования установок.
Сущность заявленного технического решения поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема технологического экспериментально-демонстрационного комплекса для развития технологий производства водорода из природного газа.
В состав указанного комплекса входят следующие основные технологические блоки блочно-модульного исполнения:
- блок подготовки исходного сырья (БПИС) (1),
- блок пиролиза природного газа (БППГ) (2),
- блок подготовки воды (БПВ) (3),
- блок очистки и осушки водородсодержащего газа (ВСГ) (БОВСГ) (4),
- блок улавливания твердого углеродного материала (БУТМ) (5),
- блок выделения водорода (БВВ) (6),
- блок компримирования водорода (БКВ) (7),
- блок готовых продуктов (утилизация дымовых (остаточных) газов и ВСГ, хранения готовой продукции) (БГП) (8),
- блок отбора проб водорода или ВСГ для обеспечения возможности проведения качественного и количественного анализа состава газовых смесей (БОП) (9).
Основные технологические потоки комплекса:
- питающий поток (природный газ) (38),
- поток продувки (технический азот) (39),
- очищенный сырьевой поток (40),
- реакционная смесь (ВСГ, твердый углеродный материал) (41),
- технологическая вода (42),
- хладагент (43),
- твердый углеродный материал (44),
- технологическая смесь (45),
- очищенный реакционный поток (ВСГ) (46),
- очищенный продукт (водород) (47),
- воздух (48).
БПИС (1) состоит из модульных кассетных блоков (10), которые представляют собой кассету из 8 баллонов (11) с углеводородным газом, представляющий из себя природный газ (38), содержащий преимущественно метан (СН4), и 2 баллонов (12 с техническим азотом (N2) (39) (для продувки газопроводной системы установки и собственных технологических нужд), нагревателя (13) природного газа, реактора (14) сероочистки, а также регуляторов и измерителей массового расхода сырьевых газов с сопутствующим периферийным оборудованием и датчиками измерения давления и температуры.
БППГ (2) состоит из экспериментальных установок по производству водорода из природного газа и обеспечивает реализацию технологических процессов получения водорода методом пиролиза (термический пиролиз, каталитический пиролиз, плазменный пиролиз и пиролиз в расплавах металлов) с образованием ВСГ и твердого углеродного материала в зависимости от используемой реакторной части (два реактора - 15, 16).
БПВ (3) состоит из емкости (17) с дистиллированной водой, емкости (18) хладагента, двух холодильников (19, 20), двух циркуляционных насосов (21, 22), дозировочного насоса (23) и дистиллятора/деминерализатора (24) воды.
БОВСГ (4) состоит из циклонного сепаратора (25) мокрого типа (скруббер Вентури для разделения ВСГ и твердого углеродного материала или аналогичного мокрого циклонного оборудования), сепаратора (26) ВСГ и воды, сепаратора (27) твердого углеродного материала и воды, каплеотбойника (28), емкости (29) для хранения пульпы, состоящая из остаточного твердого углеродного материала и воды.
БУТМ (5) состоит из сепаратора (30) сухого циклонного типа для разделения ВСГ и твердого углеродного материала.
БВВ (6) представляет из себя комплексную установку (сепаратор) (31) выделения водорода из ВСГ.
БКВ (7) состоит из комплексной установки компримирования водорода, а именно из водородного компрессора (32) и его периферийного оборудования (ресивер, антипомпажные линии и т.д.).
БГП (8) включает в себя емкость (33) для сбора, осушки и хранения твердого углеродного материала и емкость (34) баллонного типа для газообразного водорода. В технологическом экспериментально-демонстрационном комплексе предусмотрены технологические свечные линии, оснащенные эжекторами и воздуходувками для дожига (35) неиспользуемых продуктов и отходящих газов, образующихся в процессе функционирования установок.
БОП (9) состоит из системы патрубков, запорной арматурой и емкостями сбора, присоединяющимися к точкам отбора проб (36, 37).
Технологический экспериментально-демонстрационный комплекс для развития технологий производства водорода из природного газа работает следующим образом.
Из модуля (10) природный газ (38) поступает на станцию очистки от серосодержащих примесей в реакторе (14) сероочистки. Процесс сероочистки проводится при температуре от 150 до 400°С за счет предварительного нагревателя (13) природного газа и давлениях 0,1 - 0,5 МПа. После реактора (14 природный газ (38) проходит точку отбора проб (36) для количественного и качественного контроля компонентного состава. В экспериментальных установках по производству водорода из природного газа (в блоке БППГ (2)), то есть в реакторах (15, 16) методом пиролиза может быть получен твердый углеродный материал (дисперсный углерод) и газ следующего компонентного состава (об.%): СН4 - до 40, Н2 - до 60, СО2 - до 1, СО - до 0,5, N2 - 2, углеводороды С15 - до 5.
БПВ (3) обеспечивает бесперебойную работу холодильника (19) при охлаждении ВСГ (так называемой реакционной смеси) (41) за счет поддержания постоянной температуры хладагента (43). После охлаждения потока ВСГ (41), охлаждающая жидкость поступает в холодильник (20), где он охлаждается до заданной температуры и циркулирует через емкость (18). Дополнительной функцией БПВ (3) является подача технологической воды (42) из дистиллятора/деминерализатора (24) воды через емкость (17) в форсунку скруббера Вентури или аналогичного мокрого циклонного оборудования (сепаратора (25)).
В Комплексе предусмотрена возможность очистки ВСГ от твердого углеродного материала через БОВСГ (4) или БУТМ (5):
- БОВСГ (4) обеспечивает очистку ВСГ после БППГ (2). Охлажденный поток реакционной смеси (ВСГ) (41) совместно с твердым углеродным материалом (дисперсный углерод) поступает в сепаратор (25) циклонного мокрого типа скруббер Вентури, где происходит первичная очистка от твердых углеродных компонентов за счет осаждения высокодисперсных частиц каплями воды под давлением. Затем очищенный от углеродных компонентов влажный газ поступает в сепаратор (26) воды и ВСГ, где происходит его осушка. Осушенный от воды поток (46) (очищенный реакционный поток (ВСГ)) проходит через каплеотбойник (28), где отделяется остаточная капельная влага. Технологическая смесь (45), состоящая из воды и твердого углеродного материала, проходит этап разделения в водном сепараторе (27). Твердый углеродный материал (44) направляется в емкость (33) для сбора, осушки и хранения твердого углеродного материала. Очищенный (сухой) ВСГ (46) через БОП (9) для контроля его количественного и качественного состава поступает в БВВ (6) или в свечную технологическую линию БГП (8);
- БУТМ (5) требуется для улавливания твердого углеродного материала, который содержится в подаваемой реакционной смеси (41), состоящего из ВСГ и твердого углеродного материала (дисперсный углерод), в сухом сепараторе (30) циклонного типа. Отделенный от газового потока твердый углеродный материал (44) поступает в емкость (33). Затем очищенный (сухой) ВСГ (46) через БОП (9) последовательно поступает в БВВ (6) и БКВ (7) или БГП (8).
- БВВ (6) необходимо для выделения водорода из ВСГ, что может осуществляться, например, методом мембранного разделения или короткоцикловой адсорбции в сепараторе (31). Каким образом будут выделять водород из ВСГ - определяется исходя из состава подаваемого очищенного реакционного потока (46) и его параметров. Выделенный водород (47) поступает в БКВ (7), где компримируется. Компримированный водород затем закачивается в емкость (34).
На заявленном комплексе планируется отработка и исследование:
- бесперебойности работы испытуемых установок производства водорода из природного газа;
- степени конверсии при работе в различных режимах, проверка заявленных технологических параметров работы испытуемых установок производства водорода из природного газа;
- воспроизводимости и верификации заявляемых результатов работы испытуемых установок производства водорода из природного газа;
- определение параметров работы испытуемых установок с целью повышения технологических показателей производства водорода из природного газа;
- методологии проведения экспериментов;
- работы средств измерения в условиях эксперимента;
- методов обработки и анализа результатов эксперимента;
- требований к безопасности при проведении экспериментальных работ и эксплуатации подобных установок;
- аналитическая обработка полученных данных и разработка предложений по модернизации экспериментальных технологий получения водорода из природного газа.
Заявленный Комплекс обеспечивает экспериментально-демонстрационную отработку и развитие технологий и технологических установок производства водорода из природного газа с ограниченными выбросами углекислого газа.

Claims (1)

  1. Технологический экспериментально-демонстрационный комплекс для развития технологий производства водорода из природного газа, в состав которого входят блок подготовки исходного сырья, блок пиролиза природного газа, блок подготовки воды, блок очистки и осушки водородсодержащего газа, блок улавливания твердого углеродного материала, блок выделения водорода, блок компримирования водорода, блок готовых продуктов и блок отбора проб водорода или водородсодержащего газа, при этом блок подготовки исходного сырья состоит из модульных кассетных блоков, нагревателя природного газа, реактора сероочистки, а также регуляторов и измерителей массового расхода сырьевых газов с сопутствующим периферийным оборудованием и датчиками измерения давления и температуры, блок пиролиза природного газа состоит из экспериментальных установок по производству водорода из природного газа, блок подготовки воды состоит из емкости с дистиллированной водой, емкости хладагента, двух холодильников, двух циркуляционных насосов, дозировочного насоса и дистиллятора/деминерализатора воды, блок очистки и осушки водородсодержащего газа состоит из сепаратора циклонного мокрого типа скруббер Вентури, сепаратора воды и водородсодержащего газа, водного сепаратора, емкости для сбора, осушки и хранения твердого углеродного материала, блок компримирования водорода состоит из водородного компрессора и его периферийного оборудования, такого как ресивер, антипомпажные линии, блок готовых продуктов состоит из емкости для сбора твердого углеродного материала и емкости баллонного типа для газообразного водорода, кроме того, технологический комплекс также включает в себя технологические свечные линии, оснащенные эжекторами и воздуходувками для дожига неиспользуемых продуктов и отходящих газов, образующихся в процессе функционирования установок.
RU2023126287A 2023-10-12 Технологический экспериментально-демонстрационный комплекс для развития технологий производства водорода из природного газа RU2816702C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2816702C1 true RU2816702C1 (ru) 2024-04-03

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6039774A (en) * 1994-06-07 2000-03-21 Mcmullen; Frederick G. Pyrolytic conversion of organic feedstock and waste
US20160045841A1 (en) * 2013-03-15 2016-02-18 Transtar Group, Ltd. New and improved system for processing various chemicals and materials
RU2652237C1 (ru) * 2016-06-06 2018-04-25 Игорь Владимирович Долотовский Установка для производства технического (термического) углерода из газообразного углеводородного сырья
RU2791358C1 (ru) * 2022-04-29 2023-03-07 Общество с ограниченной ответственностью "Научно Исследовательский Проектный Институт нефти и газа "Петон" Способ производства водорода
US20230294983A1 (en) * 2022-03-16 2023-09-21 Omnis Advanced Technologies, LLC Ultra-high temperature pyrolysis separation of hydrogen and carbon

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6039774A (en) * 1994-06-07 2000-03-21 Mcmullen; Frederick G. Pyrolytic conversion of organic feedstock and waste
US20160045841A1 (en) * 2013-03-15 2016-02-18 Transtar Group, Ltd. New and improved system for processing various chemicals and materials
RU2652237C1 (ru) * 2016-06-06 2018-04-25 Игорь Владимирович Долотовский Установка для производства технического (термического) углерода из газообразного углеводородного сырья
US20230294983A1 (en) * 2022-03-16 2023-09-21 Omnis Advanced Technologies, LLC Ultra-high temperature pyrolysis separation of hydrogen and carbon
RU2791358C1 (ru) * 2022-04-29 2023-03-07 Общество с ограниченной ответственностью "Научно Исследовательский Проектный Институт нефти и газа "Петон" Способ производства водорода

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Castellani et al. Hydrate-based removal of carbon dioxide and hydrogen sulphide from biogas mixtures: Experimental investigation and energy evaluations
RU2394754C1 (ru) Способ получения водорода из углеводородного сырья
CN102424767B (zh) 低浓度瓦斯发电的处理方法
US20130019633A1 (en) Method for production of a compressed natural gas equivalent from landfill gas and other biogases
CN103446864A (zh) 用于co2分离系统的联合co2相变吸收剂
Deiana et al. CO2 capture and amine solvent regeneration in Sotacarbo pilot plant
CN103626177A (zh) 用于处理温室气体的系统和方法
Śpiewak et al. PDU-scale experimental results of CO2 removal with AMP/PZ solvent
CN101724467B (zh) 一种制取可燃气体的方法及其专用气固反应装置
CN114867966A (zh) 用于利用来自电力多元转换设施的废气的设备和方法
RU2816702C1 (ru) Технологический экспериментально-демонстрационный комплекс для развития технологий производства водорода из природного газа
CN103820156B (zh) 一种褐煤气化微型反应装置
CN108645955A (zh) 一种复合催化剂循环重整-解析性能的评估装置及方法
CN105779047A (zh) 利用烟道气制液化天然气的工艺与系统
CN201626940U (zh) 一种制取可燃气体的气固反应装置
CN103525442A (zh) 一种多台移动式炭化炉并联气体净化系统
US8915987B2 (en) Carbon dioxide absorption system
CN113617180A (zh) 一种基于窑炉尾气的二氧化碳提纯回收装置
RU112841U1 (ru) Комплекс переработки горючих газов
JPS62286517A (ja) ガス分離装置
CN114836245B (zh) 粗煤气中试处理工艺
KR101458677B1 (ko) 배기가스 중 이산화탄소의 포집 및 전환 방법과 장치
CN219752245U (zh) 用于提高低阶煤干馏气有效组分的装置及荒煤气处理系统
CN102266704B (zh) 苯乙烯装置粗氢增压回收方法
RU2791272C1 (ru) Адсорбционная установка подготовки и транспорта природного газа