RU2786069C1 - Method for producing hydrogen from natural gas - Google Patents
Method for producing hydrogen from natural gas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2786069C1 RU2786069C1 RU2022107892A RU2022107892A RU2786069C1 RU 2786069 C1 RU2786069 C1 RU 2786069C1 RU 2022107892 A RU2022107892 A RU 2022107892A RU 2022107892 A RU2022107892 A RU 2022107892A RU 2786069 C1 RU2786069 C1 RU 2786069C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- hydrogen
- sent
- natural gas
- reactor
- Prior art date
Links
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 76
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 63
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 63
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 56
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 65
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 21
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 18
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 18
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 18
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 17
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 claims description 9
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 claims description 9
- 238000001193 catalytic steam reforming Methods 0.000 claims description 7
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 7
- 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 abstract description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 10
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 8
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 description 2
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 2
- YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N Tritium Chemical compound [3H] YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000012084 conversion product Substances 0.000 description 1
- 230000003009 desulfurizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- -1 sulfur hydrocarbon Chemical class 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к способам получения водорода из природного газа и может быть использовано с целью производства водорода стационарными или мобильными энергетическими установками в энергетической, химической, нефтегазовой и других отраслях промышленности.The invention relates to methods for producing hydrogen from natural gas and can be used to produce hydrogen by stationary or mobile power plants in the energy, chemical, oil and gas and other industries.
Известна водородная установка, включающая узел сероочистки, конвертер с горелкой, паровой котел-утилизатор, конвертер оксида углерода, охладитель-осушитель, узел водоподготовки, узел выделения водорода, охладитель синтез-газа, в которой исходное сырье подают в узел сероочистки, после чего часть сырья подают в качестве первого компонента топлива в горелку, а оставшуюся часть смешивают с водяным паром, подаваемым из парового котла-утилизатора и конвертера оксида углерода, и пропускают через охладитель, направляют в конвертор с горелкой, в которую подают воздух, а из узла выделения водорода подают продувочный газ, дымовой газ из горелки выводят по соответствующей линии, при этом полученный синтез-газ направляют через котел-утилизатор в конвертер оксида углерода, причем часть синтез-газа подают в охладитель, снижая выработку пара в котле-утилизаторе до необходимой, водородсодержащий газ из конвертера оксида углерода через охладитель-осушитель подают в узел выделения водорода, из которого выводят водород, образовавшийся конденсат и воду направляют в узел водоподготовки, из которого подготовленную воду подают в конвертор оксида углерода и котел-утилизатор (Патент RU №2614668, МПК C01B 3/02, C01B 3/12, C01B 3/34, 2017).A hydrogen plant is known, including a desulfurization unit, a converter with a burner, a waste heat steam boiler, a carbon monoxide converter, a cooler-drier, a water treatment unit, a hydrogen evolution unit, a synthesis gas cooler, in which the feedstock is fed into the desulfurization unit, after which part of the raw material is fed into the burner as the first fuel component, and the remaining part is mixed with water vapor supplied from the waste heat boiler and the carbon monoxide converter, and passed through the cooler, sent to the converter with the burner, into which air is supplied, and from the hydrogen evolution unit purge gas, flue gas is removed from the burner through the corresponding line, while the resulting synthesis gas is sent through the waste heat boiler to the carbon monoxide converter, and part of the synthesis gas is fed to the cooler, reducing steam production in the waste heat boiler to the required level, hydrogen-containing gas from carbon monoxide converter through a cooler-drier is fed into the hydrogen evolution unit, from which hydrogen is removed, the condensate formed and water is sent to the water treatment unit, from which the prepared water is fed into the carbon monoxide converter and waste heat boiler (Patent RU No. 2614668, IPC C01B 3/02, C01B 3/12, C01B 3/34, 2017).
Основными недостатками известной установки и способа получения водорода при ее использовании являются отсутствие предварительного подогрева воздуха, подаваемого на горение; высокая тепловая нагрузка в охладителе синтез-газа, обусловленная применением синтез-газа первой ступени для предварительного подогрева парогазовой смеси; низкий уровень полезного использования теплоты и отсутствие системы нейтрализации уходящих дымовых газов; недостаточность избытка содержания пара в исходном сырье для проведения следующих друг за другом стадий процесса - конверсии углеводородов и конверсии оксида углерода.The main disadvantages of the known installation and method for producing hydrogen when using it are the lack of preheating of the air supplied for combustion; high heat load in the synthesis gas cooler, due to the use of the synthesis gas of the first stage for preheating the gas-vapor mixture; low level of useful use of heat and the absence of a system for neutralizing flue gases; insufficiency of excess steam content in the feedstock for carrying out successive stages of the process - the conversion of hydrocarbons and the conversion of carbon monoxide.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип относится способ получения водорода из газообразного углеводородного сырья - природного газа, попутного нефтяного газа, а также углеводородного газа, получаемого испарением жидкого топлива, включающий очистку подводимого газа от соединений серы, смешение очищенного газа с водяным паром, каталитическую паровую конверсию углеводородов с подводом высокотемпературного тепла и получением конвертированного газа, каталитическую паровую конверсию оксида углерода с отводом низкотемпературного тепла испарительным охлаждением и выделение товарного водорода из водородсодержащего газа, при этом газообразное углеводородное сырье подводят к узлу сероочистки с давлением не ниже 0,5 МПа и после очистки от соединений серы разделяют на два потока, при этом на смешение с водяным паром подают один из потоков, который затем подвергают паровой каталитической конверсии при температуре 800-1050°С в реакторе радиально-спирального типа, полученный конвертированный газ подают в качестве греющей среды в паровой котел-утилизатор для частичного охлаждения, каталитическую паровую конверсию оксида углерода проводят в реакторе радиально-спирального типа при температуре 190-230°С, затем полученный водородсодержащий газ дополнительно охлаждают до температуры 20-40°С внешним хладоносителем и отделяют от влаги в охладителе-осушителе газа, после чего подают в узел разделения водородсодержащего газа, в котором выделяют конечный продукт - товарный водород, а продувочный газ отводят из узла разделения водородсодержащего газа и смешивают со вторым потоком очищенного от серы углеводородного газа, полученную смесь подают в качестве топливного газа на горелку каталитического реактора конверсии углеводородов, причем перед подачей на горелку эту смесь и необходимый для горения воздух нагревают в блоке рекуперации тепла за счет частичного охлаждения дымовых газов, выходящих из каталитического реактора конверсии углеводородов, после чего дымовые газы для отделения влаги дополнительно охлаждают внешним хладоносителем в охладителе-осушителе дымовых газов и выводят из установки, а конденсат, выделяемый в охладителях-осушителях водородсодержащего газа и дымовых газов, подвергают очистке в узле водоподготовки и направляют для производства пара, необходимого для проведения паровой конверсии углеводородов, в паровой котел-утилизатор (Патент RU №2394754, МПК С01В 3/12, С01В 3/34, 2010 -прототип).The closest technical solution in terms of the set of features to the claimed object and adopted as a prototype is a method for producing hydrogen from gaseous hydrocarbon feedstock - natural gas, associated petroleum gas, as well as hydrocarbon gas obtained by evaporation of liquid fuel, including cleaning the supplied gas from sulfur compounds, mixing purified gas with steam, catalytic steam reforming of hydrocarbons with the supply of high-temperature heat and obtaining converted gas, catalytic steam reforming of carbon monoxide with removal of low-temperature heat by evaporative cooling and the release of commercial hydrogen from hydrogen-containing gas, while the gaseous hydrocarbon feedstock is supplied to the desulfurization unit with a pressure not lower than 0.5 MPa, and after purification from sulfur compounds, it is divided into two streams, while one of the streams is supplied for mixing with water vapor, which is then subjected to steam catalytic conversion at a temperature of 800-1050 ° C in real which is of the radial-spiral type, the resulting converted gas is fed as a heating medium to a waste-heat steam boiler for partial cooling, the catalytic steam reforming of carbon monoxide is carried out in a radial-spiral type reactor at a temperature of 190-230 ° C, then the resulting hydrogen-containing gas is additionally cooled to temperature of 20-40°C with an external refrigerant and separated from moisture in a gas cooler-dryer, after which it is fed to a hydrogen-containing gas separation unit, in which the final product, commercial hydrogen, is isolated, and the purge gas is removed from the hydrogen-containing gas separation unit and mixed with the second stream purified from sulfur hydrocarbon gas, the resulting mixture is fed as a fuel gas to the burner of the catalytic hydrocarbon conversion reactor, and before being fed to the burner, this mixture and the air necessary for combustion are heated in the heat recovery unit due to partial cooling of the flue gases leaving the catalytic reactor conv version of hydrocarbons, after which the flue gases are additionally cooled to separate moisture by an external coolant in the flue gas cooler-drier and removed from the plant, and the condensate released in the coolers-driers of hydrogen-containing gas and flue gases is subjected to purification in the water treatment unit and sent for steam production, required for steam reforming of hydrocarbons, in a waste heat steam boiler (Patent RU No. 2394754, IPC
Недостатками известного способа получения водорода из углеводородного сырья являются отсутствие реализации предварительного подогрева исходного газообразного сырья; низкая энергетическая эффективность, обусловленная осуществлением генерации пара в одну ступень, реализующейся при избыточной подаче воды в котел-утилизатор, и последующим выбросом избытка пара в атмосферу, либо его использование для других возможных технологических нужд (например, с целью применения в турбогенераторах); недостаточность избытка содержания пара в исходном сырье для проведения следующих друг за другом стадий процесса - конверсии углеводородов и конверсии оксида углерода; использование охладителей-осушителей для дополнительного охлаждения потоков, реализующегося при подаче внешнего хладоносителя (например, воздуха или воды), приводящее в конечном итоге к дополнительным эксплуатационным затратам; отсутствие системы нейтрализации уходящих дымовых газов.The disadvantages of the known method for producing hydrogen from hydrocarbon feedstock are the lack of preheating of the initial gaseous feedstock; low energy efficiency due to the implementation of steam generation in one stage, which is realized with excess water supply to the waste heat boiler, and subsequent release of excess steam into the atmosphere, or its use for other possible technological needs (for example, for use in turbogenerators); insufficiency of excess steam content in the feedstock for carrying out successive stages of the process - the conversion of hydrocarbons and the conversion of carbon monoxide; the use of coolers-driers for additional cooling of flows, which is realized when an external coolant (for example, air or water) is supplied, which ultimately leads to additional operating costs; lack of a neutralization system for flue gases.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в создании способа получения водорода из природного газа, в котором отсутствуют указанные недостатки, и применение которого позволит минимизировать дополнительные эксплуатационные затраты на охлаждение и нагрев рабочих сред, повысить экологичность и энергетическую эффективность технологического процесса путем интенсификации полезного использования теплоты потоков задействованных веществ и нейтрализации дымовых газов, выбрасываемых в атмосферу.The task to be solved by the claimed invention is to create a method for producing hydrogen from natural gas, which does not have these disadvantages, and the use of which will minimize additional operating costs for cooling and heating working media, improve environmental friendliness and energy efficiency of the process by intensifying the useful use of the heat of the flows of substances involved and the neutralization of flue gases emitted into the atmosphere.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в предложенном способе получения водорода из природного газа, включающем очистку подводимого природного газа от соединений серы, разделение очищенного природного газа на два потока, подачу одного из потоков на горелку, смешение второго потока с водяным паром, каталитическую паровую конверсию смешанного потока с подводом высокотемпературного тепла и получением конвертированного газа, каталитическую паровую конверсию оксида углерода с отводом низкотемпературного тепла испарительным охлаждением и выделение товарного водорода из водородсодержащего газа, согласно изобретению, природный газ смешивают с необходимым для десульфуризации водородом, полученную смесь предварительно нагревают в первом теплообменном аппарате и направляют в реактор-десульфуризатор, где осуществляют его обессеривание, далее десульфуризированный природный газ разделяют на два потока, один из которых направляют в горелку, а другой смешивают с водяным паром, после чего полученную парогазовую смесь последовательно нагревают во втором и третьем теплообменных аппаратах и подвергают паровой каталитической конверсии углеводородов в первом реакторе, затем полученный конвертированный газ частично охлаждают путем подачи в качестве греющей среды в парогенератор и направляют во второй реактор, где проводят каталитическую конверсию оксида углерода, после чего охлаждают полученный в результате конверсии синтез-газ путем его последовательной подачи в качестве греющего теплоносителя в первый и четвертый теплообменные аппараты, после прохождения которых синтез-газ направляют в систему выделения водорода, где выделяют товарный водород, который направляют потребителю, водяной конденсат, который подвергают очистке в системе водоподготовки, из которой отбирают подготовленную воду и последовательно ее нагревают в четвертом и пятом теплообменных аппаратах, затем подают в качестве нагреваемой среды в парогенератор для производства пара, необходимого для проведения паровой конверсии, и хвостовой газ, который нагревают в шестом теплообменном аппарате и подают в горелку совместно с десульфуризированным природным газом и воздухом, который предварительно подогревают в седьмом теплообменном аппарате, при этом выделившиеся продукты сгорания охлаждают путем последовательной подачи в качестве греющей среды в третий, пятый теплообменные аппараты, первый реактор, а также второй, седьмой и шестой теплообменные аппараты, а затем направляют в систему нейтрализации дымовых газов, по мере выхода из которой осуществляют выброс продуктов сгорания в атмосферу и подачу выделившегося водяного конденсата в систему водоподготовки, при этом организуют дополнительное охлаждение синтез-газа в системе выделения водорода и продуктов сгорания в системе нейтрализации дымовых газов при помощи хладагента, который последовательно подают в систему выделения водорода, затем в систему нейтрализации дымовых газов, далее в систему сброса тепла хладагента, после чего направляют обратно в систему выделения водорода.The solution of this problem is achieved by the fact that in the proposed method for producing hydrogen from natural gas, including the purification of the supplied natural gas from sulfur compounds, the separation of the purified natural gas into two streams, the supply of one of the streams to the burner, mixing the second stream with water vapor, catalytic steam reforming of a mixed flow with the supply of high-temperature heat and the production of converted gas, catalytic steam reforming of carbon monoxide with the removal of low-temperature heat by evaporative cooling and the release of commercial hydrogen from hydrogen-containing gas, according to the invention, natural gas is mixed with hydrogen necessary for desulfurization, the resulting mixture is preheated in the first heat exchanger and sent to the desulfurizer reactor, where it is desulfurized, then the desulfurized natural gas is divided into two streams, one of which is sent to the burner, and the other is mixed with water vapor, after which the floor the studied gas-vapor mixture is sequentially heated in the second and third heat exchangers and subjected to steam catalytic conversion of hydrocarbons in the first reactor, then the resulting converted gas is partially cooled by supplying it as a heating medium to the steam generator and sent to the second reactor, where catalytic conversion of carbon monoxide is carried out, after which the synthesis gas obtained as a result of the conversion is cooled by sequentially supplying it as a heating coolant to the first and fourth heat exchangers, after passing through which the synthesis gas is sent to the hydrogen extraction system, where commercial hydrogen is produced, which is sent to the consumer, water condensate, which is subjected to purification in the water treatment system, from which the prepared water is taken and sequentially heated in the fourth and fifth heat exchangers, then it is fed as a heated medium to the steam generator to produce the steam necessary for steam heating. inversion, and tail gas, which is heated in the sixth heat exchanger and fed into the burner together with desulphurized natural gas and air, which is preheated in the seventh heat exchanger, while the released combustion products are cooled by successive supply as a heating medium to the third, fifth heat exchangers. apparatuses, the first reactor, as well as the second, seventh and sixth heat exchangers, and then sent to the flue gas neutralization system, as they exit from which the combustion products are released into the atmosphere and the released water condensate is supplied to the water treatment system, while additional cooling is organized -gas in the hydrogen evolution system and combustion products in the flue gas neutralization system using a refrigerant, which is sequentially fed into the hydrogen evolution system, then into the flue gas neutralization system, then into the refrigerant heat removal system, after which it is sent back to the system mu evolution of hydrogen.
В варианте исполнения предложенного способа возможный перелив парогенератора регулируют посредством сброса излишка воды в систему водоподготовки.In an embodiment of the proposed method, the possible overflow of the steam generator is controlled by discharging excess water into the water treatment system.
В варианте исполнения предложенного способа горелку выполняют с возможностью сжигания природного газа, содержащего сернистые соединения, при этом в горелку подают недесульфуризированный природный газ, хвостовой газ и воздух.In an embodiment of the proposed method, the burner is configured to burn natural gas containing sulfur compounds, while the burner is supplied with undesulfurized natural gas, tail gas and air.
Принципиальная схема реализации предложенного способа получения водорода из природного газа представлена на фиг. 1.A schematic diagram of the implementation of the proposed method for producing hydrogen from natural gas is shown in Fig. one.
Принципиальная схема содержит следующие элементы: 1 - природный газ; 2 - смеситель газовый; 3 - водород, необходимый для десульфуризации; 4 - смесь природного газа и водорода; 5 - первый теплообменный аппарат; 6 - реактор-десульфуризатор; 7 - десульфуризированный природный газ; 8 - газовый смеситель; 9 - парогазовая смесь; 10 - второй теплообменный аппарат; 11 - третий теплообменный аппарат; 12 - первый реактор (реактор паровой каталитической конверсии углеводородов); 13 - конвертированный газ; 14 - парогенератор; 15 - второй реактор (реактор каталитической конверсии оксида углерода); 16 - синтез-газ; 17 - четвертый теплообменный аппарат; 18 - система выделения водорода; 19 - хладагент; 20 - товарный водород; 21 - водяной конденсат из системы выделения водорода; 22 - подготовленная вода; 23 - пятый теплообменный аппарат; 24 - хвостовой газ; 25 - шестой теплообменный аппарат; 26 - воздух; 27 - седьмой теплообменный аппарат; 28 - горелка; 29 - продукты сгорания; 30 - система нейтрализации дымовых газов; 31 - водяной пар; 32 - водяной конденсат из системы нейтрализации дымовых газов; 33 - излишек воды парогенератора; 34 - система сброса тепла хладагента; 35 - недесульфуризированный природный газ.The schematic diagram contains the following elements: 1 - natural gas; 2 - gas mixer; 3 - hydrogen required for desulfurization; 4 - mixture of natural gas and hydrogen; 5 - the first heat exchanger; 6 - reactor-desulfurizer; 7 - desulfurized natural gas; 8 - gas mixer; 9 - steam-gas mixture; 10 - second heat exchanger; 11 - third heat exchanger; 12 - the first reactor (steam catalytic conversion of hydrocarbons); 13 - converted gas; 14 - steam generator; 15 - the second reactor (reactor for the catalytic conversion of carbon monoxide); 16 - synthesis gas; 17 - fourth heat exchanger; 18 - hydrogen evolution system; 19 - refrigerant; 20 - commercial hydrogen; 21 - water condensate from the hydrogen extraction system; 22 - prepared water; 23 - fifth heat exchanger; 24 - tail gas; 25 - sixth heat exchanger; 26 - air; 27 - the seventh heat exchanger; 28 - burner; 29 - combustion products; 30 - flue gas neutralization system; 31 - water vapor; 32 - water condensate from the flue gas neutralization system; 33 - excess water of the steam generator; 34 - refrigerant heat discharge system; 35 - non-desulfurized natural gas.
Предложенный способ получения водорода из природного газа реализуется следующим образом.The proposed method for producing hydrogen from natural gas is implemented as follows.
Природный газ 1 подают в смеситель газовый 2, где смешивают с необходимым для десульфуризации водородом 3, частично отобранным из системы 18 выделения водорода. Смесь 4 природного газа и водорода направляют в первый теплообменный аппарат 5, где ее предварительно нагревают, предпочтительно, до температуры 390°С, а затем подают в реактор-десульфуризатор 6 на обессеривание при температуре 290-420°С. Из реактора-десульфуризатора 6 десульфуризированный природный газ 7 разделяют на два потока, один из которых направляют в горелку 28, а другой смешивают с подаваемым из парогенератора 14 водяным паром 31 в газовом смесителе 8, после чего полученную парогазовую смесь 9 последовательно нагревают за счет тепла продуктов сгорания во втором 10 и третьем 11 теплообменных аппаратах. Затем нагретую, предпочтительно, до температуры 1100°С парогазовую смесь 9 направляют в первый реактор 12, где ее подвергают паровой каталитической конверсии углеводородов при температуре 750-1100°С. Реакция паровой конверсии является эндотермической и протекает с поглощением теплоты (1):
Далее продукт конверсии - конвертированный газ 13 частично охлаждают, предпочтительно, до температуры 350°С путем подачи в качестве греющей среды в парогенератор 14 и затем направляют во второй реактор 15, где осуществляют каталитическую конверсию оксида углерода при температуре 300-500°С. В реакторе 15 конверсии оксида углерода большую часть оксида углерода подвергают реакции с избыточным количеством пара, присутствующем в потоке конвертированного газа 13. Реакция является экзотермической и протекает с выделением тепла (2):Next, the conversion product - converted
Полученный в результате каталитической конверсии оксида углерода синтез-газ 16 охлаждают путем последовательного применения в качестве греющего теплоносителя, соответственно, в первом 5 и четвертом 17 теплообменных аппаратах. Из четвертого теплообменного аппарата 17 синтез-газ подают в систему 18 выделения водорода, в которой производят окончательные очистку от примесей углеводородов, оксида углерода и охлаждение синтез-газа 16, и вместе с тем выделяют конечный продукт - товарный водород высокой степени чистоты, который направляют потребителю по линии 20. При этом в данном процессе также выделяют водяной конденсат 21 и хвостовой газ 24. Водяной конденсат 21 подают в систему водоподготовки, где осуществляют его очистку и смешивают с подготовленной водой 22, которую отбирают из системы водоподготовки и последовательно подогревают, соответственно, в четвертом 17 и пятом 23 теплообменных аппаратах, а затем направляют в качестве нагреваемой среды в парогенератор 14 и генерируют необходимый для проведения паровой каталитической конверсии водяной пар 31, который подают в газовый смеситель 8. Хвостовой газ 24 из системы выделения водорода 18 предварительно нагревают в шестом теплообменном аппарате 25 и подают в горелку 28 совместно с десульфуризированным природным газом 7 и необходимым для организации процесса горения воздухом 26, который предварительно подогревают в седьмом теплообменном аппарате 27. Процесс горения десульфуризированного природного газа основан на реакции (3), а хвостовых газов - на реакциях (3-5):The
В результате процесса горения выделяют продукты сгорания 29 высокой температуры, которые последовательно используют для нагрева рабочих сред, соответственно, в пятом 23 и третьем 11 теплообменных аппаратах, а затем подают в первый реактор 12 с целью организации паровой каталитической конверсии углеводородов. Из первого реактора 12 продукты сгорания 29 последовательно направляют в качестве греющего теплоносителя, соответственно, во второй 10, седьмой 27 и шестой 25 теплообменные аппараты. Охлажденные продукты сгорания 29 из шестого теплообменного аппарата 25 подают в систему 30 нейтрализации дымовых газов, по мере выхода из которой осуществляют выброс продуктов сгорания 29 в атмосферу и подачу выделившегося водяного конденсата 32 в систему водоподготовки. При этом организуют дополнительное охлаждение синтез-газа 16 в системе 18 выделения водорода и продуктов сгорания 29 в системе 30 нейтрализации дымовых газов при помощи хладагента 19, который последовательно подают в систему 18 выделения водорода, затем в систему 30 нейтрализации дымовых газов, далее в систему 34 сброса тепла хладагента, из которой хладагент 19 направляют обратно в систему 18 выделения водорода. Теплоту от системы 34 сброса тепла хладагента используют для любых возможных технологических нужд, например, с целью поддержания рабочей температуры установки или отдельных систем.As a result of the combustion process, high-
В варианте выполнения предложенного способа возможный перелив парогенератора 14 регулируют посредством сброса излишка воды 33 в систему водоподготовки.In an embodiment of the proposed method, the possible overflow of the
В варианте исполнения предложенного способа горелку 28 выполняют с возможностью сжигания недесульфуризированного природного газа 35, при этом в горелку подают недесульфуризированный природный газ 35, хвостовой газ 24 и воздух 26.In an embodiment of the proposed method, the
Таким образом, использование предложенного способа получения водорода из природного газа позволит значительно снизить дополнительные эксплуатационные затраты на нагрев и охлаждение рабочих сред, повысить экологичность и энергетическую эффективность технологического процесса путем интенсификации полезного использования теплоты потоков задействованных веществ и нейтрализации дымовых газов, выбрасываемых в атмосферу.Thus, the use of the proposed method for producing hydrogen from natural gas will significantly reduce additional operating costs for heating and cooling working media, improve the environmental friendliness and energy efficiency of the process by intensifying the beneficial use of the heat of the flows of substances involved and neutralizing flue gases emitted into the atmosphere.
Claims (3)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2786069C1 true RU2786069C1 (en) | 2022-12-16 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1227062A1 (en) * | 2001-01-26 | 2002-07-31 | LENTEK S.p.A. | Process and apparatus for the production of hydrogen from a gaseous hydrocarbon |
| RU2372277C1 (en) * | 2008-06-10 | 2009-11-10 | Открытое акционерное общество "Газпром" | Method of producing hydrogen and device to this end |
| RU2394754C1 (en) * | 2009-03-26 | 2010-07-20 | Дмитрий Львович Астановский | Method of obtaining hydrogen from hydrocarbon material |
| CN110407172A (en) * | 2019-08-20 | 2019-11-05 | 四川亚联高科技股份有限公司 | A small and medium-sized natural gas hydrogen production device |
| RU2729790C1 (en) * | 2020-02-28 | 2020-08-12 | Игорь Анатольевич Мнушкин | Gas chemical production of hydrogen |
| RU2740755C1 (en) * | 2019-11-05 | 2021-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Самара" | Method of producing hydrogen-containing gas from natural gas and superheated steam and device for implementation thereof |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1227062A1 (en) * | 2001-01-26 | 2002-07-31 | LENTEK S.p.A. | Process and apparatus for the production of hydrogen from a gaseous hydrocarbon |
| RU2372277C1 (en) * | 2008-06-10 | 2009-11-10 | Открытое акционерное общество "Газпром" | Method of producing hydrogen and device to this end |
| RU2394754C1 (en) * | 2009-03-26 | 2010-07-20 | Дмитрий Львович Астановский | Method of obtaining hydrogen from hydrocarbon material |
| CN110407172A (en) * | 2019-08-20 | 2019-11-05 | 四川亚联高科技股份有限公司 | A small and medium-sized natural gas hydrogen production device |
| RU2740755C1 (en) * | 2019-11-05 | 2021-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Самара" | Method of producing hydrogen-containing gas from natural gas and superheated steam and device for implementation thereof |
| RU2729790C1 (en) * | 2020-02-28 | 2020-08-12 | Игорь Анатольевич Мнушкин | Gas chemical production of hydrogen |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20250066193A1 (en) | Atr-based hydrogen process and plant | |
| Phan et al. | Hydrogen production from biogas: Process optimization using ASPEN Plus® | |
| RU2394754C1 (en) | Method of obtaining hydrogen from hydrocarbon material | |
| RU2495914C2 (en) | Apparatus and methods of processing hydrogen and carbon monoxide | |
| AU2018364702A1 (en) | Systems and methods for production and separation of hydrogen and carbon dioxide | |
| UA127541C2 (en) | PROCESS FOR THE SYNTHESIS OF AMMONIA WITH LOW EMISSIONS OF CO<sub>2</sub> IN ATMOSPHERE | |
| KR20070050071A (en) | Process for producing hydrogen and / or carbon monoxide | |
| DK162935B (en) | PRODUCT GAS PRODUCTION CONTAINING HYDROGEN AND CARBON OXIDES | |
| CN111217331A (en) | Method for producing hydrogen by steam reforming and CO conversion | |
| CN107539951A (en) | The method of steam reformation natural gas, there are two combustion chambers for producing the heat smoke that institute's calorific requirement is supplied to this method | |
| RU2786069C1 (en) | Method for producing hydrogen from natural gas | |
| RU2664526C2 (en) | Energy-saving unified method for generating synthesis gas from hydrocarbons | |
| WO2025078974A2 (en) | Systems and methods for producing hydrogen with integrated capture of carbon dioxide | |
| RU2643542C1 (en) | Method of obtaining hydrogen from hydrocarbon feedstock | |
| CN109609221B (en) | Semi-coke furnace tail gas fine desulfurization and isothermal methanation process | |
| PL161965B1 (en) | Synthesis gas production method, especially for the synthesis of 0x0 alcohols | |
| RU2816114C1 (en) | Method of producing low-carbon hydrogen and electric energy | |
| RU2791358C1 (en) | Hydrogen production method | |
| RU2663167C2 (en) | Method of joint production of ammonia and methanol | |
| RU2626291C2 (en) | Energy conversion method | |
| RU2781559C1 (en) | Method for hydrogen production by landfill gas conversion method | |
| RU2832478C1 (en) | Method of producing ammonia from natural gas | |
| RU2827145C1 (en) | Low-cost system for production of methanol from natural gas with water saving | |
| RU2674123C1 (en) | Installation for production of hydrogen | |
| WO2023229491A2 (en) | Method for producing hydrogen |