FR2943657A1 - PROCESS AND PLANT FOR PRODUCING COOLED AND COMPRESSED HYDROGEN - Google Patents
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Abstract
Dans un procédé de production d'hydrogène à partir d'une charge hydrocarbonée comprenant au moins les étapes de génération (3 a, 3 ) d'un gaz de synthèse brut chaud, enrichissement optionnel (5 a) en hydrogène du gaz de synthèse brut chaud, séparation d'hydrogène (3 b, 5 b) à partir du gaz de synthèse (brut ou enrichi) pour l'obtention d'au moins de l'hydrogène (8 , 8 ) et un gaz résiduaire (11 , 11 ), compression de l'hydrogène (8 , 8 ) issu de la séparation pour produire l'hydrogène (10), dans lequel deux étapes consécutives, la deuxième étant l'étape de séparation c) de l'hydrogène contenu dans le gaz de synthèse (3 , 5 ) et étant réalisée sur membrane dédiée, sont combinées dans un réacteur membranaire (3 , 5 ), l'étape de compression de l'hydrogène (8 , 8 ) issu de l'étape de séparation c) est réalisée au moins en partie dans un compresseur thermocinétique 9a qui comprime et refroidit simultanément l'hydrogène issu de la séparation (8 , 8 ) pour produire de l'hydrogène (10 a, 10 a) comprimé et refroidi, ceci à l'aide d'eau de refroidissement (12).In a process for producing hydrogen from a hydrocarbon feedstock comprising at least the steps of generating (3 a, 3) a hot crude synthesis gas, optional enrichment (5 a) in hydrogen of the raw synthesis gas hot, separation of hydrogen (3b, 5b) from the synthesis gas (crude or enriched) to obtain at least hydrogen (8, 8) and a waste gas (11, 11) compressing the hydrogen (8, 8) resulting from the separation to produce the hydrogen (10), in which two consecutive steps, the second being the separation step c) of the hydrogen contained in the synthesis gas (3, 5) and being carried out on a dedicated membrane, are combined in a membrane reactor (3, 5), the hydrogen compression step (8, 8) resulting from the separation step c) is carried out at least partly in a thermokinetic compressor 9a which simultaneously compresses and cools the hydrogen from the separation (8, 8) to produce compressed and cooled hydrogen (10a, 10a) using cooling water (12).
Description
Procédé et installation de production d'hydrogène Hydrogen production process and plant
La présente invention concerne un procédé et une installation pour la production d'hydrogène refroidi et comprimé. The present invention relates to a method and an installation for the production of cooled and compressed hydrogen.
Le procédé de production d'hydrogène à partir d'hydrocarbures ou de composés fossiles comprend deux grandes étapes. La première étape est la génération de gaz de synthèse appelé syngas (mélange constitué d'hydrogène, de monoxyde de carbone, et autres impuretés) par vaporeformage ou reformage auto-thermique ou oxydation partielle. The process for producing hydrogen from hydrocarbons or fossil compounds comprises two major steps. The first step is the generation of syngas (a mixture of hydrogen, carbon monoxide, and other impurities) by steam reforming or auto-thermal reforming or partial oxidation.
Elle est suivie d'une deuxième étape, de purification, généralement via un procédé d'adsorption appelé PSA qui permet d'obtenir l'hydrogène Les grandes étapes de ce procédé peuvent elles-mêmes comprendre d'autres étapes, en fonction de la nature et/ou de certaines caractéristiques des réactants et des produits, ou en fonction de contraintes variées qu'elles soient internes au procédé ou externes. C'est ainsi que pour une charge d'hydrocarbures légers, typiquement du gaz naturel, on trouvera de manière conventionnelle, et comme illustré par la figure 1, au moins les étapes suivantes : • une étape d'hydrodésulfuration de la charge, • une étape de pré-reformage (optionnelle), • une étape de reformage de méthane à la vapeur, (ces trois étapes constituant la génération du gaz de synthèse (ou syngas), mélange de gaz contenant principalement de l'hydrogène (H2), du monoxyde de carbone (CO), du dioxyde de carbone (CO2) et du méthane (CH4) en quantités moindres, ainsi que de l'eau, de l'azote, et d'autres gaz à l'état de traces), puis • une étape de conversion du CO (ou shift) durant laquelle on fait réagir de l'eau avec le CO du syngas afin d'enrichir celui-ci en hydrogène ; cette réaction s'effectue dans un réacteur généralement appelé réacteur de shift, elle est réalisée à haute, moyenne ou basse température (High Temperature Shift ou HTS, Medium Température Shift ou MTS, Low Temperature Shift ou LTS) ; le gaz produit est un syngas enrichi en H2 et CO2, et fortement appauvri en CO. • une étape de purification de l'hydrogène par adsorption à modulation de pression (ou Pressure Swing Adsorption) qui produit l'hydrogène, et au moins un gaz résiduaire qui est couramment renvoyé vers l'étape de génération du syngas, (ces dernières étapes constituant les étapes principales mises en oeuvre lors d'une purification de l'hydrogène via le procédé d'adsorption PSA). It is followed by a second purification step, generally via an adsorption process called PSA which makes it possible to obtain hydrogen. The main steps of this process can themselves comprise other steps, depending on the nature of the process. and / or certain characteristics of the reactants and products, or depending on various constraints whether they are internal to the process or external. Thus, for a charge of light hydrocarbons, typically natural gas, it will be found in a conventional manner, and as illustrated in FIG. 1, at least the following stages: a step of hydrodesulfurization of the charge; pre-reforming step (optional), • a step of reforming methane with steam, (these three steps constituting the generation of synthesis gas (or syngas), a mixture of gases mainly containing hydrogen (H2), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2) and methane (CH4) in lesser amounts, as well as water, nitrogen, and other trace A CO conversion step (or shift) during which water is reacted with the CO of the syngas to enrich it with hydrogen; this reaction is carried out in a reactor generally called shift reactor, it is carried out at high, medium or low temperature (High Temperature Shift or HTS, Medium Temperature Shift or MTS, Low Temperature Shift or LTS); the gas produced is a syngas enriched in H2 and CO2, and highly depleted in CO. A hydrogen purification stage by pressure swing adsorption (or Pressure Swing Adsorption) which produces hydrogen, and at least one waste gas which is currently returned to the stage of generation of syngas (these latter stages constituting the main steps implemented during purification of hydrogen via the adsorption process PSA).
Récemment des développements ont été réalisés qui permettent de combiner dans un seul réacteur la production de syngas et sa purification en vue de produire de l'hydrogène via un réacteur membranaire. Dans ce type de réacteur multifonctionnel, le syngas produit est immédiatement au contact d'une membrane se laissant traverser par l'hydrogène. On fait tout particulièrement appel pour cela aux membranes au palladium, utilisées pour leurs propriétés de perméabilité à l'hydrogène à haute température. Deux types de réacteurs membranaires ont ainsi été développés : Le premier type de réacteur membranaire considéré combine la réaction de vaporeformage et la purification du syngas. C'est ainsi que selon ce schéma, illustré par la figure 2, pour une charge d'hydrocarbures légers, typiquement du gaz naturel, on trouvera par exemple au moins les étapes suivantes : • une étape d'hydrodésulfuration de la charge, • une étape de pré-reformage (optionnelle), • une étape de génération du gaz de synthèse par vapo-reformage à la vapeur du méthane, couplée à une étape de séparation d'hydrogène sur membrane palladium dans un réacteur membranaire, • une étape optionnelle de compression adiabatique de l'hydrogène produit (selon la demande du client). Le second type de réacteur membranaire considéré combine quant à lui la réaction de conversion du CO contenu dans le syngas et la séparation de l'hydrogène sur membrane palladium. C'est ainsi que selon ce schéma, et tel qu'illustré par la figure 3, pour une charge d'hydrocarbures légers, typiquement du gaz naturel, on trouvera par exemple, au moins les étapes suivantes : • une étape d'hydrodésulfuration de la charge, • une étape de pré-reformage (optionnelle), • une étape de vapo-reformage à la vapeur du méthane, • une étape de shift, réalisée à moyenne ou haute température, couplée à une étape de séparation d'hydrogène sur membrane palladium dans un réacteur membranaire, • une étape optionnelle de compression adiabatique de l'hydrogène produit (selon la demande du client). La technologie des réacteurs membranaires présente l'avantage de simplifier considérablement les étapes du procédé de production d'hydrogène. Au moins le réacteur de shift et le PSA sont en effet supprimés. Recently, developments have been made which make it possible to combine in a single reactor the production of syngas and its purification in order to produce hydrogen via a membrane reactor. In this type of multifunctional reactor, the produced syngas is immediately in contact with a membrane that is passed through by hydrogen. Palladium membranes, which are used for their high temperature hydrogen permeability properties, are particularly suitable for this purpose. Two types of membrane reactors have thus been developed: The first type of membrane reactor considered combines the steam reforming reaction and the purification of the syngas. Thus, according to this diagram, illustrated in FIG. 2, for a charge of light hydrocarbons, typically natural gas, at least the following steps can be found, for example: a step of hydrodesulfurization of the feedstock; pre-reforming step (optional), • a stage of generation of the synthesis gas by vapor-reforming with methane vapor, coupled to a step of separating hydrogen on a palladium membrane in a membrane reactor, • an optional step of Adiabatic compression of the hydrogen produced (according to the customer's request). The second type of membrane reactor considered combines the conversion reaction of CO contained in syngas and the separation of hydrogen on palladium membrane. Thus, according to this scheme, and as illustrated in FIG. 3, for a light hydrocarbon feedstock, typically natural gas, there will be found, for example, at least the following stages: a step of hydrodesulfurization of the charge, • a pre-reforming stage (optional), • a vapor-reforming stage with methane vapor, • a shift stage, performed at medium or high temperature, coupled to a hydrogen separation step on palladium membrane in a membrane reactor, • an optional adiabatic compression step of the produced hydrogen (according to the customer's request). Membrane reactor technology has the advantage of considerably simplifying the steps of the hydrogen production process. At least the shift reactor and the PSA are indeed removed.
Cependant, l'hydrogène produit en sortie du réacteur membranaire est à basse pression. Typiquement, la pression de sortie de l'hydrogène est au plus de 1 bar abs. However, the hydrogen produced at the outlet of the membrane reactor is at low pressure. Typically, the hydrogen outlet pressure is at most 1 bar abs.
Le client ayant la plupart du temps besoin d'hydrogène à haute pression, il est donc nécessaire de comprimer l'hydrogène. Une solution connue mise en oeuvre consiste à utiliser un compresseur adiabatique. Since the customer needs high pressure hydrogen most of the time, it is necessary to compress the hydrogen. A known solution used consists of using an adiabatic compressor.
Cependant, cet équipement représente un investissement non négligeable, et par la suite un coût de fonctionnement important. La compression de l'hydrogène de un à vingt bar, via ce type de compresseur, induit en effet de fortes consommations électriques. Typiquement, pour comprimer 50 000Nm3/H d'hydrogène de 1 à 4 bar, la consommation électrique atteint 3 MW. However, this equipment represents a significant investment, and subsequently a significant cost of operation. The compression of hydrogen from one to twenty bar, via this type of compressor, in fact induces high electrical consumption. Typically, to compress 50 000 Nm3 / H of hydrogen from 1 to 4 bar, the power consumption reaches 3 MW.
De plus, l'hydrogène en sortie du réacteur membranaire est chaud. Une solution connue mise en oeuvre consiste à récupérer cette chaleur pour la production de la vapeur. Cependant, cette production de vapeur qui est de manière quasi systématique associée au procédé excède en général largement les besoins du procédé, et il est nécessaire de trouver un client utilisateur de la vapeur afin de valoriser la chaleur de l'hydrogène et du gaz de synthèse. Il existe donc un besoin pour une valorisation de la chaleur de l'hydrogène sortant d'un réacteur membranaire autre que la production de vapeur associée au procédé. Le but de la présente invention est donc de proposer un procédé de compression de l'hydrogène produit purifié dans lequel la consommation électrique est fortement diminuée par rapport à l'art antérieur, et un procédé de refroidissement de l'hydrogène qui valorise la chaleur en sortie d'une autre manière. L'invention propose pour cela de réaliser une compression de l'hydrogène (très) chaud disponible en sortie du réacteur membranaire - qu'il soit du 1er type , c'est-à-dire associant une étape de reformage et une étape de séparation d'hydrogène, ou du 2nd type, c'est-à-dire associant une étape de shift et une étape de séparation d'hydrogène-par injection directe d'eau liquide à l'aide d'un compresseur thermocinétique qui va permettre de comprimer l'hydrogène tout en le refroidissant de façon brutale. Cette étape permet de comprimer partiellement l'hydrogène, de 2 à 5 bar en fonction de la température du courant d'hydrogène qui peut être comprise entre 320°C et 550°C, et donc de limiter les coûts de la compression adiabatique. Par ailleurs, le refroidissement partiel de l'hydrogène qui accompagne cette compression permet de limiter, voire supprimer les étapes de refroidissement ultérieur. Le gaz résiduaire issu de la séparation membranaire, composé de CH4, CO, H2O, CO2 à haute pression et haute température peut quant à lui être directement utilisé comme combustible dans le fired heater qui fournit la chaleur nécessaire au préchauffage de l'alimentation (gaz naturel et vapeur) pour le 1er type de réacteur où le vapo-reformage est combinée à la purification ou directement dans le four de vaporeformage pour le 2nd type de réacteur ou recyclé en tant que réactif dans le reformeur. On combine ainsi deux effets simultanés particulièrement avantageux : • une augmentation de la pression de l'hydrogène, • une trempe de l'hydrogène. Le compresseur thermocinétique permet l'autoconsommation de l'énergie thermique par l'hydrogène lui-même, assurant ainsi sa valorisation immédiate. En effet, un compresseur thermocinétique comprime un gaz en l'accélérant jusqu'à une vitesse élevée, de préférence supérieure à la vitesse du son (typiquement de l'ordre de 330 m/s), en le refroidissant, par exemple par contact direct avec des gouttelettes d'eau, et en le ralentissant. Le refroidissement peut avoir lieu avant, pendant ou après l'accélération. L'accélération peut être produite en forçant le gaz à passer dans un col, par exemple un col de Laval. De même pour décélérer le gaz, il est passé dans un deuxième col, par exemple un col de Laval. L'énergie requise par le compresseur thermocinétique est fournie par l'hydrogène produit en sortie du réacteur membranaire; le liquide de refroidissement préférentiel est de l'eau, laquelle est par la suite avantageusement séparée et recyclée en tant que liquide de refroidissement. In addition, the hydrogen at the outlet of the membrane reactor is hot. A known solution implemented is to recover this heat for the production of steam. However, this production of steam, which is almost systematically associated with the process, generally exceeds the needs of the process, and it is necessary to find a client user of the steam in order to exploit the heat of hydrogen and synthesis gas. . There is therefore a need for a heat recovery of the hydrogen leaving a membrane reactor other than the production of steam associated with the process. The object of the present invention is therefore to propose a process for compressing the purified product hydrogen in which the electrical consumption is greatly reduced compared with the prior art, and a process for cooling hydrogen which values the heat in exit in another way. To this end, the invention proposes compression of the (very) hot hydrogen available at the outlet of the membrane reactor - whether of the first type, that is to say combining a reforming step and a separation step. hydrogen, or the 2nd type, that is to say combining a shift step and a step of hydrogen separation-by direct injection of liquid water using a thermokinetic compressor that will allow compress the hydrogen while cooling it suddenly. This step makes it possible to partially compress the hydrogen, from 2 to 5 bar as a function of the temperature of the hydrogen stream which can be between 320 ° C. and 550 ° C., and thus to limit the costs of the adiabatic compression. Moreover, the partial cooling of the hydrogen that accompanies this compression makes it possible to limit or even eliminate the steps of subsequent cooling. The residual gas from the membrane separation, composed of CH4, CO, H2O, CO2 at high pressure and high temperature, can be directly used as a fuel in the fired heater, which supplies the heat needed to preheat the feed (gas natural and steam) for the first type of reactor where the steam reforming is combined with the purification or directly in the steam reforming furnace for the 2nd type of reactor or recycled as a reagent in the reformer. Two particularly advantageous simultaneous effects are thus combined: • an increase in the pressure of hydrogen, • a quenching of hydrogen. The thermokinetic compressor allows the self-consumption of thermal energy by the hydrogen itself, thus ensuring its immediate recovery. Indeed, a thermokinetic compressor compresses a gas by accelerating it to a high speed, preferably greater than the speed of sound (typically of the order of 330 m / s), by cooling it, for example by direct contact with water droplets, and slowing it down. Cooling can take place before, during or after acceleration. The acceleration can be produced by forcing the gas to pass through a neck, for example a Laval pass. Similarly to decelerate the gas, it is passed in a second neck, for example a Laval pass. The energy required by the thermokinetic compressor is provided by the hydrogen produced at the outlet of the membrane reactor; the preferred coolant is water, which is subsequently advantageously separated and recycled as a coolant.
Un exemple d'un compresseur thermocinétique est décrit dans la demande de brevet FR-A-2805008. Le principe repose sur le refroidissement d'un gaz chaud par vaporisation d'eau liquide en fines gouttelettes, suivi de sa compression, le tout en utilisant un arrangement de tuyères convergentes et divergentes. La figure 4 présente un modèle de compresseur thermocinétique selon ce concept. An example of a thermokinetic compressor is described in the patent application FR-A-2805008. The principle is based on the cooling of a hot gas by vaporization of liquid water in fine droplets, followed by its compression, all using an arrangement of convergent and divergent nozzles. Figure 4 shows a model of thermokinetic compressor according to this concept.
Selon son premier objet, l'invention propose un procédé de production d'hydrogène à partir d'une charge hydrocarbonée comprenant au moins, a) une étape de génération d'un gaz de synthèse brut chaud, b) une étape optionnelle d'enrichissement en hydrogène du gaz de synthèse brut chaud pour l'obtention d'un gaz de synthèse enrichi, c) une étape de séparation d'hydrogène à partir du gaz de synthèse brut (ou enrichi) pour l'obtention d'au moins de l'hydrogène et un gaz résiduaire, d) une étape de compression de l'hydrogène issu de la séparation pour produire l'hydrogène à la pression requise, dans lequel deux étapes consécutives, la deuxième étant l'étape de séparation c) de l'hydrogène contenu dans le gaz de synthèse, et étant réalisée sur membrane dédiée, sont combinées dans un réacteur membranaire, caractérisé en ce que l'étape de compression d) de l'hydrogène issu de l'étape de séparation c) est réalisée au moins en partie dans un compresseur thermocinétique qui comprime et refroidit simultanément l'hydrogène issu de c) pour produire de l'hydrogène comprimé et refroidi, ceci à l'aide d'un liquide de refroidissement. According to its first object, the invention provides a process for producing hydrogen from a hydrocarbon feedstock comprising at least a) a step of generating a hot raw synthesis gas, b) an optional enrichment step hydrogen, hot crude synthesis gas for obtaining an enriched synthesis gas; c) a step of separating hydrogen from the raw synthesis gas (or enriched) to obtain at least one of hydrogen and a waste gas, d) a step of compressing hydrogen from the separation to produce hydrogen at the required pressure, wherein two consecutive steps, the second being the separation step c) of the hydrogen contained in the synthesis gas, and being produced on a dedicated membrane, are combined in a membrane reactor, characterized in that the compression step d) of the hydrogen resulting from the separation step c) is carried out at least partly in a compress A thermokinetic device that simultaneously compresses and cools hydrogen from c) to produce compressed and cooled hydrogen using a coolant.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, les étapes a) et c) sont combinées dans le réacteur membranaire pour produire un flux d'hydrogène à une température comprise entre 450°C et 600°C, de préférence entre 500°C et 550°C et une pression de l'ordre de quelques bars absolu ou moins, de préférence inférieure ou égale à 1 bar abs. According to a particular embodiment of the invention, steps a) and c) are combined in the membrane reactor to produce a flow of hydrogen at a temperature of between 450 ° C. and 600 ° C., preferably between 500 ° C. and 550 ° C and a pressure of the order of a few absolute bar or less, preferably less than or equal to 1 bar abs.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le gaz entrant dans le réacteur membranaire étant le gaz de synthèse brut issu de l'étape a), la première des deux étapes réalisées dans le réacteur membranaire est l'étape d'enrichissement du gaz de synthèse en hydrogène, la seconde étape étant l'étape de séparation de l'hydrogène contenu dans le dit gaz de synthèse enrichi, l'hydrogène issu de l'étape de séparation est à une température comprise entre 300°C et 450°C, de préférence entre 320°Cet 440°C, et une pression de l'ordre de quelques bars absolu ou moins, de préférence inférieure ou égale à 1 bar abs. De préférence, l'hydrogène comprimé et refroidi sortant du compresseur thermodynamique est soumis à une étape de compression complémentaire pour produire l'hydrogène pur à la pression finale requise. Le liquide de refroidissement est préférentiellement de l'eau liquide. Avantageusement, la séparation de l'hydrogène est réalisée à l'aide d'une membrane au palladium. Avantageusement encore, la charge hydrocarbonée alimentant l'étape a) est préalablement désulfurée, et optionnellement pré-reformée. Selon un autre objet de l'invention, celle-ci concerne une installation de production d'hydrogène comprenant au moins une charge hydrocarbonée, un réacteur membranaire pour produire de l'hydrogène, un compresseur thermocinétique, des moyens pour alimenter le réacteur membranaire en la charge hydrocarbonée, des moyens pour envoyer le gaz du réacteur membranaire au compresseur thermocinétique, des moyens pour alimenter le compresseur thermocinétique en liquide de refroidissement. Alternativement, l'installation de production d'hydrogène selon l'invention comprend au moins une charge hydrocarbonée, un reformeur, un réacteur membranaire pour produire de l'hydrogène, un compresseur thermocinétique , des moyens pour alimenter le reformeur en la charge hydrocarbonée, des moyens pour envoyer le gaz du reformeur vers le réacteur membranaire, des moyens pour envoyer le gaz du réacteur membranaire au compresseur thermocinétique, des moyens pour alimenter le compresseur thermocinétique en liquide de refroidissement. L'invention va être décrite plus en détail en lien avec les Figures 1 à 3, ainsi que 5 et 6, dans lesquelles les Figures 1 à 3 illustrent des schémas de base de procédés connus de production d'hydrogène, les figures 5 et 6 illustrant quant à elles des schémas de base correspondant à des procédés de production d'hydrogène selon l'invention. La figure 4 représentant un compresseur thermocinétique tel que décrit dans l'art antérieur Selon la Figure 1, une charge hydrocarbonée légère, ici du gaz naturel (GN) alimente un réacteur d'hydrodésulfuration 1. La charge désulfurée, à laquelle on a ajouté de la vapeur d'eau, alimente un pré-reformeur 2 (optionnel), puis, la charge désulfurée (et optionnellement pré-reformée) est introduite dans un reformeur de méthane à la vapeur 3 pour produire un gaz de synthèse 4 contenant comme constituants majoritaires essentiellement H2, CO, CO2. Le syngas 4 ainsi généré est alors traité pour produire de l'hydrogène ; pour cela, il passe dans le réacteur de shift 5 où le monoxyde de carbone réagit avec de la vapeur d'eau (non référencée) en présence d'un catalyseur adapté pour produire de l'hydrogène et du dioxyde de carbone et délivrer un gaz de synthèse 6 très enrichi en hydrogène et en dioxyde de carbone et appauvri en monoxyde de carbone. Le syngas riche en hydrogène 6 est alors introduit dans une unité PSA 7 où les différents constituants sont séparés pour fournir de l'hydrogène purifié 10 et au moins un gaz résiduaire 11 qui est recyclé vers l'étape de reformage. Selon le schéma de la figure 2, qui reprend des développements récents connus, la charge hydrocarbonée légère subit les mêmes étapes connues jusqu'à l'obtention de la charge hydrocarbonée désulfurée et optionnellement pré-reformée. According to another embodiment of the invention, the gas entering the membrane reactor being the crude synthesis gas resulting from stage a), the first of the two stages carried out in the membrane reactor is the stage of enrichment of the membrane reactor. hydrogen synthesis gas, the second step being the step of separating the hydrogen contained in said enriched synthesis gas, the hydrogen resulting from the separation step is at a temperature of between 300 ° C. and 450 ° C. C, preferably between 320 ° C. and 440 ° C., and a pressure of the order of a few absolute bars or less, preferably less than or equal to 1 bar abs. Preferably, the compressed and cooled hydrogen exiting the thermodynamic compressor is subjected to a complementary compression step to produce pure hydrogen at the required final pressure. The coolant is preferably liquid water. Advantageously, the separation of hydrogen is carried out using a palladium membrane. Advantageously, the hydrocarbon feedstock feeding step a) is previously desulfurized, and optionally pre-reformed. According to another subject of the invention, this relates to a plant for producing hydrogen comprising at least one hydrocarbon feedstock, a membrane reactor for producing hydrogen, a thermokinetic compressor, means for supplying the membrane reactor with hydrocarbon feedstock, means for sending the gas from the membrane reactor to the thermokinetic compressor, means for supplying the thermokinetic compressor with cooling liquid. Alternatively, the hydrogen production plant according to the invention comprises at least one hydrocarbon feedstock, a reformer, a membrane reactor for producing hydrogen, a thermokinetic compressor, means for feeding the reformer with the hydrocarbon feedstock, means for feeding the reformer gas to the membrane reactor, means for supplying the gas from the membrane reactor to the thermokinetic compressor, means for supplying the thermokinetic compressor with cooling liquid. The invention will be described in more detail in connection with FIGS. 1 to 3, as well as 5 and 6, in which FIGS. 1 to 3 illustrate basic diagrams of known hydrogen production processes, FIGS. illustrating for their part basic schemes corresponding to hydrogen production processes according to the invention. FIG. 4 shows a thermokinetic compressor as described in the prior art. According to FIG. 1, a light hydrocarbon feedstock, here natural gas (NG) feeds a hydrodesulfurization reactor 1. The desulphurized feedstock, to which the steam feeds a pre-reformer 2 (optional), then the desulfurized (and optionally pre-reformed) feedstock is introduced into a steam methane reformer 3 to produce a synthesis gas 4 containing as major components essentially H2, CO, CO2. The syngas 4 thus generated is then processed to produce hydrogen; for this, it passes into the shift reactor 5 where the carbon monoxide reacts with water vapor (not referenced) in the presence of a catalyst adapted to produce hydrogen and carbon dioxide and deliver a gas 6 highly enriched in hydrogen and carbon dioxide and depleted in carbon monoxide. The hydrogen-rich syngas 6 is then introduced into a PSA unit 7 where the various constituents are separated to provide purified hydrogen 10 and at least one waste gas 11 which is recycled to the reforming stage. According to the scheme of FIG. 2, which incorporates known recent developments, the light hydrocarbon feedstock undergoes the same known stages until the desulfurized and optionally pre-reformed hydrocarbon feedstock is obtained.
Elle est alors introduite dans le réacteur membranaire 32, lequel est du 1 er type selon les termes de l'invention, c'est-à-dire qu'il combine une réaction de vapo-reformage en 32a et une étape de séparation d'hydrogène sur membrane palladium dans un réacteur membranaire en 32b, pour fournir de l'hydrogène purifié 82 à une température T82 et une pression P82 et un gaz résiduaire 11 qui est recyclé à l'entrée du réacteur membranaire 32. L'hydrogène 82 subit ensuite une étape de compression dans un compresseur adiabatique 92 pour obtenir de l'hydrogène 102 à la pression requise, selon la demande du client. Selon le schéma de la figure 3 qui reprend aussi des développements récents connus, la charge subit les mêmes étapes jusqu'à l'obtention de la charge hydrocarbonée désulfurée en sortie du pré-reformeur optionnel 2. It is then introduced into the membrane reactor 32, which is of the first type according to the terms of the invention, that is to say that it combines a vapor reforming reaction at 32a and a separation step of hydrogen on a palladium membrane in a 32b membrane reactor, to supply purified hydrogen 82 at a temperature T82 and a pressure P82 and a waste gas 11 which is recycled to the inlet of the membrane reactor 32. The hydrogen 82 is then subjected to a compression step in an adiabatic compressor 92 to obtain hydrogen 102 at the required pressure, according to the customer's request. According to the scheme of FIG. 3, which also includes recent known developments, the feed undergoes the same steps until the desulfurized hydrocarbon feedstock is obtained at the outlet of the optional pre-reformer 2.
La charge hydrocarbonée est alors introduite dans un reformeur de méthane à la vapeur 33 pour produire un gaz de synthèse 43 contenant essentiellement H2, CO, CO2. Le gaz de synthèse ainsi généré est alors introduit dans un réacteur membranaire 53, lequel est du 2ème type selon les termes de l'invention, c'est-à-dire qu'il combine une réaction de shift en 53a et une étape de séparation d'hydrogène sur membrane palladium dans un réacteur membranaire en 53b, pour fournir de l'hydrogène purifié 83 à une température T83 et une pression P83 et un gaz résiduaire 113 qui est recyclé au niveau du reformage à la vapeur, dans le flux de charge entrant process, et/ ou dans le reformeur 33, comme un combustible qui apporte la chaleur pour la réaction. The hydrocarbon feed is then introduced into a steam methane reformer 33 to produce a synthesis gas 43 containing essentially H2, CO, CO2. The synthesis gas thus generated is then introduced into a membrane reactor 53, which is of the second type according to the terms of the invention, that is to say that it combines a shift reaction at 53a and a separation step. of hydrogen on a palladium membrane in a 53b membrane reactor, to provide purified hydrogen 83 at a temperature T83 and a pressure P83 and a waste gas 113 which is recycled at steam reforming, in the charge stream incoming process, and / or in the reformer 33, as a fuel that provides heat for the reaction.
L'hydrogène 83 subit ensuite une étape de compression adiabatique dans un compresseur adiabatique 93 pour obtenir de l'hydrogène 103 à la pression requise par le client. Selon la Figure 5, conforme à l'invention, la charge d'hydrocarbures légers subit l'ensemble des étapes de production d'hydrogène décrites dans la figure 2 permettant d'obtenir de l'hydrogène purifié 82 à une température T82 et une pression P82 et un gaz résiduaire 112. Cet hydrogène purifié sort chaud du réacteur membranaire, et à une pression de l'ordre de la pression atmosphérique. Afin d'être conforme aux besoins du client, l'hydrogène passe alors dans le compresseur thermocinétique 8a où il est comprimé et brutalement refroidi par injection directe d'eau liquide 12. On obtient en sortie du compresseur thermocinétique un flux d'hydrogène 102a refroidi à une température T102a, comprimé à une pression P102a et présentant une teneur en eau augmentée de la quantité d'eau de refroidissement injectée. L'eau contenue est récupérée, elle est ensuite recyclée en tant qu'eau de refroidissement 12. L'hydrogène 102a subit alors, en fonction des besoins finaux une étape complémentaire de compression 9b, dans un compresseur adiabatique, destiné à l'amener à la pression P102 requise, par exemple légèrement supérieure à la pression du réseau auquel il est destiné. Selon la Figure 6, conforme à l'invention, la charge d'hydrocarbures légers subit l'ensemble des étapes de production d'hydrogène décrites dans la figure 2 permettant d'obtenir de l'hydrogène purifié 83 à une température T83 et une pression P83 et un gaz résiduaire 113. Cet hydrogène purifié sort chaud du réacteur membranaire, et à une pression de l'ordre de la pression atmosphérique. Afin d'être conforme aux besoins du client, l'hydrogène passe alors dans le compresseur thermocinétique 8a où il est comprimé et brutalement refroidi par injection directe d'eau liquide 12. On obtient en sortie du compresseur thermocinétique un flux d'hydrogène 103a refroidi à une température T103a, comprimé à une pression P103a et présentant une teneur en eau augmentée de la quantité d'eau de refroidissement injectée. L'eau contenue est récupérée, elle est ensuite recyclée en tant qu'eau de refroidissement 12. L'hydrogène 103a subit alors, en fonction des besoins une étape complémentaire de compression 9b, dans un compresseur adiabatique, destiné à l'amener à la pression P103 requise, par exemple légèrement supérieure à la pression du réseau auquel il est destiné. Le passage de l'hydrogène sortant du réacteur membranaire dans le compresseur thermocinétique 12 permettant d'augmenter la pression d'hydrogène offre entre autres avantages : • une réduction de l'énergie de compression nécessaire pour amener l'hydrogène jusqu'à la pression du réseau, • une réduction des coûts de la compression adiabatique, tant en termes d'investissements, que de frais de fonctionnement, notamment de consommation d'énergie • un refroidissement de l'hydrogène sortant chaud du réacteur membranaire, • une utilisation de la chaleur contenue dans l'hydrogène sortant du réacteur membranaire dans le procédé même. The hydrogen 83 then undergoes an adiabatic compression step in an adiabatic compressor 93 to obtain hydrogen 103 at the pressure required by the customer. According to FIG. 5, in accordance with the invention, the light hydrocarbon feed undergoes all the hydrogen production steps described in FIG. 2 making it possible to obtain purified hydrogen 82 at a temperature T82 and a pressure P82 and a waste gas 112. This purified hydrogen leaves hot from the membrane reactor, and at a pressure of the order of atmospheric pressure. In order to be in accordance with the needs of the customer, the hydrogen then passes into the thermokinetic compressor 8a where it is compressed and brutally cooled by direct injection of liquid water 12. A flow of cooled hydrogen 102a is obtained at the output of the thermokinetic compressor. at a temperature T102a, compressed at a pressure P102a and having an increased water content of the amount of cooling water injected. The water contained is recovered, it is then recycled as cooling water 12. The hydrogen 102a then undergoes, depending on the final needs, a complementary compression stage 9b, in an adiabatic compressor, intended to bring it to the pressure P102 required, for example slightly greater than the pressure of the network for which it is intended. According to FIG. 6, in accordance with the invention, the light hydrocarbon feedstock undergoes all the hydrogen production steps described in FIG. 2 making it possible to obtain purified hydrogen 83 at a temperature T83 and a pressure P83 and a waste gas 113. This purified hydrogen leaves hot from the membrane reactor, and at a pressure of the order of atmospheric pressure. In order to be in accordance with the needs of the customer, the hydrogen then passes into the thermokinetic compressor 8a where it is compressed and brutally cooled by direct injection of liquid water 12. A cooled flow of hydrogen 103a is obtained at the outlet of the thermokinetic compressor. at a temperature T103a, compressed at a pressure P103a and having an increased water content of the amount of cooling water injected. The water contained is recovered, it is then recycled as cooling water 12. The hydrogen 103a then undergoes, as needed, a complementary compression stage 9b, in an adiabatic compressor, intended to bring it to the water. pressure P103 required, for example slightly greater than the pressure of the network for which it is intended. The passage of the hydrogen leaving the membrane reactor in the thermokinetic compressor 12 making it possible to increase the hydrogen pressure offers, among other advantages: a reduction in the compression energy necessary to bring the hydrogen up to the pressure of the network, • a reduction in the costs of adiabatic compression, both in terms of investments, as well as operating costs, particularly energy consumption • cooling of the hot outgoing hydrogen from the membrane reactor, • heat utilization contained in the hydrogen leaving the membrane reactor in the process itself.
Les schémas de base ci-dessus sont donnés pour des reformeurs de méthane à la vapeur (SMR). Les schémas avec le réacteur membranaire du 2nd type où la réaction de conversion du CO est combinée à la purification de l'hydrogène peuvent être étendus à d'autres types de réacteurs. On citera entre autres les réacteurs d'oxydation partielle (PDX) et les réacteurs de reformage auto thermique (ATR). The basic schemes above are given for steam methane reformers (SMR). The schemes with the 2nd type membrane reactor where the CO conversion reaction is combined with hydrogen purification can be extended to other types of reactors. These include, but are not limited to, partial oxidation reactors (PDX) and auto thermal reforming (ATR) reactors.
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Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11322766B2 (en) | 2020-05-28 | 2022-05-03 | Saudi Arabian Oil Company | Direct hydrocarbon metal supported solid oxide fuel cell |
US11492254B2 (en) | 2020-06-18 | 2022-11-08 | Saudi Arabian Oil Company | Hydrogen production with membrane reformer |
US11492255B2 (en) | 2020-04-03 | 2022-11-08 | Saudi Arabian Oil Company | Steam methane reforming with steam regeneration |
US11578016B1 (en) | 2021-08-12 | 2023-02-14 | Saudi Arabian Oil Company | Olefin production via dry reforming and olefin synthesis in a vessel |
US11583824B2 (en) | 2020-06-18 | 2023-02-21 | Saudi Arabian Oil Company | Hydrogen production with membrane reformer |
US11617981B1 (en) | 2022-01-03 | 2023-04-04 | Saudi Arabian Oil Company | Method for capturing CO2 with assisted vapor compression |
US11639290B2 (en) | 2020-06-04 | 2023-05-02 | Saudi Arabian Oil Company | Dry reforming of methane with carbon dioxide at elevated pressure |
US11718575B2 (en) | 2021-08-12 | 2023-08-08 | Saudi Arabian Oil Company | Methanol production via dry reforming and methanol synthesis in a vessel |
US11787759B2 (en) | 2021-08-12 | 2023-10-17 | Saudi Arabian Oil Company | Dimethyl ether production via dry reforming and dimethyl ether synthesis in a vessel |
US11999619B2 (en) | 2020-06-18 | 2024-06-04 | Saudi Arabian Oil Company | Hydrogen production with membrane reactor |
US12220666B2 (en) | 2021-01-12 | 2025-02-11 | Saudi Arabian Oil Company | Ultrathin membrane fabrication |
US12258272B2 (en) | 2021-08-12 | 2025-03-25 | Saudi Arabian Oil Company | Dry reforming of methane using a nickel-based bi-metallic catalyst |
US12365587B2 (en) | 2024-04-29 | 2025-07-22 | Saudi Arabian Oil Company | Hydrogen production with membrane reactor |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2805008A1 (en) * | 2000-02-16 | 2001-08-17 | Joseph Haiun | TERMOCINETIC COMPRESSOR |
WO2002070402A2 (en) * | 2001-03-05 | 2002-09-12 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Apparatus and process for the production of hydrogen |
US20040224396A1 (en) * | 2003-01-29 | 2004-11-11 | Maston Valerie A. | Self-contained and streamlined methane and/or high purity hydrogen generation system |
US20050281735A1 (en) * | 2001-03-02 | 2005-12-22 | Chellappa Anand S | Hydrogen generation apparatus and method for using same |
-
2009
- 2009-03-25 FR FR0951937A patent/FR2943657A1/en active Pending
-
2010
- 2010-03-04 WO PCT/FR2010/050367 patent/WO2010109106A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2805008A1 (en) * | 2000-02-16 | 2001-08-17 | Joseph Haiun | TERMOCINETIC COMPRESSOR |
US20050281735A1 (en) * | 2001-03-02 | 2005-12-22 | Chellappa Anand S | Hydrogen generation apparatus and method for using same |
WO2002070402A2 (en) * | 2001-03-05 | 2002-09-12 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Apparatus and process for the production of hydrogen |
US20040224396A1 (en) * | 2003-01-29 | 2004-11-11 | Maston Valerie A. | Self-contained and streamlined methane and/or high purity hydrogen generation system |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US12084346B2 (en) | 2020-04-03 | 2024-09-10 | Saudi Arabian Oil Company | Steam methane reforming with steam regeneration |
US11492255B2 (en) | 2020-04-03 | 2022-11-08 | Saudi Arabian Oil Company | Steam methane reforming with steam regeneration |
US11322766B2 (en) | 2020-05-28 | 2022-05-03 | Saudi Arabian Oil Company | Direct hydrocarbon metal supported solid oxide fuel cell |
US11639290B2 (en) | 2020-06-04 | 2023-05-02 | Saudi Arabian Oil Company | Dry reforming of methane with carbon dioxide at elevated pressure |
US11999619B2 (en) | 2020-06-18 | 2024-06-04 | Saudi Arabian Oil Company | Hydrogen production with membrane reactor |
US11583824B2 (en) | 2020-06-18 | 2023-02-21 | Saudi Arabian Oil Company | Hydrogen production with membrane reformer |
US11492254B2 (en) | 2020-06-18 | 2022-11-08 | Saudi Arabian Oil Company | Hydrogen production with membrane reformer |
US12220666B2 (en) | 2021-01-12 | 2025-02-11 | Saudi Arabian Oil Company | Ultrathin membrane fabrication |
US11718575B2 (en) | 2021-08-12 | 2023-08-08 | Saudi Arabian Oil Company | Methanol production via dry reforming and methanol synthesis in a vessel |
US11787759B2 (en) | 2021-08-12 | 2023-10-17 | Saudi Arabian Oil Company | Dimethyl ether production via dry reforming and dimethyl ether synthesis in a vessel |
US11578016B1 (en) | 2021-08-12 | 2023-02-14 | Saudi Arabian Oil Company | Olefin production via dry reforming and olefin synthesis in a vessel |
US12258272B2 (en) | 2021-08-12 | 2025-03-25 | Saudi Arabian Oil Company | Dry reforming of methane using a nickel-based bi-metallic catalyst |
US11617981B1 (en) | 2022-01-03 | 2023-04-04 | Saudi Arabian Oil Company | Method for capturing CO2 with assisted vapor compression |
US12365587B2 (en) | 2024-04-29 | 2025-07-22 | Saudi Arabian Oil Company | Hydrogen production with membrane reactor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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