СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА ИЗ УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА Российский патент 1997 года по МПК C01B3/32 C01B3/56 

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.

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.

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.

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.

Задача изобретения повышение эффективности получения водорода за счет снижения расхода водяного пара и углеводородного газа, снижение выбросов газов регенерации в окружающую среду.

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.

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.

На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа.

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.

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.

Возврат газов регенерации на конверсию оксида углерода позволяет снизить энергозатраты за счет уменьшения тепловой и газовой нагрузки на аппарат конверсии метана.

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.

Ведение паровой конверсии при давлении, близком к атмосферному, повышает степень превращения метана, что позволяет вернуть газы регенерации из блока КЦА в конвертор оксида углерода.

Включение в схему сатуратора позволяет существенно снизить расход пара на процесс и исключить из схемы котлы-утилизаторы.

Использование: в производстве водорода. Сущность изобретения: углеводородный газ подвергают паровой конверсии. Полученный газ, содержащий водород и оксид углерода, подают на конверсию оксида углерода. Конвертированный газ охлаждают, отделяют от него конденсат, а затем диоксид углерода. После этого газ очищают от примесей методом короткоцикловой адсорбции с получением водорода. Адсорбент подвергают регенерации продувкой частью полученного водорода с получением газов регенерации, подаваемых на стадию конверсии оксида углерода. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

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. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что углеводородный газ перед подачей на паровую конверсию насыщают конденсатом путем сатурации.