Автономная установка для получения водорода
Изобретение относится к установкам для получения водорода паровоздушной конверсией углеводородов и может быть использовано в автономных энергоисточниках на топливных элементах. Данная установка включает линию подачи углеводородного сырья и реактор паровоздушного риформинга, оснащенный линией ввода нагретой смеси воздуха с водой, а также линиями ввода нагретой смеси углеводородного сырья с водой и вывода водородсодержащего газа, на которых установлен теплообменник, оборудованный холодильником-конденсатором, узлом выделения водорода с линией вывода водорода и узлом окисления с линией подачи воздуха и линией вывода отходящего газа, на которой установлен теплообменник нагрева смеси воздуха с водой. При этом узел выделения водорода расположен в реакторе и оснащен водородселективной перегородкой, холодильник-конденсатор установлен на линии вывода отходящего газа после теплообменника нагрева смеси воздуха с водой и оснащен линиями подачи воды в линии подачи углеводородного сырья и воздуха, при этом установка оборудована электрогенератором с газотурбинным агрегатом, турбина которого расположена на линии вывода отходящего газа, а компрессор оснащен линией ввода воздуха и линиями подачи сжатого воздуха в узел окисления и в реактор. Технический результат заключается в автономности данной установки. 1 ил., 1 пр.
Изобретение относится к установкам для получения водорода паровоздушной конверсией углеводородов и может быть использовано в промышленности, в частности в автономных энергоисточниках на топливных элементах.
Известен способ получения водорода из углеводородного сырья [RU 2394754, опубл. 20.07.2010 г., МПК С01В 3/34, С01В 3/12], осуществляемый на установке паровой конверсии, которая включает блок сероочистки, конвертор с горелкой, котел-утилизатор и конвертор окиси углерода, блок водоподготовки и блок выделения водорода.
Недостатками данной установки являются высокая металлоемкость и сложность оборудования из-за необходимости косвенного нагрева реакционных сред при высоких температурах.
Наиболее близок к заявляемому изобретению способ получения водорода с использованием парового риформинга с частичным окислением [RU 2378188, опубл. 10.01.2010 г., МПК С01В 3/38], осуществляемый на установке с линией подачи углеводородного сырья и реактором паровоздушного риформинга, оснащенным линией ввода нагретой смеси сжатого кислородсодержащего газа (воздуха) и воды, а также линиями ввода нагретой смеси углеводородного сырья, воды и водного конденсата и вывода водородсодержащего газа, на которых установлены теплообменники, при этом на линии вывода водородсодержащего газа размещены холодильник-конденсатор и узел выделения водорода, оснащенный линией вывода водорода и линией вывода продувочного газа с узлом для его сжигания (узлом окисления), оснащенным линией подачи воздуха и линией вывода отходящего газа с теплообменниками нагрева смеси воздуха газа и воды.
Основным недостатком данной установки является потребность во внешних источниках воды, а также электроэнергии для сжатия воздуха.
Задача изобретения - автономная водородная установка.
Техническим результатом является автономная водородная установка за счет использования для сжатия воздуха вторичного энергоресурса - энергии редуцирования отходящего газа путем установки на линии его вывода газотурбинного агрегата, а также выделение из редуцированного отходящего газа и рециркуляция воды путем установки холодильника-конденсатора.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой установке с линией подачи углеводородного сырья и реактором паровоздушного риформинга, оснащенным линией ввода нагретой смеси воздуха с водой, а также линиями ввода нагретой смеси углеводородного сырья с водой и вывода водородсодержащего газа, на которых установлен теплообменник, оборудованный холодильником-конденсатором, узлом выделения водорода с линией вывода водорода и узлом окисления с линией подачи воздуха и линией вывода отходящего газа, на которой установлен теплообменник нагрева смеси воздуха с водой, особенностью является то, что узел выделения водорода расположен в реакторе и оснащен водородселективной перегородкой, холодильник-конденсатор установлен на линии вывода отходящего газа после теплообменника нагрева смеси воздуха с водой и оснащен линиями подачи воды в линии подачи углеводородного сырья и воздуха, при этом установка оборудована электрогенератором с газотурбинным агрегатом, турбина которого расположена на линии вывода отходящего газа, а компрессор оснащен линией ввода воздуха и линиями подачи сжатого воздуха в узел окисления и в реактор.
Узел выделения водорода может быть оснащен линией ввода продувочного газа, например водяного пара. При интегрировании установки с энергоисточником на топливных элементах он может быть соединен с узлом окисления линией подачи отработанного газа из энергоисточника.
Узел выделения водорода может быть выполнен, например, в виде трубчатых элементов с газопроницаемыми стенками, на которые нанесена водородселективная мембрана, например, из палладий-серебряного сплава. Узел окисления представляет собой, например, реактор с катализатором окисления. Вырабатываемая электроэнергия может использоваться, например, для компримирования водорода и/или подачи топлива. В качестве остальных элементов установки могут быть использованы любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.
Расположение узла выделения водорода с водородселективной перегородкой в реакторе позволяет получить водород высокой чистоты без использования дополнительного оборудования. Установка газотурбинного агрегата позволяет исключить потребление электроэнергии со стороны за счет использования энергии редуцирования отходящего газа для энергообеспечения установки, а оснащение холодильником-конденсатором позволяет получить воду для компенсации химического потребления воды при паровоздушном риформинге, обеспечивая автономность водородной установки.
Предлагаемая установка (см. чертеж) включает реактор паровоздушного риформинга 1 с катализатором 2 и узлом выделения водорода с водородселективной перегородкой 3, узел окисления 4, теплообменники 5 и 6, холодильник-конденсатор 7 и газотурбинный агрегат, состоящий из турбины 8, компрессора 9 и электрогенератора 10.
При работе установки углеводородное сырье, подаваемое по линии 11, смешивают с первой частью воды, подаваемой по линии 12 из линии 13, и после нагрева и испарения в теплообменнике 5 направляют по линии 14 в реактор 1 совместно со смесью воздуха с водой, подаваемой по линии 15 после нагрева и испарения в теплообменнике 6, где в присутствии катализатора паровоздушного риформинга 2 получают водородсодержащий газ, водород из которого диффундирует через водородселективную перегородку узла 3 и выводится с установки по линии 16. Обедненный водородсодержащий газ из реактора 1 по линии 17 после охлаждения в теплообменнике 5 подают в узел 4 совместно с первой частью сжатого воздуха, подаваемого по линии 18 из компрессора 9, в который по линии 19 подают атмосферный воздух. Полученный в узле 4 отходящий газ выводят по линии 20 после редуцирования в турбине 8, охлаждения в теплообменнике 6 и доохлаждения, например, воздухом, с выделением воды в холодильнике-конденсаторе 7, выводимой по линии 13. Смесь воздуха с водой получают смешением второй части сжатого воздуха, подаваемой из компрессора 9 по линии 21, и второй части воды, подаваемой по линии 22 из линии 13. Электроэнергию, вырабатываемую генератором 10, используют на собственные нужды и/или подают сторонним потребителям. Пунктиром показана возможная подача в узел 3 по линии 23 продувочного газа, а в узел 4 по линии 24 - отработанного газа топливных элементов.
Таким образом, предлагаемая установка работает автономно и может быть использована в промышленности.
Автономная установка для получения водорода с линией подачи углеводородного сырья и реактором паровоздушного риформинга, оснащенным линией ввода нагретой смеси воздуха с водой, а также линиями ввода нагретой смеси углеводородного сырья с водой и вывода водородсодержащего газа, на которых установлен теплообменник, оборудованная холодильником-конденсатором, узлом выделения водорода с линией вывода водорода и узлом окисления с линией подачи воздуха и линией вывода отходящего газа, на которой установлен теплообменник нагрева смеси воздуха с водой, отличающаяся тем, что узел выделения водорода расположен в реакторе и оснащен водородселективной перегородкой, холодильник-конденсатор установлен на линии вывода отходящего газа после теплообменника нагрева смеси воздуха с водой и оснащен линиями подачи воды в линии подачи углеводородного сырья и воздуха, при этом установка оборудована электрогенератором с газотурбинным агрегатом, турбина которого расположена на линии вывода отходящего газа, а компрессор оснащен линией ввода воздуха и линиями подачи сжатого воздуха в узел окисления и в реактор.
