RU2088518C1 - Method of producing hydrogen from hydrocarbon gas - Google Patents

Abstract

FIELD: hydrogen production. SUBSTANCE: hydrocarbon gas is submitted to steam conversion. Produced gas containing hydrogen and carbon monoxide is conveyed into carbon monoxide conversion stage. Converted gas is cooled and treated to remove condensate and then carbon dioxide. Afterwards gas is fried from impurities via short-cycle adsorption technique to yield pure hydrogen. Adsorbent is regenerated using blowing it through with a part of pure hydrogen to produce regeneration gas which is further introduced into carbon monoxide conversion stage. EFFECT: improved process flowsheet. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к способам получения водорода и может использоваться в химической, металлургической и других отраслях промышленности, например для получения защитного газа для термообработки металлургических изделий. The invention relates to methods for producing hydrogen and can be used in chemical, metallurgical and other industries, for example, to produce protective gas for heat treatment of metallurgical products.

Известен способ получения водорода из углеводородного газа, включающий паровую конверсию углеводородов, конверсию оксида углерода, охлаждение газа и выделение водорода из конвертированного газа очисткой от оксидов углерода и метана короткоцикловой адсорбцией (КЦА), регенерацию адсорбента продувкой частью водорода с получением газов регенерации и возврат их на стадию паровой конверсии метана [1]
К недостаткам способа относятся:
относительно низкая степень превращения метана;
повышенный расход пара;
повышенный расход энергии на конверсию метана и нагрев газов регенерации;
дополнительный расход энергии на сжатие газов регенерации до давления парогазовой смеси до возвращения их на конверсию.A known method of producing hydrogen from hydrocarbon gas, including steam conversion of hydrocarbons, conversion of carbon monoxide, cooling the gas and hydrogen evolution from the converted gas by purification of carbon oxides and methane by short-cycle adsorption (CCA), regeneration of the adsorbent by blowing part of the hydrogen to produce regeneration gases and returning them to methane steam reforming step [1]
The disadvantages of the method include:
relatively low methane conversion;
increased steam consumption;
increased energy consumption for methane conversion and heating of regeneration gases;
additional energy consumption for compression of the regeneration gases to the pressure of the gas mixture before returning them to conversion.

Более близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ получения аммиака [2] включающий паровую конверсию углеводородного газа, конверсию окиси углерода, очистку газа от оксидов углерода и метана адсорбцией, регенерацию адсорбента продувкой частью водорода с получением газов регенерации, сжигание газов регенерации или очистку их от диоксида углерода и возврат очищенного газа на стадию паровой конверсии метана, очистку продуктов сжигания от кислорода и окислов азота гидрированием и короткоцикловой адсорбцией от CO₂.Closer in technical essence and the achieved result to the present invention is a method for producing ammonia [2] including steam conversion of hydrocarbon gas, conversion of carbon monoxide, purification of gas from carbon oxides and methane by adsorption, regeneration of the adsorbent by blowing part of the hydrogen to produce regeneration gases, burning of regeneration gases or purifying them from carbon dioxide and returning the purified gas to the methane steam reforming step, purifying the products of combustion of oxygen and nitrogen oxides by hydrogenation, and Short cycle adsorption from CO ₂ .

Недостатками способа являются:
относительно низкая степень превращения метана;
повышенный расход пара;
повышенный расход энергии на парообразование;
дополнительный расход энергии на сжатие газов регенерации, возвращаемых на конверсию метана до давления парогазовой смеси.The disadvantages of the method are:
relatively low methane conversion;
increased steam consumption;
increased energy consumption for vaporization;
additional energy consumption for compression of regeneration gases returned to methane conversion to the pressure of the gas mixture.

Задача изобретения повышение эффективности получения водорода за счет снижения расхода водяного пара и углеводородного газа, снижение выбросов газов регенерации в окружающую среду. The objective of the invention is to increase the efficiency of hydrogen production by reducing the consumption of water vapor and hydrocarbon gas, reducing emissions of regeneration gases into the environment.

Это достигается тем, что в способе получения водорода из углеводородного газа газы регенерации из короткоцикловой адсорбции возвращают на стадию конверсии оксида углерода, а выделенный конденсат возвращают на конверсию углеводородов, причем конверсионные стадии ведут при давлении, близком к атмосферному, а адсорбционные при давлении 15 30 ата. This is achieved by the fact that in the method for producing hydrogen from hydrocarbon gas, regeneration gases from short-cycle adsorption are returned to the carbon monoxide conversion stage, and the condensate recovered is returned to hydrocarbon conversion, the conversion stages being carried out at a pressure close to atmospheric and adsorption at a pressure of 15-30 at .

Для реализации предлагаемого способа получения водорода из углеводородного газа, включающего паровую конверсию углеводородного газа, конверсию оксида углерода, охлаждение конвертированного газа и удаление из него конденсата, выделение из конвертированного газа диоксида углерода и очистку водорода от примесей короткоцикловой адсорбцией при давлении 15 30 кгс/см², регенерацию адсорбента продувкой частью продуктового водорода с получением газов регенерации и возвратом их на стадию паровой конверсии, газы регенерации из короткоцикловой адсорбции возвращают на стадию конверсии оксида углерода, а выделившийся конденсат возвращают на конверсию углеводородов путем сатурации.To implement the proposed method for producing hydrogen from hydrocarbon gas, including steam reforming of hydrocarbon gas, converting carbon monoxide, cooling the converted gas and removing condensate from it, extracting carbon dioxide from the converted gas and purifying hydrogen from impurities by short-cycle adsorption at a pressure of 15-30 kgf / cm ² regeneration of the adsorbent by purging part of the product hydrogen to produce regeneration gases and returning them to the steam reforming stage, regeneration gases from short-cycle adsorption carbon monoxide is recycled to the conversion step, and the separated condensate is returned to the conversion of hydrocarbons by carbonation.

На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа. The drawing shows a diagram of the implementation of the proposed method.

Она включает линии подвода 1 природного газа и 2 водорода к теплообменнику 3, последовательно соединенному с аппаратом 4 сероочистки, сатуратором 5, теплообменником 6, конвертором метана 7. Аппарат 8 конверсии CO последовательно соединен с теплообменником 9, конденсатором 10, компрессором 11, аппаратом 12 очистки от CO₂ и блоком КЦА 13. Аппарат 7 конверсии метана соединен с аппаратом 8 конверсии CO через теплообменники 6 и 3, сатуратор 5 с теплообменником 9, а теплообменники 9 и 10, аппарат 12 выделения CO₂ и блок КЦА 13 соединены линией 14 с газодувкой 15.It includes lines for supplying 1 natural gas and 2 hydrogen to a heat exchanger 3 connected in series with a desulfurization apparatus 4, a saturator 5, a heat exchanger 6, a methane converter 7. The CO conversion apparatus 8 is connected in series with a heat exchanger 9, a condenser 10, a compressor 11, and a cleaning apparatus 12 from CO ₂ and the CCA unit 13. The methane conversion apparatus 7 is connected to the CO conversion apparatus 8 through heat exchangers 6 and 3, the saturator 5 with the heat exchanger 9, and the heat exchangers 9 and 10, the CO ₂ separation apparatus 12 and the CCA 13 are connected by a gas blower line 14 fifteen.

Способ реализуется следующим образом. В линию подвода природного газа 1 (давление 1,7 ата) добавляют по линии 2 водород, нагревают в теплообменнике 3 до 380^oC, подвергают сероочистке в аппарате 4, насыщают парами воды в сатураторе 5, добавляют необходимое по балансу количество перегретого пара. Парогазовую смесь нагревают в теплообменнике 6 до 540^oC и направляют в конвертор 7 метана. Конвертированный газ охлаждают от 750^oC последовательно в теплообменниках 6 и 3 и направляют на конверсию оксида углерода в аппарат 8. Газ из конвертора 8 оксида углерода охлаждают в теплообменнике 9 до 100^oC и направляют в конденсатор 10. Выделившийся конденсат нагревают в теплообменнике 9 за счет охлаждения газа и возвращают в сатуратор 5. Охлажденный конвертированный газ сжимают в компрессоре 11 до 18 ата, направляют в адсорбер 12 для выделения углекислоты, которая является товарным продуктом. Газовую смесь, содержащую водород, CO, метан и азот с остатками углекислоты, направляют в блок 13 короткоцикловой адсорбции (КЦА) для выделения чистого (99,99% ) водорода. Примеси поглощаются адсорбентом. Десорбцию проводят за счет сброса давления с последующей продувкой адсорбента частью полученного водорода. Газы десорбции с помощью газодувки 15 направляют в аппарат 8 конверсии оксида углерода.The method is implemented as follows. Hydrogen is added to the natural gas supply line 1 (pressure 1.7 at) via line 2, heated in a heat exchanger 3 to 380 ^° C, subjected to desulfurization in apparatus 4, saturated with water vapor in saturator 5, and the amount of superheated steam necessary for balance is added. The vapor-gas mixture is heated in the heat exchanger 6 to 540 ^o C and sent to the Converter 7 methane. The converted gas is cooled from 750 ^o C sequentially in heat exchangers 6 and 3 and sent to the conversion of carbon monoxide to the apparatus 8. The gas from the carbon monoxide converter 8 is cooled in the heat exchanger 9 to 100 ^o C and sent to the condenser 10. The released condensate is heated in the heat exchanger 9 for the gas is cooled and returned to the saturator 5. The cooled converted gas is compressed in the compressor 11 to 18 ata, sent to the adsorber 12 to liberate carbon dioxide, which is a commercial product. A gas mixture containing hydrogen, CO, methane and nitrogen with carbon dioxide residues is sent to the short-cycle adsorption unit (CCA) 13 to liberate pure (99.99%) hydrogen. Impurities are absorbed by the adsorbent. Desorption is carried out by depressurizing, followed by purging of the adsorbent with part of the hydrogen produced. Desorption gases using gas blowing 15 are sent to the apparatus 8 for the conversion of carbon monoxide.

Возврат газов регенерации на конверсию оксида углерода позволяет снизить энергозатраты за счет уменьшения тепловой и газовой нагрузки на аппарат конверсии метана. The return of regeneration gases to the conversion of carbon monoxide can reduce energy costs by reducing the heat and gas load on the methane conversion apparatus.

Адсорбционная очистка конвертированного газа от диоксида углерода и паров воды перед КЦА позволяет получить товарный диоксид углерода; снизить нагрузку на блок КЦА; вернуть газы регенерации из блока КЦА на конверсию. Adsorption purification of converted gas from carbon dioxide and water vapor before CCA allows to obtain marketable carbon dioxide; reduce the load on the CCA unit; return the regeneration gases from the CCA unit for conversion.

Ведение паровой конверсии при давлении, близком к атмосферному, повышает степень превращения метана, что позволяет вернуть газы регенерации из блока КЦА в конвертор оксида углерода. Conducting steam conversion at a pressure close to atmospheric increases the degree of methane conversion, which allows returning the regeneration gases from the CCA unit to the carbon monoxide converter.

Включение в схему сатуратора позволяет существенно снизить расход пара на процесс и исключить из схемы котлы-утилизаторы. The inclusion of a saturator in the circuit can significantly reduce the steam consumption for the process and exclude waste heat boilers from the circuit.

Claims (2)

1. Способ получения водорода из углеводородного газа, включающий паровую конверсию углеводородного газа с получением газа, содержащего водород и оксид углерода, подачу полученного газа на конверсию оксида углерода, охлаждение конвертированного газа с отделением из него конденсата, выделение из конвертированного газа диоксида углерода, очистку полученного при этом газа от примесей методом короткоцикловой адсорбции при повышенном давлении с получением водорода, регенерацию адсорбента продувкой частью полученного водорода с получением газов регенерации, отличающийся тем, что короткоцикловую адсорбцию ведут при давлении 15 30 кгс/см², а газы регенерации после короткоцикловой адсорбции направляют на стадию конверсии оксида углерода.1. A method of producing hydrogen from a hydrocarbon gas, including steam reforming a hydrocarbon gas to produce a gas containing hydrogen and carbon monoxide, supplying the obtained gas to the conversion of carbon monoxide, cooling the converted gas to separate condensate from it, recovering carbon dioxide from the converted gas, purifying the obtained while the gas from impurities by the method of short-cycle adsorption at elevated pressure to produce hydrogen, regeneration of the adsorbent by blowing part of the hydrogen produced to obtain regeneration gas, characterized in that the pressure swing adsorption is conducted at a pressure of 15 30 kg / cm ^2, and after the regeneration gas is directed to pressure swing adsorption step of conversion of carbon monoxide. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что углеводородный газ перед подачей на паровую конверсию насыщают конденсатом путем сатурации. 2. The method according to claim 1, characterized in that the hydrocarbon gas is saturated with condensate by saturation before being fed to the steam reforming.