Установка для получения водорода
Изобретение относится к установкам для получения водорода паровым риформингом. Предложена установка, включающая реактор с катализатором парового риформинга, в котором размещены узел селективного выделения водорода с водородселективной перегородкой и узел нагрева реактора с катализатором окисления, также содержащая устройство нагрева сырьевой смеси, состоящее из узла окисления и узла теплообмена, и систему подачи кислородсодержащего газа с газодувкой, холодильником и рекуперационным теплообменником. При работе установки водно-углеводородную сырьевую смесь нагревают в холодильнике и узле теплообмена и направляют в реактор, где при контакте с катализатором парового риформинга образуется синтез-газ, содержащий водород, который диффундирует через водородселективную перегородку и выводится с установки. Обедненный водородом синтез-газ выводят двумя потоками. Первый поток направляют в узел окисления, где в присутствии катализатора окисляют частью кислородсодержащего газа, а полученный охлажденный отходящий газ выводят с установки. Второй поток обедненного водородом синтез-газа направляют в узел нагрева реактора, где в присутствии катализатора окисления осуществляют контакт с оставшейся частью кислородсодержащего газа, подаваемого через распределительное устройство с помощью газодувки после нагрева в рекуперационном теплообменнике. Тепло, выделяющееся при окислении синтез-газа, нагревает катализатор парового риформинга, а полученный отходящий газ охлаждают в рекуперационном теплообменнике и холодильнике и смешивают с воздухом, с получением кислородсодержащего газа. Балансовый отходящий газ выводят после охлаждения в холодильнике. Изобретение позволяет упростить устройство и снизить температуру в реакторе. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к установкам для получения водорода паровым риформингом и может найти применение в химической промышленности.
Известен способ получения водорода из углеводородного сырья [RU 2394754, опубл. 20.07.2010 г., МПК С01В 3/34, С01В 3/12], осуществляемый на установке, включающей устройство для получения синтез-газа, состоящее из реактора паровой каталитической конверсии конвекционного типа с горелкой и парового котла-утилизатора, а также устройство для сероочистки сырья, конвертор оксида углерода, охладители-осушители дымового и водородсодержащего газа и узел выделения водорода.
Недостатком данной установки является большая металлоемкость из-за большой площади теплообменных поверхностей реактора и оборудования для рекуперации тепла.
Наиболее близким по технической сущности является способ комбинированного производства электроэнергии и получения обогащенного водородом газа паровым риформингом углеводородной фракции с подводом тепла посредством сжигания водорода по месту осуществления способа [RU 2425995, МПК F02C 6/04, опубл. 10.08.2011 г.], осуществляемый на комбинированную установку, включающую установку для получения водорода в качестве топлива для газотурбинной установки, состоящую из реактора получения синтез-газа паровым риформингом с линией ввода сырьевой смеси, оснащенного устройством нагрева реактора путем сжигания водорода, соединенным с установкой (устройством) для выделения водорода из синтез-газа, включающей конвертор оксида углерода и адсорбционную или мембранную установку извлечения водорода, и системой подачи кислородсодержащего газа с линией ввода воздуха, включающей воздушный компрессор и устройство для циркуляции азота с рекуперационным теплообменником, холодильником, аппаратом воздушного охлаждения, сепаратором и газодувкой.
Недостатками данной установки является сложность из-за большого количества оборудования, а также из-за необходимости использования высоких температур (1000-1200°С) в реакторе для достижения приемлемой глубины превращения сырья.
Задачей изобретения является упрощение устройства и снижение температуры в реакторе.
Техническим результатом является упрощение устройства и снижение температуры в реакторе за счет оборудования реакционной зоны реактора узлом селективного выделения водорода и узлом окисления обедненного водородом синтез-газа с системой подачи кислородсодержащего газа.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой установке, включающей реактор получения синтез-газа паровым риформингом с линией ввода сырьевой смеси, оборудованный устройством для выделения водорода и устройством нагрева реактора, оснащенным системой подачи кислородсодержащего газа с линией ввода воздуха, рекуперационным теплообменником, холодильником и газодувкой, особенностью является то, что реактор оснащен линией вывода обедненного водородом синтез-газа, разделенной на линии подачи первого и второго потоков, в качестве устройства для выделения водорода в реакционной зоне реактора размещен по меньшей мере один узел селективного выделения водорода, оснащенный линией вывода водорода и отделенный от реакционной зоны реактора водородселективной перегородкой, а в качестве устройства нагрева реактора - по меньшей мере один узел окисления первого потока обедненного водородом синтез-газа с катализатором окисления, отделенным от реакционной зоны реактора газонепроницаемой теплопроводящей перегородкой, на линиях ввода сырьевой смеси и подачи второго потока обедненного водородом синтез-газа размещено устройство для нагрева сырьевой смеси, состоящее из узла теплообмена и узла окисления, оснащенного линиями подачи второго потока кислородсодержащего газа и вывода отходящего газа, кроме того, устройства нагрева реактора и для нагрева сырьевой смеси соединены линиями подачи первого и второго потоков кислородсодержащего газа, соответственно, с системой подачи кислородсодержащего газа, оснащенной линией вывода балансового отходящего газа, при этом холодильник установлен на линии ввода сырьевой смеси.
Холодильник может быть оснащен системой сепарации и вывода водного конденсата. Узел селективного выделения водорода может быть оснащен линией подачи продувочного газа, например, водяного пара, что увеличивает производительность водородселективной мембраны.
Узел селективного выделения водорода может быть выполнен, например, в виде трубчатого элемента с газопроницаемой стенкой, на которую нанесена водородселективная мембрана, например, из палладий-серебряного сплава. Узел нагрева реактора может быть изготовлен, например, в виде трубчатого элемента с газонепроницаемой стенкой, внутри которого размещен катализатор окисления обедненного водородом синтез-газа. Устройство нагрева сырьевой смеси может быть выполнено, например, в виде изотермического каталитического реактора с теплообменными элементами, размещенными в слое катализатора. Реактор получения синтез-газа и его элементы, теплообменники и газодувка могут быть изготовлены в любом исполнении, известном из уровня техники, работоспособном при термобарических условиях протекающих процессов.
Размещение в реакционной зоне реактора узлов селективного выделения водорода и нагрева реактора позволяет удалить водород из реакционной зоны через водородселективную перегородку, сдвинуть равновесие реакции в сторону образования синтез-газа и снизить температуру в реакторе до 650°С, а также нагреть реакционную зону теплом, выделяющимся при окислении обедненного водородом синтез-газа кислородсодержащим газом, за счет чего уменьшить количество оборудования и упростить устройство.
Предлагаемая установка включает реактор 1 с катализатором парового риформинга 2, в котором размещены узел селективного выделения водорода с водородселективной перегородкой 3 и узел нагрева реактора с катализатором окисления 4, а также содержит устройство нагрева сырьевой смеси, состоящее из узла окисления 5 и узла теплообмена 6, и систему подачи кислородсодержащего газа с газодувкой 7, рекуперационным теплообменником 8 и холодильником 9.
При работе установки водно-углеводородную сырьевую смесь, подаваемую по линии 10, нагревают в холодильнике 9 и узле 6 устройства нагрева сырьевой смеси и направляют в реактор 1, где при контакте с катализатором 2 образуется синтез-газ, содержащий водород, который диффундирует через перегородку 3 и выводится с установки по линии 11. Обедненный водородом синтез-газ выводят по линии 12, которая разделена на линии 13 и 14. Часть обедненного водородом синтез-газа по линии 13 направляют в узел окисления 5, где в присутствии катализатора окисляют частью кислородсодержащего газа, подаваемой по линии 15, полученный охлажденный отходящий газ выводят по линии 16. Другую часть обедненного водородом синтез-газа направляют по линии 14 в узел нагрева реактора 4, где в присутствии катализатора окисления осуществляют контакт с оставшейся частью кислородсодержащего газа, подаваемой через распределительное устройство (показано условно) по линии 17 с помощью газодувки 7 после нагрева в теплообменнике 8. Тепло, выделяющееся при окислении синтез-газа, нагревает катализатор 2, полученный отходящий газ выводят по линии 18, охлаждают в аппаратах 8, 9 и смешивают с воздухом, подаваемым по линии 19, с получением кислородсодержащего газа. Балансовый отходящий газ выводят по линии 20 из линии 18 после холодильника 9. При необходимости по линии 21 в узел селективного выделения водорода 3 подают продувочный газ (показано пунктиром).
Таким образом, предлагаемое устройство более просто, позволяет снизить температуру в реакторе и может быть использовано в промышленности.
1. Установка для получения водорода, включающая реактор получения синтез-газа паровым риформингом с линией ввода сырьевой смеси, оборудованный устройством для выделения водорода и устройством нагрева реактора, оснащенным системой подачи кислородсодержащего газа с линией ввода воздуха, газодувкой: рекуперационным теплообменником и холодильником, отличающаяся тем, что реактор оснащен линией вывода обедненного водородом синтез-газа, разделенной на линии подачи первого и второго потоков, в качестве устройства для выделения водорода в реакционной зоне реактора размещен по меньшей мере один узел селективного выделения водорода, оснащенный линией вывода водорода и отделенный от реакционной зоны реактора водородселективной перегородкой, а в качестве устройства нагрева реактора - по меньшей мере один узел окисления первого потока обедненного водородом синтез-газа с катализатором окисления, отделенным от реакционной зоны реактора газонепроницаемой теплопроводящей перегородкой, на линиях ввода сырьевой смеси и подачи второго потока обедненного водородом синтез-газа размещено устройство для нагрева сырьевой смеси, состоящее из узла теплообмена и узла окисления, оснащенного линиями подачи второго потока кислородсодержащего газа и вывода отходящего газа, кроме того, устройства нагрева реактора и для нагрева сырьевой смеси соединены линиями подачи первого и второго потоков кислородсодержащего газа, соответственно, с системой подачи кислородсодержащего газа, оснащенной линией вывода балансового отходящего газа, при этом холодильник установлен на линии ввода сырьевой смеси.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что узел селективного выделения водорода оснащен линией подачи продувочного газа.
