Способ получения низкоуглеродного водорода из аммиака путем крекинга аммиака "Технология аммиачного крекинга-3000" и установка для его осуществления Российский патент 2023 года по МПК C01B3/04 B01D53/46 C01B5/00 C01B3/56 

Описание патента на изобретение RU2805747C1

Изобретение относится к технологиям получения низкоуглеродного водорода и из аммиака путем крекинга аммиака для дальнейшего использования низкоуглеродного водорода в качестве углеродно-нейтрального топлива или компримирования низкоуглеродного водорода для транспортировки по магистральным топливным системам к конечному потребителю.

Известно множество способов получения водорода путем крекинга аммиака при использовании топлива, продуктами горения которого является углекислый газ.

Недостаток таких способов и установок заключается в том, при крекинге аммиака при использовании топлива, продуктами горения которого является углекислый газ, происходят выбросы углекислого газа в атмосферу.

Известны также способы получения низкоуглеродного водорода путем крекинга аммиака, в которых в качестве топлива используют аммиак и азот-водородную смесь, которые при горении не образуют углекислый газ (WO2021/257944A1, опуб. 23.12.2021; WO2022/265648A1, опуб. 22.12.2022, WO2022/265651A1, опуб. 22.12.2022, CN111137853A, опуб. 12.05.2020, CN111957270A, опуб. 20.11.2020).

Наиболее близким к предложенному способу является способ получения низкоуглеродного водорода метом крекинга аммиака, по которому жидкий сырьевой аммиак делят на топливный и сырьевой аммиак и нагнетают двумя насосами, далее сырьевой жидкий аммиак нагревают, испаряют и перегревают до температуры выше 250°С в теплообменнике за счет рекуперации тепла от дымовых газов и от азот-водородной смеси (АВС), далее перегретый газообразный аммиак поступает в реактор крекинга аммиака, где происходит эндотермическое разложение аммиака на составляющие азот и водород, при этом источником энергии, требуемой для нормального протекания реакции, является тепло от сгорания углерод-нейтрального топливного газа - смесь топливного аммиака и дымовых газов из блока короткоцикловой адсорбции (PSA). После реактора смесь азота и водорода с остаточным содержанием аммиака направляют (предпочтительно через аппарат воздушного охлаждения) в блок PSA для выделения водорода, а дымовые газы после теплообменника отводят. На чертежах показан один теплообменник, но на практике используют ряд теплообменников. Первоначальный нагрев и испарение сжатого сырьевого аммиака может осуществляться с помощью другого источника тепла, такого как вода или окружающий воздух (WO2022/265649A1, опуб. 22.12.2022).

Наиболее близкой к предложенной установке является установка для осуществления вышеуказанного способа, содержащая теплообменник (или ряд теплообменников), реактор крекинга аммиака, линию сырьевого аммиака, линию топливного аммиака, линию подачи воздуха, линию азот-водородной смеси (АВС) и линию дымовых газов. Линия сырьевого аммиака включает последовательно соединенные насос жидкого сырьевого аммиака, первое теплообменное пространство теплообменника (или ряда теплообменников) и трубопровод подачи перегретого аммиака в реактор. Линия топливного аммиака включает последовательно соединенные насос жидкого топливного аммиака, второе теплообменное пространство теплообменника, смеситель и печь реактора. Линия подачи воздуха включает компрессор, третье теплообменное пространство теплообменника и печь реактора. Линия АВС включает четвертое теплообменное пространство теплообменника, аппарат воздушного охлаждения, блок PSA (короткоцикловой адсорбции), трубопровод отходящих газов, не являющихся целевыми продуктами работы блока PSA, пятое теплообменное пространство теплообменника, смеситель и печь реактора. Смеситель может отсутствовать, и компоненты могут подаваться на сгорание в печь реактора по отдельности. С блоком PSA соединена линия отвода водорода и линия дымовых газов, которая включает шестое теплообменное пространство теплообменника и трубопровод отвода дымовых газов (WO2022/265649A1, опуб. 22.12.2022).

Известные способ и установка имеют следующие недостатки. Дымовые газы, охлаждаемые в многопоточном теплообменнике, имеют высокую температуру, при которой использование дымососа для подачи его на дальнейшую обработку приводит к увеличению энергопотребления из-за того, что, дымовые газы при более высокой температуре имеют больший объемный расход, другими словами при постоянстве массового расхода более нагретый газ занимает больший объем и необходимо больше энергии для его перекачки.

Кроме того, использование многопоточных теплообменных аппаратов с фазовыми переходами (испарение сырьевого и топливного аммиака) может привести к высоким вибрационным нагрузкам и снижению общей надежности производства.

Технической проблемой, решаемой предлагаемой технологией получения низкоуглеродного водорода, является повышение общей эффективности процесса получения низкоуглеродного водорода и обеспечение возможности получения дополнительного продукта - дистиллированной воды.

Техническая проблема решается способом получения водорода из аммиака, заключающимся в том, что жидкий аммиак нагнетают, жидкий сырьевой аммиак нагревают и испаряют и перегревают газообразный сырьевой аммиак, который подают в реактор крекинга аммиака, охлаждают полученную в результате крекинга аммиака азот-водородную смесь и выделяют из нее водород, жидкий топливный аммиак нагревают и испаряют и перегревают газообразный топливный аммиак, смешивают его с газовыми сдувками, полученными при выделении водорода, и подают полученный топливный газ вместе с нагретым воздухом в реактор крекинга аммиака для сгорания, при этом тепло дымовых газов используют для нагрева сырьевого аммиака, а также воздуха и топливного газа, согласно изобретению, используют реактор крекинга аммиака используют реактор крекинга аммиака, выход которого для дымовых газов соединен с блоком теплоиспользующей аппаратуры (БТА), с помощью которого используют тепло дымовых газов и в пространстве которого расположены змеевик для нагрева газообразного аммиака, змеевик для нагрева топливного газа, змеевик для нагрева воздуха, змеевик для нагрева теплоносителя и змеевик для нагрева жидкого сырьевого аммиака перед выходом из БТА для дымовых газов, при этом испарение и перегрев сырьевого аммиака осуществляют в соответствующих рекуперативных теплообменниках за счет тепла азот-водородной смеси, после чего нагревают газообразный сырьевой аммиак с использованием тепла дымовых газов, испарение и перегрев топливного аммиака осуществляют в других соответствующих рекуперативных теплообменниках с использованием теплоносителя, который нагревают за счет тепла дымовых газов, использование тепла дымовых газов для нагрева жидкого сырьевого аммиака осуществляют перед выходом дымового газа из БТА, после чего повышают давление использованных дымовых газов, охлаждают и выделяют из них сконденсированную дистиллированную воду, а обезвоженные дымовые газы направляют в атмосферу.

Кроме того, испарение и перегрев сырьевого аммиака осуществляют в соответствующих рекуперативных теплообменниках за счет тепла азот-водородной смеси, после чего нагревают газообразный сырьевой аммиак с использованием тепла дымовых газов.

Кроме того, испарение и перегрев топливного аммиака осуществляют в других соответствующих рекуперативных теплообменниках с использованием теплоносителя, который нагревают за счет тепла дымовых газов.

Выделение водорода из азот-водородной смеси может осуществляться путем короткоцикловой адсорбции.

Возможно также осуществление выделения водорода путем мембранного выделения.

Предпочтительно осуществлять разделение потока аммиака на жидкий сырьевой аммиак и жидкий топливный аммиак после нагнетания жидкого аммиака.

Целесообразно также подавать с дымовыми газами часть газообразного топливного аммиака в межтрубное пространство БТА для нейтрализации оксидов азота.

Техническая проблема решается также установкой для получения водорода из аммиака, содержащей насос жидкого аммиака, линию нагрева сырьевого аммиака, линию нагрева топливного аммиака, реактор крекинга аммиака с блоком теплоиспользующей аппаратуры (БТА), линию нагрева воздуха и линию очистки, при этом БТА соединен с выходом реактора для дымовых газов, и в его пространстве расположены змеевик для нагрева газообразного аммиака, змеевик для нагрева топливного газа, змеевик для нагрева воздуха, змеевик для нагрева теплоносителя и змеевик для нагрева жидкого сырьевого аммиака перед выходом из БТА для дымовых газов, линия нагрева сырьевого аммиака включает змеевик нагрева жидкого сырьевого аммиака БТА, первый рекуперативный теплообменник - испаритель сырьевого аммиака, второй теплообменник - перегреватель сырьевого аммиака и змеевик нагрева газообразного сырьевого аммиака БТА и соединена с реакционными трубами реактора крекинга аммиака, линия нагрева топливного аммиака включает третий рекуперативный теплообменник - нагреватель жидкого топливного аммиака и четвертый рекуперативный теплообменник - испаритель топливного аммиака, который соединен со змеевиком нагрева топливного газа БТА, соединенным с горелкой реактора крекинга аммиака, выходы реакционных труб реактора соединены со вторым и первым рекуперативными теплообменниками и с линией очистки, включающей по меньшей мере один аппарат воздушного охлаждения и установку выделения водорода, выход которой для газовых сдувок соединен с линией нагрева топливного аммиака перед входом в змеевик для нагрева топливного газа БТА, а линия нагрева воздуха включает средство подачи воздуха и змеевик нагрева воздуха БТА, соединенный с горелкой реактора крекинга аммиака, причем выход БТА для дымовых газов последовательно соединен с дымососом, по меньшей мере одним другим аппаратом воздушного охлаждения и сепаратором для отделения дистиллированной воды.

Кроме того, третий рекуперативный теплообменник - нагреватель жидкого топливного аммиака, и четвертый рекуперативный теплообменник - испаритель топливного аммиака включены параллельно в контур теплоносителя, включающий соединенный с ними змеевик нагрева теплоносителя БТА и насос рециркуляции теплоносителя.

В предпочтительном варианте рекуперативные теплообменники представляют собой теплообменники кожухотрубной конструкции.

Установка выделения водорода может представлять собой блок короткоцикловой адсорбции.

В другом варианте установка выделения водорода может представлять собой установку мембранного выделения водорода.

Целесообразно линии нагрева сырьевого аммиака и топливного аммиака соединить параллельно с выходом насоса жидкого аммиака.

Также целесообразно, чтобы линия нагрева топливного аммиака имела ответвление, соединенное с межтрубным пространством БТА для дымовых газов.

Технический результат, достигаемый при использовании предложенных способа и устройства, заключается в обеспечении возможности получения из дымовых газов дополнительного продукта - дистиллированной воды вследствие обеспечения охлаждения выходящих дымовых газов в блоке теплоиспользующей аппаратуры до температур порядка +60 град.С. Кроме того, реализация испарения и перегрева сырьевого аммиака потоком азот-водородной смеси позволяет повысить энергоэффективность установки за счет нагрева сырьевого аммиака до температуры близкой к температуре начала реакции, что приводит к снижению общего потребления топливного аммиака.

На чертеже изображена схема исполнения предложенной установки.

Установка для получения низкоуглеродного водорода содержит линию нагрева сырьевого жидкого аммиака, реактор крекинга аммиака с БТА (блоком теплоиспользующей аппаратуры), линию нагрева топливного аммиака, линию нагрева воздуха, линию очистки и линию конденсации воды.

Линия нагрева сырьевого жидкого аммиака включает последовательно соединенные насос 1 жидкого аммиака, змеевик 12 БТА, рекуперативный теплообменник - испаритель 2 жидкого аммиака, рекуперативный теплообменник - перегреватель 3 газообразного аммиака и змеевик 8 БТА.

Реактор 4 крекинга аммиака с реакционными трубами 5 включает в себя азот-водородную горелку 6. Линия нагрева воздуха включает воздуходувку 7 и змеевик 9 БТА, соединенный с горелкой 6. БТА соединен с выходом реактора 4 для дымовых газов, и в его пространстве последовательно расположены змеевик 8 для нагрева газообразного аммиака, змеевик 9 для нагрева топливного газа, змеевик 10 для нагрева воздуха, змеевик 11 для нагрева теплоносителя и змеевик 12 для нагрева жидкого аммиака перед выходом из БТА для дымовых газов.

Линия нагрева топливного аммиака включает в себя последовательно соединенные третий рекуперативный теплообменник 13 - нагреватель 13 жидкого топливного аммиака и четвертый рекуперативный теплообменник - испаритель 14 жидкого топливного аммиака и средство 15 понижения давления. Указанные нагреватель 13 и испаритель 14 включены в контур теплоносителя, предпочтительно масла, который включает соединенный с ними змеевик 11 БТА и насос 16 рециркуляции теплоносителя.

Линия очистки включает в себя аппарат или аппараты 17 воздушного охлаждения (АВО), установку выделения водорода - блок 18 короткоцикловой адсорбции (КЦА) и средство 19 понижения давления для отходящих газов - газовых сдувок, не являющихся целевыми продуктами работы блока 18 КЦА. Линия очистки и линия нагрева топливного аммиака соединены в одну линию, которая соединена со змеевиком 9 БТА. Дополнительно предусмотрен компрессор 23 для компримирования выходящего из блока 18 КЦА низкоуглеродного водорода при необходимости его транспортировки на дальние расстояния.

В другом варианте выполнения установки линия очистки содержит после АВО 17 по меньшей мере один компрессор азот-водородной смеси и по меньшей мере один АВО для снятия теплоты компримирования и вместо блока КЦА установку мембранного выделения водорода (на чертеже не показаны), что в свою очередь позволяет получать продуктовый низкоуглеродный водород высокого давления и исключает необходимость компрессора 23 низкоуглеродного водорода.

Линия нагрева топливного аммиака перед соединением ее с линией очистки имеет ответвление, соединенное с пространством БТА.

Линия конденсации воды включает соединенный с выходом БТА аппарат или аппараты 21 воздушного охлаждения (АВО) и сепаратор 22 для производства дистиллированной воды и дымовых обезвоженных газов.

В качестве приводов насоса 1 жидкого аммиака, насоса 16 рециркуляции теплоносителя и компрессора 23 низкоуглеродного водорода предлагается применять электродвигатели, работающие от ветряной электростанции, но не ограничиваясь ими. Источником энергии для двигателей могут быть все углерод-нейтральные или «зеленые» источники электроэнергии или газотурбинные двигатели.

Способ получения низкоуглеродного водорода из аммиака получил условное наименование «Технология аммиачного крекинга - 3000» («ТАК-3000»). Способ осуществляется следующим образом.

Жидкий аммиак поступает на насос 1 жидкого аммиака, где он нагнетается до давления порядка 2,5-4,0 МПа и после этого делится на топливный и сырьевой аммиак в соотношении 5-10% / 90-95% соответственно. Далее жидкий сырьевой аммиак нагревается до температуры, близкой к температуре начала кипения аммиака при этом давлении, с запасом ниже на 2-10 град. С температуры начала кипения, за счет рекуперации тепла от дымовых газов в змеевике 12 БТА, далее испаряется с перегревом в 2-10 град.С в испарителе 2 за счет тепла от азот-водородной смеси (АВС), после чего газообразный сырьевой аммиак перегревается до температуры порядка +360 град.C за счет тепла от АВС в перегревателе 3. Далее перегретый газообразный аммиак поступает в змеевик 8 БТА и нагревается до температуры порядка +400 град.C и направляется в реакционные трубы 5 реактора 4 крекинга аммиака, где происходит эндотермическое разложение аммиака при давлении порядка 2-3,5 МПа и температуре порядка +450-1000 град.C на составляющие азот и водород. Источником энергии, требуемой для нормального протекания реакции, является тепло от сгорания топливного газа. В качестве катализаторов могут применяться катализаторы, например, выбранные из ряда (но не ограничиваясь): Ru/Al2O3, Ni/Al2O3, Ru/CeO2, Ni/CeO2.

После реактора 4 крекинга аммиака АВС с остаточным содержанием аммиака порядка 0,9 мол. % с давлением порядка 2-3,5 МПа и температурой порядка +450-1000 град.C поступает в систему рекуперативных теплообменников - перегревателя 3 и испарителя 2 и в АВО 17, где охлаждается до температуры порядка +35 град.C за счет теплообмена с сырьевым аммиаком и окружающей средой, и затем направляется в блок 18 КЦА (или установку мембранного выделения водорода) для выделения низкоуглеродного водорода чистотой порядка 99,97% масс.

Газовые сдувки блока 18 КЦА, содержащие азот, водород и аммиак, дросселируются с помощью средства 19 понижения давления до давления порядка 0,16 МПа (изб.) и направляются на смешение с газообразным топливным аммиаком перед змеевиком 9 БТА. Жидкий топливный аммиак поступает для нагрева в теплообменник 13, где происходит его нагрев с запасом ниже на 2-10 град.С температуры начала кипения аммиака при этом давлении за счет нагрева теплоносителем типа масла, далее испаряется с перегревом в 2-10 град.С в испарителе 14 за счет нагрева теплоносителем типа масла и выходит с температурой порядка +76 град.С. Далее перегретый топливный аммиак последовательно дросселируется до давления 0,16 МПа (изб.) с помощью средства 15 понижения давления и смешивается с газовыми сдувками блока 18 КЦА перед змеевиком 9 БТА, далее, проходя змеевик 9, топливный газ нагревается до температуры порядка +600 град.С и поступает в горелку 6 для выделения энергии, требуемой для нормального протекания эндотермической реакции крекинга аммиака.

Воздух окружающей среды принудительно направляется с помощью воздуходувки 7 для нагрева в змеевике 10 БТА до температуры порядка +300 град.С. и затем направляется в горелку 6 для осуществления сгорания углерод-нейтрального топлива, включающего преимущественно, но не ограничиваясь, аммиак, азот, водород и остаточные следы воды.

Теплоноситель (например, масло) с давлением порядка 50 кПа (изб.) и температурой порядка +190 град.С поступает на насос 16 рециркуляции теплоносителя и нагнетается до рабочего давления контура теплоносителя, затем направляется параллельно в нагреватель 13 и испаритель 14 в соотношении порядка 34% / 66% соответственно, где охлаждается до температуры порядка +170 град.С, после чего направляется на повторный нагрев в змеевик 11 БТА до температуры порядка +190 град.С.

Дымовые газы с температурой порядка +450-+1000 град.С из реактора 4 крекинга аммиака направляются в межтрубное пространство БТА, последовательно проходя змеевики 8,9,10,11,12 охлаждаются до температуры порядка +60 град.С и с помощью дымососа 20 направляются в АВО 21 для конденсации воды, после чего отделение сконденсированной дистиллированной воды происходит в сепараторе 22. Дымовые газы после сепаратора 22 состоят из азота, остаточной воды и примесей воздуха и направляются в атмосферу, а остаточные следы NOx нейтрализуются с помощью подвода в межтрубное пространство БТА газообразного топливного аммиака, тем самым технологическая схема приобретает статус углерод-нейтральной или низкоуглеродной.

В отличие от прототипа из дымовых газов путем конденсирования на АВО 21 производится дополнительный продукт - дистиллированная вода, которая образовывается в результате горения углерод-нейтрального топлива. За счет более глубокой рекуперации тепла дымовых газов сырьевым жидким аммиаком в змеевике 12 БТА до температуры порядка +60°С становится возможным производить дополнительный продукт в виде дистиллированной воды за счет повышения давления дымовых газов на дымососе и конденсации воды из них за счет охлаждения окружающей средой. В прототипе, где рекуперация тепла производится до более высокой температуры, использование дымососов при более высоких температурах на входе и выходе из него приводит к увеличению энергопотребления из-за того, что, дымовые газы при более высокой температуре имеют больший объемный расход, другими словами при постоянстве массового расхода более нагретый газ занимает больший объем и необходимо больше энергии для его перекачки. В отличие от прототипа в предлагаемых способе и установке подготовка сырьевого аммиака происходит последовательно, сырьевой аммиак нагревается в змеевике 12 БТА теплом дымовых газов, затем испаряется в отдельном теплообменнике 2 теплом азот-водородной смеси, перегревается теплом азот-водородной смеси в теплообменнике 3 и нагревается до температуры близкой к температуре начала реакции в змеевике 8 БТА. Испарение сырьевого аммиака в отдельном теплообменнике азот-водородной смеси позволяет использовать теплообменное оборудование простой кожухотрубной конструкции с испарительным пространством, что упрощает аппаратурной оформление процесса, а также исключает использование многопоточных теплообменных аппаратов с фазовыми переходами, что может привести к высоким вибрационным нагрузкам и снижению общей надежности производства. Также, использование теплообменного оборудования простой кожухотрубной конструкции позволяет увеличивать производительность технологической линии за счет параллельной установки необходимого количества аппаратов, что невозможно осуществить в многопоточном теплообменнике, представленном в прототипе. Помимо этого, реализация испарения и перегрева сырьевого аммиака потоком азот-водородной смеси позволяет производить более глубокую рекуперацию тепла дымовых газов, что в свою очередь повышает энергоэффективность установки за счет нагрева сырьевого аммиака до температуры близкой к температуре начала реакции, что приводит к снижению общего потребления топливного аммиака, так как меньше тепла требуется для нагрева сырьевого аммиака до температуры начала реакции.

Также отличие предлагаемого технического решения заключается в том, что, нагрев топливного аммиака происходит в отдельном контуре теплоносителя, предпочтительно типа масла, что позволяет расширить область тоннажности способа и установки с малотоннажного до крупнотоннажного, потому что использование системы последовательных рекуперативных теплообменников отдельно для сырьевого аммиака и для топливного аммиака снижает единичную мощность оборудования, но позволяет увеличить общую производительность установки в целом.

Похожие патенты RU2805747C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ПАРА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ АММИАКА 2004
  • Пресняков Н.И.
  • Соколов А.М.
RU2244133C1
ГЕТТЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ КРЕКИНГА АММИАКА 1998
  • Боффито Клаудио
  • Бэйкер Джон Д.
RU2173295C2
Способ производства низкоуглеродного водорода и электрической энергии 2023
  • Петин Сергей Николаевич
  • Голдобин Денис Дмитриевич
  • Кислицын Максим Андреевич
  • Борисов Антон Александрович
  • Лугвищук Дмитрий Сергеевич
  • Гашо Евгений Геннадьевич
RU2816114C1
Способ получения низкоуглеродного аммиака из природного газа "Аммиак декарбонизированный - 2500" 2023
  • Углов Александр Юрьевич
  • Никулин Станислав Александрович
  • Руденко Сергей Владимирович
  • Седавных Дмитрий Николаевич
  • Лепский Владимир Николаевич
  • Дурова Анна Александровна
  • Ахметшин Алексей Рафаильевич
  • Шляпин Игорь Александрович
RU2808330C1
СИСТЕМА ПЕЧИ ДЛЯ КРЕКИНГА И СПОСОБ КРЕКИНГА УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ В НЕЙ 2018
  • Оуд, Петер
RU2764677C2
ПРОЦЕСС РИФОРМИНГА ПРИРОДНОГО ГАЗА В ПРОИЗВОДСТВЕ АММИАКА 2003
  • Бершанский В.П.
  • Колосовский А.Л.
  • Овчинников В.Б.
  • Погорелкин С.А.
RU2234458C1
Способ получения низкоуглеродного аммиака из природного газа "Аммиак декарбонизированный-3000" 2023
  • Углов Александр Юрьевич
  • Никулин Станислав Александрович
  • Руденко Сергей Владимирович
  • Седавных Дмитрий Николаевич
  • Лепский Владимир Николаевич
  • Дурова Анна Александровна
  • Ахметшин Алексей Рафаильевич
  • Шляпин Игорь Александрович
RU2808874C1
СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЦЕННЫХ ПРИМЕСЕЙ ИЗ ПРИРОДНОГО ГЕЛИЙСОДЕРЖАЩЕГО УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ АЗОТА 2014
  • Мнушкин Игорь Анатольевич
RU2597081C2
Система питания двигателя внутреннего сгорания водородным топливом на основе аммиака 2021
  • Сиротин Павел Владимирович
  • Азаренков Андрей Александрович
  • Волик Андрей Владимирович
RU2778415C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2013
  • Чуканин Михаил Геннадьевич
  • Тихонов Виктор Иванович
  • Щучкин Михаил Несторович
  • Вихорева Юлия Васильевна
  • Пищурова Ирина Анатольевна
RU2539656C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 805 747 C1

Реферат патента 2023 года Способ получения низкоуглеродного водорода из аммиака путем крекинга аммиака "Технология аммиачного крекинга-3000" и установка для его осуществления

Изобретение относится к получению низкоуглеродного водорода, используемого в качестве углеродно-нейтрального топлива или для компримирования и транспортировки по магистральным топливным системам к конечному потребителю. Для получения водорода из аммиака жидкий аммиак нагнетают насосом 1. Жидкий сырьевой аммиак нагревают, испаряют и перегревают в змеевике 8 блока теплоиспользующей аппаратуры (БТА). Газообразный сырьевой аммиак подают в реактор 4 крекинга аммиака, охлаждают полученную в результате крекинга аммиака азот-водородную смесь в аппарате 17 воздушного охлаждения и выделяют из нее водород на установке 18. Жидкий топливный аммиак нагревают, испаряют и перегревают газообразный топливный аммиак, смешивают его с газовыми сдувками, полученными при выделении водорода, и подают полученный топливный газ вместе с нагретым воздухом в реактор 4 крекинга аммиака для сгорания. Выход для дымовых газов реактора 4 крекинга аммиака соединен с БТА, с помощью которого используют тепло дымовых для нагрева газообразного сырьевого аммиака, а также воздуха и топливного газа в змеевиках 8, 10 и 9 соответственно. Тепло дымовых газов для нагрева жидкого сырьевого аммиака используют перед выходом дымового газа из БТА в змеевике 12. Повышают давление использованных дымовых газов, охлаждают и выделяют из них сконденсированную дистиллированную воду в сепараторе 22. Обезвоженные дымовые газы направляют в атмосферу. Испарение и перегрев сырьевого аммиака осуществляют в соответствующих рекуперативных теплообменниках 2 и 3. Испарение и перегрев топливного аммиака осуществляют в других соответствующих рекуперативных теплообменниках 13 и 14 с использованием теплоносителя, который нагревают за счет тепла дымовых газов в змеевике 11. Предложена также установка для получения водорода из аммиака. Изобретения позволяют обеспечить возможность получения из дымовых газов дополнительного продукта – дистиллированной воды вследствие обеспечения охлаждения выходящих дымовых газов в блоке теплоиспользующей аппаратуры до температуры порядка 60°С, повысить энергоэффективность установки. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула изобретения RU 2 805 747 C1

1. Способ получения водорода из аммиака, заключающийся в том, что жидкий аммиак нагнетают, жидкий сырьевой аммиак нагревают и испаряют и перегревают газообразный сырьевой аммиак, который подают в реактор крекинга аммиака, охлаждают полученную в результате крекинга аммиака азот-водородную смесь и выделяют из нее водород, жидкий топливный аммиак нагревают и испаряют и перегревают газообразный топливный аммиак, смешивают его с газовыми сдувками, полученными при выделении водорода, и подают полученный топливный газ вместе с нагретым воздухом в реактор крекинга аммиака для сгорания, при этом тепло дымовых газов используют для нагрева сырьевого аммиака, а также воздуха и топливного газа, отличающийся тем, что используют реактор крекинга аммиака, выход которого для дымовых газов соединен с блоком теплоиспользующей аппаратуры (БТА), с помощью которого используют тепло дымовых газов и в пространстве которого расположены змеевик для нагрева газообразного аммиака, змеевик для нагрева топливного газа, змеевик для нагрева воздуха, змеевик для нагрева теплоносителя и змеевик для нагрева жидкого сырьевого аммиака перед выходом из БТА для дымовых газов, при этом испарение и перегрев сырьевого аммиака осуществляют в соответствующих рекуперативных теплообменниках за счет тепла азот-водородной смеси, после чего нагревают газообразный сырьевой аммиак с использованием тепла дымовых газов, испарение и перегрев топливного аммиака осуществляют в других соответствующих рекуперативных теплообменниках с использованием теплоносителя, который нагревают за счет тепла дымовых газов, использование тепла дымовых газов для нагрева жидкого сырьевого аммиака осуществляют перед выходом дымового газа из БТА, после чего повышают давление использованных дымовых газов, охлаждают и выделяют из них сконденсированную дистиллированную воду, а обезвоженные дымовые газы направляют в атмосферу.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выделение водорода из азот-водородной смеси осуществляют путем короткоцикловой адсорбции.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выделение водорода осуществляют путем мембранного выделения.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после нагнетания жидкого аммиака осуществляют разделение его потока на жидкий сырьевой аммиак и жидкий топливный аммиак.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в межтрубное пространство БТА с дымовыми газами подают часть газообразного топливного аммиака для нейтрализации оксидов азота.

6. Установка для получения водорода из аммиака, содержащая насос жидкого аммиака, линию нагрева сырьевого аммиака, линию нагрева топливного аммиака, реактор крекинга аммиака, блок теплоиспользующей аппаратуры (БТА), линию нагрева воздуха и линию очистки, при этом БТА соединен с выходом реактора для дымовых газов, и в его пространстве расположены змеевик для нагрева газообразного аммиака, змеевик для нагрева топливного газа, змеевик для нагрева воздуха, змеевик для нагрева теплоносителя и змеевик для нагрева жидкого сырьевого аммиака перед выходом из БТА для дымовых газов, линия нагрева сырьевого аммиака включает змеевик нагрева жидкого сырьевого аммиака БТА, первый рекуперативный теплообменник - испаритель сырьевого аммиака, второй теплообменник - перегреватель сырьевого аммиака и змеевик нагрева газообразного сырьевого аммиака БТА и соединена с реакционными трубами реактора крекинга аммиака, линия нагрева топливного аммиака включает третий рекуперативный теплообменник - нагреватель жидкого топливного аммиака и четвертый рекуперативный теплообменник - испаритель топливного аммиака, который соединен со змеевиком нагрева топливного газа БТА, соединенным с горелкой реактора крекинга аммиака, выходы реакционных труб реактора соединены со вторым и первым рекуперативными теплообменниками и с линией очистки, включающей по меньшей мере один аппарат воздушного охлаждения и установку выделения водорода, выход которой для газовых сдувок соединен с линией нагрева топливного аммиака перед входом в змеевик для нагрева топливного газа БТА, а линия нагрева воздуха включает средство подачи воздуха и змеевик нагрева воздуха БТА, соединенный с горелкой реактора крекинга аммиака, причем выход БТА для дымовых газов последовательно соединен с дымососом, вторым по меньшей мере одним другим аппаратом воздушного охлаждения и сепаратором для отделения дистиллированной воды.

7. Установка по п. 6, в которой третий рекуперативный теплообменник - нагреватель жидкого топливного аммиака и четвертый рекуперативный теплообменник - испаритель топливного аммиака включены параллельно в контур теплоносителя, включающий соединенный с ними змеевик нагрева теплоносителя БТА и насос рециркуляции теплоносителя.

8. Установка по п. 6, в которой рекуперативные теплообменники представляют собой теплообменники кожухотрубной конструкции.

9. Установка по п. 6, в которой установка выделения водорода представляет собой блок короткоцикловой адсорбции.

10. Установка по п. 6, в которой установка выделения водорода представляет собой установку мембранного выделения водорода.

11. Установка по п. 6, в которой линии нагрева сырьевого аммиака и топливного аммиака соединены параллельно с выходом насоса жидкого аммиака.

12. Установка по п. 6, в которой линия нагрева топливного аммиака имеет ответвление, соединенное с межтрубным пространством БТА для дымовых газов.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2023 года RU2805747C1

WO 2022265649 A1, 22.12.2022
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ОТ ВОДЯНЫХ ПАРОВ 2020
  • Попов Александр Ильич
  • Щеклеин Сергей Евгеньевич
RU2758850C1
WO 2022265648 A1, 22.12.2022
Установка для каталитического разложения аммиака 1947
  • Вишневский М.Н.
SU71652A1
WO 2022096529 A1, 12.05.2022
JP WO2018116982 A1, 24.10.2019.

RU 2 805 747 C1

Авторы

Руденко Сергей Владимирович

Федосеев Павел Олегович

Разяпов Тимир Эмильевич

Цепков Алексей Иванович

Седавных Дмитрий Николаевич

Никулин Станислав Александрович

Даты

2023-10-23Публикация

2023-07-13Подача