Способ комбинированного получения синтез-газа и электрической энергии - RU2222492C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к области производства синтез-газа, более конкретно к способу комбинированного получения синтез-газа и электрической энергии.

Производство синтез-газа из углеводородного сырья может осуществляться в теплообменных реакторах, преимуществом которых является высокая степень конвекционной теплопередачи по сравнению с теплопередачей излучением, как это имеет место, например, в печи риформинга. Это обеспечивается в значительной степени за счет подачи в избытке воздуха для сжигания, который ограничивает температуру топочного газа.

Обычно в теплообменный реактор подают предварительно нагретый поток обессеренного углеводорода в смеси с паром.

Процесс риформинга проводят в присутствии катализатора риформинга, расположенного в теплообменном реакторе. Процесс риформинга протекает по следующим реакциям:

Осуществление процесса парового риформинга в теплообменном реакторе обуславливает проведение эндотермических реакций с таким расчетом, что продукт, выходящий из слоя катализатора риформинга, в результате охлаждения обеспечивает часть тепла, необходимого для процесса риформинга. Остальная часть требуемого в реакторе тепла обеспечивается за счет сжигания топлива в камере сгорания теплообменного реактора и за счет получения потока горячего топочного газа, который направляют по внешним стенкам слоя катализатора в режиме теплообмена с происходящими в слое катализатора вышеупомянутыми реакциями парового риформинга при давлении, которое близко к атмосферному или повышенному давлению.

Сжигание проводят при избытке воздуха для достижения температуры топочного газа, необходимой для преобладающего получения конвекционной теплопередачи на катализатор через стенки слоя катализатора.

Синтез-газ, получаемый в теплообменном реакторе, пригоден для ряда синтезов, например метанола, или для получения водорода или моноокиси углерода следующими друг за другой стадиями.

В соответствии со стандартной технологической схемой воздух для сжигания подают в избытке в реактор при помощи компрессора. Необходимая энергия для него и другого вспомогательного оборудования (то есть для компрессоров, воздуходувок, насосов и т.д.) в установке на базе теплообменного реактора обеспечивается за счет подачи энергии извне или за счет получения энергии на месте, обычно с помощью паровых или газовых турбин. По аналогии с теплообменным реактором газовая турбина требует существенного избытка воздуха для сжигания с тем, чтобы контролировать температуру топочного газа.

Известен способ комбинированного получения синтез-газа и электрической энергии путем сжигания вторичного потока топлива с воздухом с получением топочного газа, пропускания топочного газа в режиме теплообмена с реакцией парового риформинга углеводородного сырья в теплообменном реакторе и получение электрической энергии путем сжигания первичного потока топлива с воздухом для сжигания в камере сгорания газовой турбины с получением топочного газа, расширение топочного газа в газовой турбине. Топочный газ используют из одной ступени (после сжигания в камере сгорания) для сжигания в другой ступени (ЕР 0569796, кл. С 10 G 9/20, 18.11.93).

Кроме того, известен способ комбинированного получения синтез-газа и электрической энергии, содержащей, по меньшей мере, стадию получения синтез-газа путем сжигания топлива с воздухом и паром для получения топочного газа и стадию получения электрической энергии путем использования топочного газа в газовой турбине (см. патент 2111602, кл. F 02 К 23/10, 06.07.1983).

Задачей изобретения является повышение производства избыточной электрической энергии при одновременном повышении к.п.д. сжигания первичного потока топлива в камере сгорания газовой турбины.

Поставленная задача решается в способе комбинированного получения синтез-газа и электрической энергии, включающем, по меньшей мере, стадию получения синтез-газа путем сжигания вторичного потока топлива с воздухом с получением топочного газа, пропускания топочного газа в режиме теплообмена с реакциями парового реформинга углеводородного сырья в теплообменном реакторе и стадию получения электрической энергии путем сжигания первичного потока топлива с воздухом в камере сгорания газовой турбины с получением топочного газа, подвергаемого расширению в газовой турбине, за счет того, что топочный газ, отводимый из теплообменного реактора, подают на сжигание первичного потока топлива с воздухом в камере сгорания газовой турбины.

Согласно предпочтительному признаку предлагаемого способа воздухом для сжигания вторичного потока топлива является сжатый воздух из компрессора газовой турбины.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Воздух для сжигания, требуемый в теплообменном реакторе, подают в газотурбинный компрессор, в котором его сжимают и подают в камеру сгорания теплообменного парового реактора, где его используют для сжигания жидкого или газового топлива с получением соответствующего потока топочного газа в качестве нагревательной среды в реакторе. Содержащий кислород поток, выходящий из теплообменного реактора, используют для сжигания дополнительного количества топлива с получением отходящего газа, который подают в газотурбинный расширитель и, наконец, в общую секцию рекуперации тепла.

Установка для осуществления предлагаемого и известного способов схематически представлена на приложенном чертеже, где фиг.1 иллюстрирует изобретение, а фиг.2 - уровень техники.

На чертеже приведены следующие позиции:
1 - линия подачи смеси углеводородного сырья и пара;
2 - линия подачи жидкого или газообразного топлива;
2а - линия подачи первичного потока жидкого или газообразного топлива;
2б - линия подачи вторичного потока жидкого или газообразного топлива;
3 - линия подачи воздуха;
4 - газотурбинный компрессор;
5 - линия подачи сжатого воздуха для сжигания топлива;
6 - камера сгорания теплообменного реактора;
7 - теплообменный реактор;
8 - линия отвода синтез-газа;
9 - линия отвода топочного газа, подаваемого либо в дополнительную камеру сгорания 10 по фиг.1, либо в не показанную на чертеже общую секцию рекуперации тепла по фиг.2;
10 - дополнительная камера сгорания;
11 - линия отвода отходящего газа;
12 - газотурбинный расширитель;
13 - линия отвода расширенного отходящего газа, подаваемого либо в не показанную на чертеже общую секцию рекуперации тепла по фиг.1, либо в камеру сгорания 6 теплообменного реактора 7 по фиг.2.

Ссылаясь на фиг.1 воздух из окружающей среды по линии 3 подают в газотурбинный компрессор 4, где его сжимают в одну или несколько стадий.

Сжатый воздух по линии 5 подают в камеру сгорания 6 теплообменного реактора 7, в котором его в избытке вводят в реакцию со вторичным потоком жидкого или газообразного топлива, подаваемого по линии 2б, с получением потока топочного газа с достаточно высокой температурой (обычно 1300^oС) и высокой скоростью, для обеспечения тепла, требуемого для осуществления эндотермического процесса риформинга, поглощающего тепло и происходящего в каталитической камере теплообменного реактора 7, куда по линии 1 подают смесь углеводородного сырья и пара.

Выходящий из реактора 7 топочный газ, охлажденный в результате теплообмена и содержащий остаток непрореагировавшего кислорода, по линии 9 подают в дополнительную камеру сгорания 10, где он в избытке вступает в реакцию с первым потоком жидкого или газообразного топлива, подаваемого по линии 2а, с получением топочного газа, отводимого по линии 11 в газотурбинный расширитель 12, в котором и расширяют до давления, близкого к атмосферному, и по линии 13 направляют в не показанную на чертеже общую секцию рекуперации тепла.

Производимая газовая турбиной энергия может использоваться для приведения в движение турбогенератора или, например, компрессора (на чертеже не показаны).

Согласно способу по фиг.2 отводимый по линии 11 отходящий газ расширяют в газотурбинном расширителе 12 до давления, требуемого для осуществления парового риформинга в реакторе 7.

В таблицах 1 и 2 сведены основные условия и результаты процесса парового риформинга. При этом данные таблицы 1 отображают предлагаемый способ, а данные таблицы 2 - уровень техники.

Сравнение представленных в таблицах 1 и 2 данных по избыточной энергии и эффективности конверсии дополнительного количества топлива свидетельствует о достижении поставленной задачи.

Реферат

Изобретение относится к области производства синтез-газа, более конкретно к способу комбинированного получения синтез-газа и электрической энергии. Способ комбинированного получения синтез-газа и электрической энергии включает, по меньшей мере, стадию получения синтез-газа путем сжигания вторичного потока топлива с воздухом с получением топочного газа, пропускание топочного газа в режиме теплообмена с реакциями парового реформинга углеводородного сырья в теплообменном реакторе и стадию получения электрической энергии путем сжигания первичного потока топлива с воздухом в камере сгорания газовой турбины с получением топочного газа, подвергаемого расширению в газовой турбине. При этом топочный газ, отводимый из теплообменного реактора, подают на сжигание первичного потока топлива с воздухом в камере сгорания газовой турбины. Изобретение позволяет повысить производство избыточной электрической энергии при одновременном повышении к.п.д. сжигания первичного потока топлива в камере сгорания газовой турбины. 1 з.п.ф-лы, 2 ил., 2 табл.

Формула