Комплекс по производству, хранению и транспортировке водорода Российский патент 2022 года по МПК C01B3/02 

Комплекс по производству, хранению и транспортировке водорода может быть использован в химической, нефтеперерабатывающей, нефтегазохимической и других отраслях промышленности для получения водорода и его упрощенного, безопасного и эффективного транспорта на большие расстояния.

Топливно-энергетический комплекс, решая важнейшие задачи добычи и производства первичных энергетических ресурсов, их транспортировки и переработки в другие виды топлива и энергии, одновременно ищет пути решения экологических проблем, в частности, снижения углеродного следа – выбросов в атмосферу газов, способствующих созданию парникового эффекта, в первую очередь, диоксида углерода. Альтернативой углеводородному топливу для двигателей транспортных средств является электроэнергия и водород. Если учесть, что электроэнергия в значительной мере вырабатывается на основе сгорания газообразных и жидких углеводородов, то на обозримую перспективу водород станет базовым видом топлива как для наземного, так и для воздушного транспорта. В данной ситуации одной из задач, обеспечивающих эффективное использование водородного топлива, является поиск наиболее экологичных и легко реализуемых в промышленных масштабах способов производства, хранения и транспортировки водорода.

Чаще всего водород производят путем каталитической паровой конверсии метана в соответствии с уравнениями реакций:

СН₄ + Н₂О=СО+3Н₂;

СН₄ + 2Н₂О=СО₂+4Н₂;

СО+Н₂О=СО₂+Н₂.

Таким образом, из одной молекулы метана можно получить четыре молекулы водорода, однако при этом образуется также молекула диоксида углерода, формируя углеродный след. Аналогичным будет получение водорода из более тяжелых парафиновых углеводородов (этан, пропан, бутан и др.), содержащихся в природном газе и в легких прямогонных фракциях нефти.

Пока более энергоемким и дорогим, но экологически чистым является получение водорода электролизом воды:

2Н₂О= О₂ + 2Н₂.

Получение, накопление, хранение и транспортировка водорода изучены в различной степени. При этом, именно транспортировка водорода от предприятия-производителя до предприятия-потребителя является одной из самых сложных и дорогостоящих стадий процесса, которая может превышать стоимость получения самого водорода и осложняется рядом факторов. Важным является и тот факт, что реакционная способность водорода до сих пор недостаточно изучена, а ее негативные проявления, например, «стресс-коррозия» уже являются большой технической проблемой при эксплуатации газопроводов (Самедова Е. Россия захотела стать водородным лидером // Madeforminds, [Электронный ресурс] URL: https://www.dw.com/ru/rossija-zahotela-stat-vodorodnym-liderom/a-55426885, дата обращения 23.06.2021 г.).

Хранение в емкостях и транспортировка по трубопроводам водорода в газовой фазе затратны из-за низкой плотности водорода даже при достаточно высоком давлении, так при транспортировке водорода под давлением 30 МПа плотность сжатого газа всего 0,04 т/м³.Транспорт жидкого водорода с плотностью 0,07 т/м³ по дорогостоящим криогенным трубопроводам технически осложняется низкой температурой конденсации водорода – минус 252,7 ℃ при том, что критические температура и давление водорода составляют минус 239,9 ℃ и 1,28 МПа, соответственно.

Известна транспортировка водорода в газовой фазе в цилиндрических емкостях на трейлерах или железнодорожных платформах при давлении до 35 МПа и температуре 90 К (Алексеева О.К., Козлов С.И., Фатеев В.Н. Транспортировка водорода // Транспорт на альтернативном топливе. – 2011. – №3 (21). – С.18-24). Недостатком такой транспортировки водорода является низкая производительность: всего 100-700 кг при давлении 16-24 МПа из-за низкой плотности водорода, что может удовлетворить потребность только мелких потребителей, в частности, при доставке водорода на заправочные станции на небольшие расстояния.

Известно также судно для перевозки сжиженных газов, содержащее в своем корпусе грузовые отсеки, в которых размещены выполненные из пенобетона, термоизолированные призматические танки сжиженного газа, а внутренняя поверхность стенок которых облицована герметизирующим тонкостенным покрытием, которое выполнено из металла, обеспечивающего транспортировку сжиженного газа при криогенных температурах (патента изобретение RU 2429156, МПК В63В 25/08, В63В 25/16, заявлен 11.06.2010 г., опубликован 20.09.2011 г.). Недостатками изобретения являются:

• уменьшение объема танков за счет стенок из пенобетона;

• опасное снижение устойчивости судна из-за уменьшения в 7 раз его осадки при плотности сжиженного водорода 0,07 т/м³;

• непригодность для перевозки водорода из-за использования герметизирующего металлического тонкостенного покрытия стенок танков, поскольку при нарушении герметичности металлического покрытия вследствие водородной коррозии произойдут большие потери водорода через проницаемый пенобетон.

Известно устройство для создания водородного энергохимического комплекса, содержащее блок сероочистки, трубчатую печь с реакционными трубками, заполненными никелевым катализатором на подложке из оксида алюминия Al₂O₃, выполненную с входом для газовой смеси, содержащей природный газ и перегретый пар, с зоной наружного обогрева реакционных трубок и газовой горелкой для их наружного обогрева, газовую турбину с генератором электрической энергии для утилизации тепловой и кинетической энергии синтез-газа, выходящего из трубчатой печи, а также теплообменник для подогрева природного газа и пара перед подачей их в трубчатую печь, оно дополнительно содержит котел-утилизатор тепловой энергии синтез-газа, соединенный с выходом газовой турбины, реактор паровой конверсии оксида углерода с образованием диоксида углерода и водорода, блок короткоцикловой адсорбции (далее КЦА) для разделения водорода и диоксида углерода и распределитель-регулятор подачи водорода, соединенный с зоной наружного обогрева трубчатой печи через переключатель подачи топлива, с водородно-кислородными горелками на входе соответственно первого, второго и третьего водородных пароперегревателей, предназначенными для сгорания водорода в кислороде с образованием высокотемпературного пара, первую, вторую и третью паровые турбины, установленные на одном валу с общим генератором электрической энергии, распределитель подачи перегретого пара, один из входов которого соединен с выходом зоны наружного обогрева трубчатой печи, другой вход распределителя подачи перегретого пара соединен с выходом котла-утилизатора тепловой энергии синтез-газа, выход распределителя подачи перегретого пара соединен с одним из входов распределителя-регулятора подачи перегретого пара, причем первый водородный пароперегреватель соединен с входом первой паровой турбины, выход которой, в свою очередь, соединен со входом второго водородного пароперегревателя, соединенного со второй паровой турбиной, выход которой соединен со входом третьего водородного пароперегревателя, соединенного с третьей паровой турбиной, выход которой соединен с котлом-утилизатором тепловой энергии перегретого пара и с другим входом распределителя-регулятора подачи перегретого пара, соединенного, в свою очередь, со входом реакционных трубок трубчатой печи через распределитель-регулятор подачи природного газа (метана), с теплообменником подогрева природного газа, со входом первого водородного пароперегревателя, со входом электрориформера, выход котла-утилизатора тепловой энергии пара соединен с котлом-утилизатором тепловой энергии синтез-газа, а также с системой теплоснабжения; один выход электрориформера для получения метана на катализаторе из никеля, кобальта или рутения соединен с распределителем-регулятором подачи природного газа (метана) на входе трубчатой печи для его конверсии с паром, другой выход электрориформера соединен с распределителем-регулятором подачи кислорода на входы водородных горелок соответственно первого, второго, третьего водородных пароперегревателей и с входом зоны наружного обогрева реакционных трубок трубчатой печи, вход которой соединен с переключателем подачи топлива, соединенного с линией природного газа, а распределитель-регулятор подачи кислорода также соединен с установкой разделения воздуха на кислород и азот (патент на изобретение RU 2385836, МПК C01 B3/38, F01 K23/10, заявлен 07.04.2008 г., опубликован 10.04.2010 г.). Недостатками изобретения являются:

• использование в качестве 50 % сырья для производства водорода природного газа с образованием побочного продукта – диоксида углерода;

• получение водорода только в качестве энергоносителя для собственных нужд;

• монтаж дополнительных дорогостоящих установок разделения воздуха на азот и кислород и синтез метана из диоксида углерода и воды, чрезмерно усложняющих технологическую схему и снижающих экономическую эффективность системы в целом.

Известен также способ производства водорода, предназначенного для хранения и транспортировки, включающий получение гидрогенизированного ароматического соединения гидрогенизацией ароматического соединения в присутствии катализатора гидрогенизации, отделение и очистку гидрогенизированного ароматического соединения из реакционной смеси; хранение и/или транспортировку результирующего гидрогенизированного ароматического соединения в качестве носителя водорода для хранения и транспортировок, дегидрогенизацию гидрогенизированного ароматического соединения в присутствии катализатора дегидрогенизации, посредством чего производится водород, при гидрогенизации ароматического соединения используется реакционный газ, полученный посредством реакции риформинга, и реакции конверсии, которая регулирует концентрацию водорода от 30 до 70 об. %, в процессе гидрогенизации реакция метанизации остающегося монооксида углерода в реакционном газе выполняется одновременно с реакцией гидрогенизации ароматического соединения, при этом качестве ароматического соединения может быть использован толуол, а в качестве гидрогенизированного ароматического соединения – метилциклогексан (патент на изобретение RU 2532196, МПК C01B 3/22, С01В 3/38, заявлен 24.03.2011 г., опубликован 27.10.2014 г.). Недостатками изобретения являются:

• низкая глубина проработки способа, так как ароматическое соединение (толуол) поступает на гидрогенизацию в поток, где при существенном избытке водорода (табл. 1, поток №5 и табл. 2, поток № 6) присутствуют почти в таком же количестве, как избыток водорода, балластные пары воды и диоксида углерода, что приводит к нахождению в зоне каталитической реакции большого количества балластных компонентов, занимающих почти две трети объема реакционной зоны, и, как следствие, к неудовлетворительной работе реактора гидрирования, увеличению его размеров и расхода катализатора;

• потери водорода со сбрасываемым диоксидом углерода (табл. 1, поток 7), составляющие почти 20 % от вырабатываемого водорода.

Известна также наиболее близкая к заявляемому изобретению система подачи водорода, включающая: установку риформинга для осуществления парового риформинга углеводорода, блок конверсии монооксида углерода в диоксид углерода для получения газа, содержащего водород и диоксид углерода, первый абсорбер для абсорбции диоксида углерода, содержащегося в газе, полученном из блока конверсии монооксида углерода в диоксид углерода, в поглощающей жидкости, блок гидрирования для получения гидрированного ароматического соединения по реакции гидрирования ароматического соединения с использованием газа, который прошел через первый абсорбер, регенератор для извлечения диоксида углерода из поглощающей жидкости путем рециклирования поглощающей жидкости из первого абсорбера и нагрева поглощающей жидкости с помощью тепла, выделяющегося при реакции гидрирования, блок отделения водорода для выделения водорода из газа, который прошел через первый абсорбер, и подачи выделенного водорода в блок проведения реакции гидрирования и нагревательную печь для приема газа, остающегося после отделения водорода в блоке отделения водорода, сжигания этого газа и подачи тепла от его сгорания в установку риформинга (патент на изобретение RU 2667550, МПК Е21В 43/00, заявлен 05.08.2014 г., опубликован 21.09.2018 г.). Недостатками изобретения являются:

• привязка системы подачи водорода к месторождению природного газа с последующей закачкой образующегося диоксида углерода через скважины в подземные хранилища, что ограничивает регион применения изобретения дополнительными требованиями;

• закачка образующегося диоксида углерода через скважины в подземные хранилища, требующая включения в систему энергоемких устройств нагнетания диоксида углерода, что удорожает реализацию основного процесса системы подачи водорода;

• использование в качестве ароматического соединения моноциклических ароматических соединений (бензол, толуол и ксилол), бициклических ароматических соединений (нафталин, тетралин и метилнафталин) и трициклических ароматических соединений (антрацен) по отдельности или в виде смеси двух или нескольких подобных компонентов, так как согласно работе Каленчука А.Н. (Каленчук А.Н. Гетерогенно-каталитические реакции гидрирования-дегидрирования полициклических углеводородов как основа для хранения химически связанного водорода и его выделения: дисс. д-ра хим. наук: 02.00.15 / А.Н. Каленчук. – Москва. 2021. – 377 с.) при гидрировании бициклических, а тем более трициклических ароматических углеводородов необходима значительно большая температура и продолжительность контакта реакционной смеси с катализатором из-за образования промежуточного продукта, что увеличивает габариты реактора гидрирования и загрузку катализатора, аналогичное явление наблюдается и при дегидрировании, что существенно удорожает как капитальные, так и эксплуатационные затраты при реализации системы подачи водорода.

При создании изобретения была поставлена задача разработки высокоэффективного комплекса для производства, хранения и транспортировки водорода, обеспечивающего одновременно экологически чистое производство водорода и безопасный, технологически упрощенный его транспорт потребителям на большие расстояния.

Поставленная задача решается за счет того, что комплекс по производству, хранению и транспортировке водорода включает блок получения и выделения чистого водорода, блок гидрирования, резервуарный парк, распределительный терминал, материковый магистральный трубопровод, наливной пункт, связанные между собой трубопроводами, а также неограниченное количество предприятий-потребителей водорода, при этом блок получения и выделения чистого водорода содержит, по меньшей мере, последовательно расположенные установку получения водорода из водородсодержащего газа (далее ВСГ) и/или электролизную установку получения водорода, установку выделения чистого водорода, блок гидрирования содержит, по меньшей мере, установку гидрирования ароматического углеводорода с получением нафтенового углеводорода и установку очистки нафтенового углеводорода от примеси летучих компонентов, резервуарный парк содержит резервуары хранения нафтенового и ароматического углеводородов, полученный нафтеновый углеводород поступает в резервуарный парк на хранение или, минуя его, направляется на распределительный терминал для транспортировки с помощью материкового магистральный трубопровода и/или в наливной пункт с индивидуальной подачей в транспортные танкеры и/или железнодорожные и/или автомобильные цистерны для транспортировки неограниченному количеству предприятий-потребителей водорода, каждый из которых содержит, по крайней мере, резервуар хранения нафтенового углеводорода, установку дегидрирования нафтенового углеводорода с получением водорода и ароматического углеводорода, резервуар хранения ароматического углеводорода, ароматический углеводород от предприятий-потребителей водорода транспортируют в резервуарный парк по трубопроводам или с помощью транспортных танкеров и/или железнодорожных и/или автомобильных цистерн для использования в качестве реагента или для реализации в качестве товарного продукта, при этом перед транспортировкой к нафтеновому и/или ароматическому углеводородам добавляют органический разбавитель.

Важнейшее преимущество заявляемого комплекса – транспорт водорода в связанном состоянии путем его включения в состав жидкого трансформируемого углеводорода, насыщаемого водородом в процессе гидрирования и отдающего водород при дегидрировании, что предельно упрощает транспорт водорода с помощью трубопроводов, транспортных танкеров, железнодорожных и/или автомобильных цистерн, полностью исключая балластные или порожние рейсы транспортных средств.

Предлагаемая структура комплекса обеспечивает безопасное и экономичное осуществление всех этапов превращения водорода: получение, транспорт и реагентное использование. При возникновении условий, препятствующих использованию жидкого трансформируемого углеводорода, например, при изменении физико-химических свойств, предусмотрена возможность добавления органического разбавителя.

Целесообразно в блоке получения и выделения чистого водорода использовать электролизную установку получения водорода, а образующийся в качестве побочного продукта при электролизе воды кислород использовать в качестве реагента и/или реализовывать в качестве товарного продукта. Это обеспечивает дополнительную вариативность работы комплекса за счет того, что водород может вырабатываться как из ВСГ, который может быть получен, например, при пиролизе углеводородов, так и на самостоятельной электролизной установке получения водорода. В зависимости от способа получения водорода установка выделения водорода может включать установку КЦА и/или мембранного концентрирования водорода.

Целесообразно в качестве ароматического углеводорода использовать бензол или толуол, а в качестве нафтенового углеводорода – циклогексан или метилциклогенсан, соответственно, что обеспечивает максимальную производительность транспортировки водорода, которая лишена практически всех недостатков перемещения водорода по трубопроводу или в емкостях.

Целесообразно при транспортировке нафтенового углеводорода по материковому магистральному трубопроводу до предприятия-потребителя водорода поддерживать давление 2-5 МПа, что позволяет направлять нафтеновый углеводород непосредственно на установку дегидрирования нафтенового углеводорода. При этом в качестве материкового магистрального трубопровода для транспортировки нафтенового углеводорода можно использовать действующие или резервные продуктопроводы, которые подходят и для транспортировки ароматического углеводорода на установку гидрирования ароматического углеводорода от предприятия-потребителя водорода.

Рекомендуется перед транспортировкой при использовании в качестве нафтенового углеводорода циклогексана и в качестве ароматического углеводорода бензола добавлять к нафтеновому и ароматическому углеводородам циклический органический разбавитель в тех случаях, когда возникает опасность застывания циклогексана и бензола из-за температуры перехода в твердое состояние, соответственно, плюс 6,5 и плюс 5,5 ^оС.

Целесообразно циклический органический разбавитель использовать в осенний, зимний и/или весенний периоды при достижении минимальной температуры окружающей среды 0 ^оС и менее.

При использовании в качестве циклического органического разбавителя метилциклогексана его добавляют в полученный нафтеновый углеводород (циклогексан), поступающий в резервуарный парк на хранение или, минуя его, направляемый на распределительный терминал для транспортировки. Метилциклогексан имеет температуру замерзания минус 126,3 ^оС, поэтому смесь циклогексана и метилциклогексана будет иметь отрицательную температуру замерзания. Целесообразно, чтобы соотношение циклогексан:метилциклогексан находилось в диапазоне от 3,0 до 0,1 для температур замерзания смеси от 0 ^оС до минус 40 ^оС, полученном по приведенным в таблице 1 результатам расчетов. В этом случае комплекс должен дополнительно включать блок ректификационного выделения циклического органического разбавителя из нафтенового углеводорода, размещаемый между установкой очистки нафтенового углеводорода от примеси летучих компонентов и резервуарным парком.

При использовании в качестве циклического органического разбавителя толуола его направляют вместе с ароматическим углеводородом (бензолом) на установку гидрирования ароматического углеводорода с получением смеси циклогексана и метилциклогексана, поступающей в резервуарный парк на хранение или, минуя его, направляемой на распределительный терминал для транспортировки. Толуол имеет температуру замерзания минус 95 ^оС, поэтому смесь бензола и толуола будет иметь отрицательную температуру замерзания. Целесообразно, чтобы соотношение бензол:толуол находилось в диапазоне от 3,0 до 0,1 для температур замерзания смеси от 0 ^оС до минус 40 ^оС, полученном по приведенным в таблице 2 результатам расчетов. В этом случае комплекс должен дополнительно включать блок ректификационного выделения циклического органического разбавителя из ароматического углеводорода, поступающего от предприятий-потребителей водорода, размещаемый между резервуарным парком и установкой гидрирования ароматического углеводорода.

Необходимо, чтобы основное оборудование комплекса было рассчитано на производительность с учетом использования циклического органического разбавителя.

Возможен также вариант работы комплекса в холодное время года, когда в качестве органического разбавителя используют парафиновые углеводороды, например, гексан с температурами замерзания минус 95 и кипения плюс 69 ^оС.

На фигуре приведен один из вариантов осуществления комплекса по производству, хранению и транспортировке водорода с использованием следующих обозначений:

1-41 – трубопроводы;

100 – блок получения и выделения чистого водорода;

101 – установка получения водорода;

102 – установка выделения чистого водорода;

200 – блок гидрирования;

201 – установка гидрирования ароматического углеводорода;

202 – установка очистки нафтенового углеводорода от примеси летучих компонентов;

300 – резервуарный парк;

301 – резервуар хранения ароматического углеводорода;

302 – резервуар хранения нафтенового углеводорода;

400 – распределительный терминал;

500 – наливной пункт;

600, 800 – материковый магистральный трубопровод;

700 – блок предприятий-потребителей водорода;

701 – резервуарный парк с резервуарами хранения нафтенового и ароматического углеводородов;

702 – установка дегидрирования нафтенового углеводорода;

703 – установки, использующие водород в качестве сырья или реагента.

Комплекс по производству, хранению и транспортировке водорода согласно представленной схеме функционирует следующим образом. Сырьевой поток по трубопроводу 1 направляется на установку получения водорода 101, входящую в блок получения и выделения чистого водорода 100. Для получения водорода может использоваться любой из известных способов осуществления процесса: пиролиз углеводородов, паровой риформинг, риформинг с автоокислением, риформинг с частичным окислением природного газа и/или сжиженного нефтяного газа и/или попутного газа и др. В предпочтительном варианте для получения водорода используется электролизная установка получения водорода из воды. Полученный водород по трубопроводу 2 поступает на установку выделения чистого водорода 102, где в качестве сырья может также использоваться ВСГ любого нефтегазохимического производства, поступающий по трубопроводу 3. При этом установка выделения чистого водорода 102 может включать в себя установку КЦА и/или установку мембранного концентрирования водорода. В предпочтительном варианте, когда эксплуатируется электролизная установка получения водорода, водород отделяется от кислорода высокоэффективным процессом безнагревной КЦА с использованием активированных углей для сорбции водорода. Концентрирование водорода также можно осуществить с помощью установки мембранного концентрирования водорода, включающей, по меньшей мере фильтр, подогреватель и пермеатор, содержащий мембрану, обеспечивающую селективную проницаемость. Полученный чистый водород по трубопроводу 5 направляется в блок гидрирования 200. Поток остаточного газа по трубопроводу 4 направляется для дальнейшей переработки, например, в печах пиролиза или риформинга. При этом образующийся в предпочтительном варианте в качестве побочного продукта кислород может быть использован в качестве реагента в процессах окисления как окислитель или инициатор и/или реализован в качестве товарного продукта (на схеме не показано).

На установку гидрирования ароматического углеводорода 201 блока гидрирования 200 ароматический углеводород подается по трубопроводу 6 из резервуара хранения ароматического углеводорода 301 резервуарного парка 300. Кроме того, предусмотрена возможность приема в качестве сырья установки гидрирования ароматического углеводорода 201 ароматического углеводорода и чистого водорода со стороны по трубопроводам 7 и 8, соответственно.

Гидрирование ароматического углеводорода водородом осуществляется в присутствии селективного катализатора при температуре 150-250 °C и давлении 0,1-5 МПа. Полученный при гидрировании нафтеновый углеводород по трубопроводу 9 направляется на установку очистки нафтенового углеводорода от примеси летучих компонентов 202. Очистку проводят путем отдувки легких летучих примесей, которые закачиваются в топливную сеть по трубопроводу 10, а чистый нафтеновый углеводород по трубопроводу 11 подается в резервуар хранения нафтенового углеводорода 302 резервуарного парка 300, откуда по трубопроводу 14 поступает на распределительный терминал 400 и/или, минуя резервуарный парк 300, по трубопроводу 12 подается непосредственно на распределительный терминал 400 и/или по трубопроводу 13 – в наливной пункт 500. При этом перед транспортировкой в осенний, зимний и/или весенний периоды к нафтеновому углеводороду добавляют органический растворитель. Нафтеновый углеводород с распределительного терминала 400 по трубопроводу 16 поступает в материковый магистральный трубопровод 600, а из наливного пункта 500 на погрузку в автомобильные и/или железнодорожные цистерны и/или танкеры по трубопроводам 17-19 для дальнейшей транспортировки на блок предприятий-потребителей водорода 700. Предусмотрена также подача нафтенового углеводорода по трубопроводу 15 из распределительного терминала 400 в наливной пункт 500.

Нафтеновый углеводород из материкового магистрального трубопровода 600, а также после выгрузки из автомобильных или железнодорожных цистерн или танкеров через трубопроводы 20-23 поставляется в резервуарный парк с резервуарами хранения нафтенового и ароматического углеводородов 701 блока предприятий-потребителей водорода 700. При этом количество предприятий-потребителей водорода не ограничено. Кроме того, предусмотрена возможность подачи нафтенового углеводорода из материкового магистрального трубопровода 600 по трубопроводу 40 предприятиям-потребителям водорода, не входящим в состав комплекса.

Нафтеновый углеводород из резервуарного парка с резервуарами хранения нафтенового и ароматического углеводородов 701 по трубопроводу 36 подается на установку дегидрирования нафтенового углеводорода 702 с получением водорода и ароматического углеводорода любым известным способом. Выделенный таким образом чистый водород по трубопроводу 37 поступает на установки, использующие водород в качестве сырья или реагента, 703 с получением соответствующей товарной продукции, которая отводится по трубопроводу 38. Выделенный в результате дегидрирования ароматический углеводород по трубопроводу 39 подается в резервуарный парк с резервуарами хранения нафтенового и ароматического углеводородов 701 для транспортировки в резервуарный парк 300.

Ароматический углеводород из резервуарного парка с резервуарами хранения нафтенового и ароматического углеводородов 701 по трубопроводам 24-27 с помощью материкового магистрального трубопровода 800 и соответствующих видов транспорта поступает от предприятий-потребителей водорода и передается по системе трубопроводов 28-31 в резервуар хранения ароматического углеводорода 301 резервуарного парка 300. Кроме того, предусмотрена возможность подачи ароматического углеводорода в резервуарный парк 300 со стороны по трубопроводу 32. При этом перед транспортировкой в осенний, зимний и/или весенний периоды к нафтеновому углеводороду добавляют органический растворитель. Ароматический углеводород, возвращаемый на комплекс, снова используется в блоке гидрирования 200, предварительно поступая по трубопроводу 33 на установку очистки нафтенового углеводорода от примеси летучих компонентов 202, где происходит удаление накопленных легких микропримесей отдувкой. Легкие микропримеси направляются для закачки в топливную сеть по трубопроводу 34, а очищенный ароматический углеводород по трубопроводу 35 поступает в резервуар хранения ароматического углеводорода 301 для дальнейшей подачи на гидрирование по трубопроводу 6.

При снижении спроса на водород или при избытке ароматического углеводорода, поступающего на комплекс, ароматические углеводороды могут использоваться в качестве реагента или отправляться по трубопроводу 41 для реализации в качестве товарного продукта.

Таким образом, разработан высокоэффективный комплекс по производству, хранению и транспортировке водорода, обеспечивающий одновременно экологически чистое производство водорода и безопасный, технологически упрощенный его транспорт потребителям за счет прямой и обратной трансформации водорода в промежуточные соединения.

Изобретение относится к химической, нефтеперерабатывающей, нефтегазохимической и другим отраслям для получения водорода и его транспорта на большие расстояния. Комплекс включает блок получения и выделения чистого водорода, блок гидрирования, резервуарный парк, распределительный терминал, материковый магистральный трубопровод, наливной пункт, связанные между собой трубопроводами, неограниченное количество предприятий-потребителей водорода. Блок получения и выделения чистого водорода содержит последовательно расположенные установку получения водорода из водородсодержащего газа и/или электролизную установку, установку выделения чистого водорода, блок гидрирования содержит установку гидрирования ароматического углеводорода с получением нафтенового углеводорода и установку очистки нафтенового углеводорода от примеси летучих компонентов, резервуарный парк содержит резервуары хранения нафтенового и ароматического углеводородов. Полученный нафтеновый углеводород поступает в резервуарный парк на хранение или направляется на распределительный терминал для транспортировки с помощью материкового магистрального трубопровода и/или в наливной пункт с подачей в транспортные танкеры и/или железнодорожные и/или автомобильные цистерны для транспортировки неограниченному количеству предприятий-потребителей, каждый из которых содержит резервуар хранения нафтенового углеводорода, установку дегидрирования нафтенового углеводорода с получением водорода и ароматического углеводорода, резервуар хранения ароматического углеводорода. Ароматический углеводород от предприятий-потребителей транспортируют в резервуарный парк по трубопроводам или с помощью транспортных танкеров и/или железнодорожных и/или автомобильных цистерн для использования в качестве реагента или для реализации в качестве товарного продукта. Перед транспортировкой к нафтеновому и/или ароматическому углеводородам добавляют органический разбавитель. Обеспечивает одновременно экологически чистое производство водорода и безопасный технологически упрощенный его транспорт потребителям. 16 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Комплекс по производству, хранению и транспортировке водорода, включающий блок получения и выделения чистого водорода, блок гидрирования, резервуарный парк, распределительный терминал, материковый магистральный трубопровод, наливной пункт, связанные между собой трубопроводами, а также неограниченное количество предприятий-потребителей водорода, при этом блок получения и выделения чистого водорода содержит, по меньшей мере, последовательно расположенные установку получения водорода из водородсодержащего газа и/или электролизную установку получения водорода, установку выделения чистого водорода, блок гидрирования содержит, по меньшей мере, установку гидрирования ароматического углеводорода с получением нафтенового углеводорода и установку очистки нафтенового углеводорода от примеси летучих компонентов, резервуарный парк содержит резервуары хранения нафтенового и ароматического углеводородов, полученный нафтеновый углеводород поступает в резервуарный парк на хранение или, минуя его, направляется на распределительный терминал для транспортировки с помощью материкового магистрального трубопровода и/или в наливной пункт с индивидуальной подачей в транспортные танкеры и/или железнодорожные и/или автомобильные цистерны для транспортировки неограниченному количеству предприятий-потребителей водорода, каждый из которых содержит, по крайней мере, резервуар хранения нафтенового углеводорода, установку дегидрирования нафтенового углеводорода с получением водорода и ароматического углеводорода, резервуар хранения ароматического углеводорода, ароматический углеводород от предприятий-потребителей водорода траспортируют в резервуарный парк по трубопроводам или с помощью транспортных танкеров и/или железнодорожных и/или автомобильных цистерн для использования в качестве реагента или для реализации в качестве товарного продукта, при этом перед транспортировкой к нафтеновому и/или ароматическому углеводородам добавляют органический разбавитель.

2. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что образующийся на электролизной установке получения водорода при электролизе воды в качестве побочного продукта кислород используют в качестве реагента и/или реализуют в качестве товарного продукта.

3. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что установка выделения водорода включает установку короткоцикловой адсорбции и/или мембранного концентрирования водорода.

4. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в качестве ароматического углеводорода используют бензол или толуол.

5. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в качестве нафтенового углеводорода используют циклогексан или метилциклогексан.

6. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что нафтеновый углеводород транспортируют по материковому магистральному трубопроводу до предприятия-потребителя водорода под давлением 2-5 МПа.

7. Комплекс по п. 6, отличающийся тем, что в качестве материкового магистрального трубопровода для транспортировки нафтенового углеводорода используют действующие и/или резервные продуктопроводы.

8. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что при использовании в качестве нафтенового углеводорода циклогексана и в качестве ароматического углеводорода бензола перед их транспортировкой к нафтеновому и ароматическому углеводородам добавляют циклический органический разбавитель.

9. Комплекс по п. 8, отличающийся тем, что циклический органический разбавитель используют в осенний, зимний и/или весенний периоды при достижении минимальной температуры окружающей среды 0^оС и менее.

10. Комплекс по п. 9, отличающийся тем, что в качестве циклического органического разбавителя используют метилциклогексан.

11. Комплекс по п. 10, отличающийся тем, что соотношение циклогексан:метилциклогексан находится в диапазоне от 3,0 до 0,1.

12. Комплекс по п. 8, отличающийся тем, что комплекс дополнительно включает блок ректификационного выделения циклического органического разбавителя из нафтенового углеводорода, размещаемый между установкой очистки нафтенового углеводорода от примеси летучих компонентов и резервуарным парком.

13. Комплекс по п. 9, отличающийся тем, что в качестве циклического органического разбавителя используют толуол.

14. Комплекс по п. 13, отличающийся тем, что соотношение бензол:толуол находится в диапазоне от 3,0 до 0,1.

15. Комплекс по п. 8, отличающийся тем, что комплекс дополнительно включает блок ректификационного выделения циклического органического разбавителя из ароматического углеводорода, поступающего от предприятий-потребителей водорода, размещаемый между резервуарным парком и установкой гидрирования ароматического углеводорода.

16. Комплекс по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что основное оборудование комплекса рассчитывают на производительность с учетом использования циклического органического разбавителя.

17. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в качестве органического разбавителя используют парафиновые углеводороды.