Автономная водородная установка

Изобретение относится к установкам для получения водорода паровоздушной конверсией углеводородов. Установка включает узел паровоздушного риформинга, оснащенный линией ввода нагретой смеси воздуха и воды, а также линиями ввода нагретой смеси углеводородного сырья, воды, водного конденсата и вывода водородсодержащего газа, на которых установлен рекуперационный теплообменник. При этом на линии вывода водородсодержащего газа размещен блок выделения водорода, оснащенный линией вывода водорода и линией вывода продувочного газа, на которой расположен узел окисления с линией подачи воздуха и линией вывода отходящего газа с теплообменником нагрева смеси воздуха и воды. Причем в качестве линии ввода нагретой смеси воздуха и воды установка оснащена линией ввода нагретой смеси воздуха и водного конденсата, в качестве линии ввода нагретой смеси углеводородного сырья, воды, водного конденсата - линией ввода нагретой смеси углеводородного сырья и водного конденсата, а в качестве теплообменника нагрева смеси воздуха и воды установлен теплообменник нагрева смеси воздуха и водного конденсата. Блок выделения водорода оснащен линией подачи водного конденсата. Также установка оборудована электрогенератором с газотурбинным агрегатом. Технический результат заключается в автономной водородной установке. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

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, которая включает узел паровоздушного риформинга, оснащенный линией ввода нагретой смеси кислородсодержащего газа (воздуха) и воды, а также линиями ввода нагретой смеси углеводородного сырья, воды и водного конденсата и вывода водородсодержащего газа, на которых установлены рекуперационные теплообменники, при этом на линии вывода водородсодержащего газа размещены холодильник-конденсатор, оснащенный линией подачи водного конденсата, и узел выделения водорода, оснащенный линией вывода водорода и линией вывода продувочного газа, на которой расположено устройство для его сжигания (узел окисления) с линией подачи воздуха и линией вывода отходящего газа с теплообменниками нагрева смеси кислородсодержащего 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 газотурбинного агрегата с электрогенератором, а также выделение и рециркуляция водного конденсата путем установки холодильника-конденсатора.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой установке с узлом паровоздушного риформинга, оснащенным линией ввода нагретой смеси воздуха и воды, а также линиями ввода нагретой смеси углеводородного сырья, воды, водного конденсата и вывода водородсодержащего газа, на которых установлен рекуперационный теплообменник, при этом на линии вывода водородсодержащего газа размещен блок выделения водорода, оснащенный линией вывода водорода и линией вывода продувочного газа, на которой расположен узел окисления с линией подачи воздуха и линией вывода отходящего газа с теплообменником нагрева смеси воздуха и воды, особенностью является то, что в качестве линии ввода нагретой смеси воздуха и воды установка оснащена линией ввода нагретой смеси воздуха и водного конденсата, в качестве линии ввода нагретой смеси углеводородного сырья, воды, водного конденсата - линией ввода нагретой смеси углеводородного сырья и водного конденсата, а в качестве теплообменника нагрева смеси воздуха и воды установлен теплообменник нагрева смеси воздуха и водного конденсата, блок выделения водорода оснащен линией подачи водного конденсата, 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 линию ввода нагретой смеси воздуха и водного конденсата, кроме того, на линии вывода отходящего газа после теплообменника нагрева смеси воздуха и водного конденсата установлен холодильник-конденсатор, оснащенный линией вывода водного конденсата.

Для работы на сернистом сырье на линии подачи углеводородного сырья устанавливают блок сероочистки. Для увеличения выхода водорода на линии вывода водородсодержащего газа после рекуперационного теплообменника размещают конвертор оксида углерода и дополнительный рекуперационный теплообменник, а также устанавливают теплообменники нагрева продувочного газа и воздуха, подаваемого в узел окисления. Для повышения концентрации водорода в водородсодержащем газе и упрощения работы узла выделения водорода на линии подачи сжатого воздуха в линию ввода нагретой смеси воздуха и воды размещают устройство для обогащения воздуха кислородом.

Блок выделения водорода может состоять, например, из сепаратора и узла мембранного выделения водорода. Узел окисления продувочного газа может представлять собой, например, изотермический каталитический реактор 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.

Установка электрогенератора с газотурбинным агрегатом позволяет исключить потребление электроэнергии со стороны за счет использования вторичного энергоресурса - энергии редуцирования отходящего газа для сжатия воздуха и других собственных нужд, а оснащение установки холодильником-конденсатором позволяет выделить из отходящего газа водный конденсат в количестве, достаточном для компенсации химического потребления воды, обеспечивая автономность водородной установки.

Предлагаемая установка включает узел паровоздушного риформинга 1, блок выделения водорода 2, узел окисления 3, рекуперационный теплообменник 4, теплообменник нагрева смеси воздуха и водного конденсата 5, холодильник-конденсатор 6 и газотурбинный агрегат, состоящий из турбины 7, компрессора 8 и электрогенератора 9. Дополнительно могут быть установлены конвертор оксида углерода 10 со вторым рекуперационным теплообменником 11, блок сероочистки 12, а также теплообменники нагрева продувочного газа 13 и воздуха, подаваемого в узел окисления 14.

При работе установки углеводородное сырье, подаваемое по линии 15, смешивают с водным конденсатом, подаваемой по линии 16 из линии 17, и по линии 18 из блока 2, и, после нагрева в теплообменнике 4, направляют по линии 19 в узел 1 совместно со смесью воздуха и водного конденсата, подаваемой по линии 20 после нагрева и испарения в теплообменнике 5. В узле 1 путем паровоздушного риформинга получают водородсодержащий газ, который по линии 21 после охлаждения в теплообменнике 4 направляют в блок 2, где разделяют на водный конденсат, водород, выводимый по линии 22, и продувочный газ, который по линии 23 подают в узел 3 совместно с первой частью сжатого воздуха, подаваемого по линии 24 из компрессора 8, в который по линии 25 подают атмосферный воздух. Полученный отходящий газ выводят по линии 26 после редуцирования в турбине 7, охлаждения в теплообменнике 5 и доохлаждения, например, воздухом, с выделением водного конденсата в холодильнике-конденсаторе 6, выводимого по линии 17. Смесь воздуха и водного конденсата получают смешением второй части сжатого воздуха, подаваемой из компрессора 8 по линии 27, и водного конденсата, подаваемого по линии 28 из линии 17. Электроэнергию, вырабатываемую генератором 9, используют на собственные нужды и/или подают сторонним потребителям. Пунктиром показана возможная установка на линии 15 блока сероочистки 12, на линии 21 после теплообменника 4 - конвертора оксида углерода 10 и теплообменника 11, а перед теплообменником 4 - теплообменников 13 и 14. При использовании полученного водорода в топливных элементах отходящий из них газ может быть подан по линии 29 в линию 23. На линиях 17 и 18 могут быть установлены устройства для очистки воды (не показано).

Таким образом, предлагаемая установка работает автономно и может быть использована в промышленности.

1. Автономная водородная установка, включающая узел паровоздушного риформинга, оснащенный линией ввода нагретой смеси воздуха и воды, а также линиями ввода нагретой смеси углеводородного сырья, воды, водного конденсата и вывода водородсодержащего газа, на которых установлен рекуперационный теплообменник, при этом на линии вывода водородсодержащего газа размещен блок выделения водорода, оснащенный линией вывода водорода и линией вывода продувочного газа, на которой расположен узел окисления с линией подачи воздуха и линией вывода отходящего газа с теплообменником нагрева смеси воздуха и воды, отличающаяся тем, что в качестве линии ввода нагретой смеси воздуха и воды установка оснащена линией ввода нагретой смеси воздуха и водного конденсата, в качестве линии ввода нагретой смеси углеводородного сырья, воды, водного конденсата - линией ввода нагретой смеси углеводородного сырья и водного конденсата, а в качестве теплообменника нагрева смеси воздуха и воды установлен теплообменник нагрева смеси воздуха и водного конденсата, блок выделения водорода оснащен линией подачи водного конденсата, 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 линию ввода нагретой смеси воздуха и водного конденсата, кроме того, на линии вывода отходящего газа после теплообменника нагрева смеси воздуха и водного конденсата установлен холодильник-конденсатор, оснащенный линией вывода водного конденсата.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на линии подачи углеводородного сырья расположен блок сероочистки.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на линии вывода водородсодержащего газа после рекуперационного теплообменника размещены конвертор оксида углерода и второй рекуперационный теплообменник.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на линии вывода водородсодержащего газа перед рекуперационным теплообменником установлены теплообменники нагрева продувочного газа и сжатого воздуха, подаваемого в узел окисления.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на линии подачи сжатого воздуха в линию ввода нагретой смеси воздуха и воды установлено устройство для обогащения воздуха кислородом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к нанотехнологии. Синтез эндоэдральных фуллеренов проводят в водоохлаждаемой металлической герметичной камере в плазме высокочастотной дуги с использованием переменного тока при атмосферном давлении.

Изобретение относится к устройству для получения ацетилена и синтез-газа путем частичного окисления углеводородов кислородом, включающему в себя смесительный блок, участок смешивания и смесительный диффузор, причем смесительный блок имеет отверстие подачи для подачи содержащего углеводороды потока, отверстие подачи для подачи содержащего кислород потока, завихряющую заслонку и распределительную пластину, причем распределительная пластина размещена между участком смешивания и отверстием подачи для подачи содержащего углеводороды потока, причем в распределительной пластине имеются отверстия, причем завихряющая заслонка располагается между отверстием подачи для подачи содержащего кислород потока и участком смешивания, причем смесительный диффузор соединен с участком смешивания.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении энергосберегающих систем радиантного отопления и кондиционирования помещений.

Изобретение относится к катализаторам, способам их приготовления и применения в процессах конверсии различных видов углеводородных топлив, таких как природный газ, дизельное топливо, сжиженный углеводородный газ (СУГ), в синтез-газ.

Изобретение относится к усовершенствованному способу обработки природного газа с применением способа Фишера-Тропша (FT) для синтеза не содержащих серы полностью сгорающих углеводородных топлив, примерами которых являются, в частности, дизельное топливо и авиационное топливо.

Изобретение относится к электронике и нанотехнологии и может быть использовано в 2D-печати. Сначала получают графеновые частицы электрохимическим расслоением графита, характеризующегося массой чешуек около 10 мг, в жидкой фазе с использованием в качестве электролита водного 0,00005-0,05 М раствора (NH4)2S2O8, в течение 10 мин и менее, при напряжении не более 15 В и подаче на графитовый электрод положительного напряжения.

Изобретение относится к модернизации установки для синтеза аммиака. Способ модернизации входной части установки для синтеза аммиака, причем указанная входная часть подает получаемый газ для синтеза аммиака и включает секцию конверсии, включающую установку для вторичной конверсии с воздушным обогревом или установку для автотермической конверсии, работающую под давлением во входной части, секцию очистки потока, выходящего из секции конверсии, воздушный компрессор, первоначально установленный для подачи воздуха в секцию конверсии для использования в качестве оксиданта, при этом способ включает направление содержащего О2 потока в секцию конверсии для использования в качестве оксиданта, введение потока азота в соответствующем месте входной части для обеспечения требуемого молярного отношения водорода к азоту в получаемом газе и сжимание потока азота посредством воздушного компрессора.

Изобретение относится к способу получения синтез-газа и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности при производстве водорода, аммиака, синтетических жидких углеводородов, альдегидов и спиртов.

Изобретение относится к химии, электротехнике и нанотехнологии и может быть использовано для разработки анодных материалов литий-ионных батарей нового поколения, а также чувствительных элементов газовых сенсоров.

Изобретение относится к способу и системе для производства метанола с использованием системы риформинга на основе кислородопроводящей мембраны. Способ включает отделение кислорода от кислородсодержащего потока в одном или нескольких содержащих катализатор реакторах на основе кислородопроводящей мембраны, где образуются кислородный пропускаемый поток и обедненный кислородом задерживаемый поток, причем катализатор содержится в трубках на стороне выпуска реакторов, риформинг объединенного потока исходных материалов, содержащего метан и водяной пар, в реакторе за счет теплового излучения, передаваемого от реактора, для получения потока подвергнутого риформингу синтез-газа, направление потока подвергнутого риформингу синтез-газа на сторону выпуска одного или нескольких реакторов, введение в реакцию части потока подвергнутого риформингу синтез-газа, вступающего в контакт со стороной выпуска реактора с кислородным пропускаемым потоком для получения нагретого потока продукта реакции и тепла, причем часть тепла представляет собой тепловое излучение, используемое на стадии риформинга в реакторе, часть тепла используется внутри реактора и часть тепла передается путем конвекции обедненному кислородом задерживаемому потоку, риформинг потока подвергнутого риформингу синтез-газа в реакторе за счет тепла, производимого в результате реакции, для получения потока конечного продукта подвергнутого риформингу синтез-газа, направление потока конечного продукта подвергнутого риформингу синтез-газа в систему синтеза и очистки метанола, синтез неочищенного метанола из объединенного потока произведенного синтез-газа и очистку неочищенного метанола до метанола, представляющего собой конечный продукт.

Настоящее изобретение относится к риформингу углеводородов с целью подготовки синтез-газа для производства аммиака. Способ получения синтез-газа для производства аммиака из содержащего углеводороды сырья во входной части установки включает стадии: конверсии указанного сырья с водяным паром с получением синтез-газа, содержащего водород, оксид углерода и диоксид углерода; обработки указанного синтез-газа, включая конверсию оксида углерода и последующее удаление диоксида углерода, причем конверсия синтез-газа включает стадию высокотемпературной конверсии с использованием катализатора на основе железа; общая величина молярного отношения водяного пара к углероду во входной части не выше 2,6; и в котором указанная конверсия с водяным паром включает: первую стадию конверсии, включающую первичную конверсию с водяным паром, обеспечивая, таким образом, получение после конверсии первого газа; вторую стадию конверсии с использованием потока оксиданта, обеспечивая, таким образом, получение синтез-газа, содержащего водород, оксид углерода и диоксид углерода; причем указанные первая и вторая стадии конверсии осуществляются последовательно, указанная вторая стадия конверсии осуществляется с использованием кислорода или обогащенного воздуха, содержащего не менее 50% кислорода, в качестве потока оксиданта; и причем синтез-газ, полученный после указанной второй стадии конверсии, затем смешивают с водяным паром до подачи на высокотемпературную конверсию, для того чтобы повысить общую величину молярного отношения водяного пара к углероду во входной части до требуемого значения. Входная часть установки для получения синтез-газа для производства аммиака из содержащего углеводороды сырья в соответствии с описанным способом включает: секцию конверсии с водяным паром; дополнительное оборудование для обработки синтез-газа, выходящего из указанной секции конверсии, включающее по меньшей мере CO-конвертер и секцию удаления диоксида углерода, причем указанное дополнительное оборудование включает CO-конвертер для высокотемпературной конверсии (ВТК, англ. HTS) с использованием катализатора на основе железа; указанная секция конверсии с водяным паром включает: первую установку для конверсии, включающую риформинг-установку (REF1) для первичной конверсии с водяным паром, риформинг-установку (REF2) для вторичной конверсии, на которую подают поток оксиданта (О2), для получения синтез-газа, содержащего водород, оксид углерода и диоксид углерода; линию для подачи оксиданта на указанную риформинг-установку (REF2) для вторичной конверсии, подающую кислород или обогащенный воздух, содержащий не менее 50% кислорода, в качестве потока оксиданта, и указанная входная часть установки дополнительно включает трубопровод (PS) для ввода водяного пара, смонтированный для добавления водяного пара в поток, выходящий из риформинг-установки (REF2) для вторичной конверсии, на стороне входа CO-конвертера для высокотемпературной конверсии (HTS). Технический результат - при заданной производительности нагрузка риформинг-установки для первичной конверсии с водяным паром снижается примерно на 10-20% или даже более, и расход синтез-газа (м3/ч) через входную часть установки при заданном объеме производства аммиака может быть снижен примерно на 30%, что является большим преимуществом с точки зрения размеров установки и затрат. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 пр., 2 табл., 8 ил.

Изобретение относится к устройству для генерирования тепла и водорода. Устройство содержит: камеру (3) горения горелки, горелку (7), расположенную в камере (3) горения горелки для осуществления горения горелки, устройство подачи топлива, выполненное с возможностью регулирования количества подачи топлива, подаваемого из горелки (7) в камеру (3) горения горелки, устройство подачи воздуха, выполненное с возможностью регулирования температуры и количества подачи воздуха, подаваемого из горелки (7) в камеру (3) горения горелки, устройство (19) зажигания, выполненное с возможностью воспламенения топлива, катализатор (4) риформинга, к которому подаются газообразные продукты горения горелки, и электронный блок (30) управления. При этом устройство подачи воздуха снабжено теплообменным элементом (13а) для нагревания воздуха, подаваемого из горелки (7) в камеру (3) горения горелки, с помощью газообразных продуктов горения горелки, при этом тепло и водород образуются в процессе горения горелки, причем допустимая температура катализатора, позволяющая избежать термической деградации катализатора (4) риформинга, задается заранее. Технический результат заключается в обеспечении отсутствия деградации катализатора риформинга под действием тепла. 7 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к химической промышленности. К реактору подают потоки газообразного углеводородного сырья и горячего окислителя, содержащего кислород, совместно вводят их в реактор для смешивания в условиях реакции, в результате чего образуется поток продуктов, содержащий водород и CO. Соотношение количеств движения указанных потоков поддерживают меньшим, чем соотношение количеств движения потоков, при котором, при прочих равных условиях реакции, содержание сажи в потоке продуктов составляет на 5 г/Нм3 больше содержания сажи в потоке сырья или превышает менее чем на 5 г/Нм3 содержание сажи в потоке сырья. Изобретение обеспечивает снижение содержания сажи в продукте реакции. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

Изобретение относится к устройству для генерирования тепла и водорода. Устройство содержит корпус (2), камеру (3) горения горелки, сформированную в корпусе (2), горелку (7), имеющую отверстие (9) впрыска топлива и отверстие (11) подачи воздуха для осуществления горения горелки в камере (3) горения горелки, устройство подачи топлива для подачи топлива к отверстию (9) впрыска топлива, устройство подачи воздуха для подачи воздуха к отверстию (11) подачи воздуха и катализатор (4) риформинга, который расположен в корпусе (2) и к которому подводятся газообразные продукты горения горелки, образованные в камере (3) горения горелки. При этом устройство подачи воздуха снабжено теплообменным элементом (13а) для нагревания воздуха, подаваемого в отверстие (11) подачи воздуха. Кроме того, устройство подачи воздуха снабжено переключающим устройством, выполненным с возможностью переключения пути воздушного потока для введения наружного воздуха в отверстие (11) подачи воздуха. При этом горелка (7), имеющая отверстие (9) впрыска топлива и отверстие (11) подачи воздуха, расположена в одной концевой части корпуса (2), а отверстие (25) для выпуска газа расположено в другой концевой части корпуса (2). Технический результат заключается в обеспечении отсутствия деградации катализатора риформинга. 1 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при получении карбида вольфрама WC, применяемого в производстве твердосплавных материалов для высокоэффективного металлорежущего инструмента и других износостойких изделий. Для получения порошка на основе карбида вольфрама WC с размером частиц d50, не превышающим 200 нм, готовят гомогенную порошковую смесь из наноразмерного вольфрама или оксида вольфрама и наноразмерного углерода, взятого в количестве, превышающем стехиометрическое содержание углерода в карбиде вольфрама на 10-70 мас. %. Проводят термообработку указанной смеси в электрической печи при температуре 1400-1600°С в среде водорода и/или инертных газов, таких как азот, аргон, с последующим связыванием и удалением избытка углерода. Изобретение позволяет получить карбид вольфрама с пониженной дефектностью кристаллической структуры и сниженным содержанием примесей. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 7 пр.

Изобретение относится к установкам для получения водорода паровоздушной конверсией углеводородов. Установка включает узел паровоздушного риформинга, оснащенный линией ввода нагретой смеси воздуха и воды, а также линиями ввода нагретой смеси углеводородного сырья, воды, водного конденсата и вывода водородсодержащего газа, на которых установлен рекуперационный теплообменник. При этом на линии вывода водородсодержащего газа размещен блок выделения водорода, оснащенный линией вывода водорода и линией вывода продувочного газа, на которой расположен узел окисления с линией подачи воздуха и линией вывода отходящего газа с теплообменником нагрева смеси воздуха и воды. Причем в качестве линии ввода нагретой смеси воздуха и воды установка оснащена линией ввода нагретой смеси воздуха и водного конденсата, в качестве линии ввода нагретой смеси углеводородного сырья, воды, водного конденсата - линией ввода нагретой смеси углеводородного сырья и водного конденсата, а в качестве теплообменника нагрева смеси воздуха и воды установлен теплообменник нагрева смеси воздуха и водного конденсата. Блок выделения водорода оснащен линией подачи водного конденсата. Также установка оборудована электрогенератором с газотурбинным агрегатом. Технический результат заключается в автономной водородной установке. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх