Способ производства оксида углерода

Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано при получении оксида углерода или фосгена. Исходное сырье, содержащее водород, диоксид углерода и кислород, при соотношении Н2:CO2, равном 1,555÷1,663, и соотношении O2:H2, равном 0,175÷0,173, подвергают каталитической углекислотной конверсии при давлении на выходе из катализаторного слоя шахтного конвертора 0,05-0,5 ати. Конвертированный газ охлаждают с утилизацией тепла, очищают от диоксида углерода методом жидкостной абсорбции. Выделенный диоксид углерода возвращают на стадию конверсии. Из очищенной смеси выделяют водород. Полученный оксид углерода содержит ниже 0,1 об.% метана. Изобретение позволяет отказаться от природного газа как исходного сырья и сократить объемы отходящего водорода. 1 табл.

 

Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано, в частности, на заводах, производящих оксид углерода или фосген.

Известен способ производства чистого оксида углерода из угля (Отто процесс) с использованием кислорода, при котором в готовом продукте практически отсутствует водород, а содержание метана ниже 0.1% объемного (Ammonia, Methanol, Hydrogen, Carbon monoxide, Modern Production Technologies, Max Appl, 1997, CRU Publishing Ltd. Page 118).

Недостатком этого способа является значительное количество жидких и твердых отходов, загрязняющих окружающую среду, и низкая производительность труда.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ (способ Lurgi), описанный в Ammonia, Methanol, Hydrogen, Carbon monoxide, Modern Production Technologies, Max Appl, 1997, CRU Publishing Ltd. Page 122, включающий конверсию природного газа в трубчатых печах под давлением до 35 атм. с паром и диоксидом углерода с получением конвертированного газа с содержанием метана на уровне 1-5 об. % и оксида углерода на уровне 20-24 об. %, с последующей очисткой конвертированного газа от диоксида углерода раствором аМДЭА и возвратом диоксида углерода на стадию конверсии, низкотемпературного разделения очищенного конвертированного газа за счет абсорбции оксида углерода при низкотемпературной конденсации метана, находящегося в исходной смеси и с последующей десорбцией оксида углерода при понижении давления метановой фракции, при которой содержание метана ниже 0.1 об. %.

К недостаткам указанного способа следует отнести:

- Значительный расход природного газа как технологического, так и топливного;

- Наличие значительного количества газовых отходов таких, как водород, который приходится иногда использовать как топливо в трубчатой печи;

- Наличие вредных выбросов оксида углерода и азота в дымовых газах трубчатой печи;

- Значительные энергетические затраты при производстве товарного оксида углерода с содержанием СН4 ниже 0.1 об. %.

Технической задачей данного изобретения является отказ от использования в качестве сырья для производства оксида углерода природного газа и сокращение объемов отходящего водорода при производстве товарной окиси углерода с содержанием CH4 ниже 0.1 об. %.

Решение поставленной задачи осуществляется за счет:

- использования в качестве технологического сырья таких отходов смежных производств как водород, диоксид углерода с производства окиси этилена и кислород;

- осуществления процесса каталитической водородной конверсии диоксида углерода при давлении конверсии ниже 0.1-0.5 ати.

Сущность изобретения в способе получения оксида углерода:

- Осуществление процесса шахтной водороднокислородной конверсии диоксида углерода при соотношении водород: диоксид углерода 1.557÷1.666:1 и кислорода к водороду в диапазоне 0.175÷0.193;

- Осуществление процесса водородокислородной конверсии на никелевом катализаторе с образованием в конвертированном газе СН4 ниже 0.02 об. %;

- Подачи технологического диоксида углерода, содержащего следы этилена в смеситель шахтного конвертора как разделительного газа;

- Очистки конвертированного газа от диоксида углерода раствором аМДЭА и возвратом диоксида углерода на стадию конверсии;

- Разделение очищенного конвертированного газа за счет селективной диффузии водорода и частично оксида углерода через полимерные мембраны с получением товарного влажного оксида углерода чистотой не менее 96% под давлением и с последующей осушкой оксида углерода на твердом адсорбенте с получением товарного продукта с точкой росы - 40°С.

Исходный технологический водород под давлением 0.4-0.7 ати смешивается с возвратными потоками диоксида углерода после стадии очистки конвертированного газа и водородным потоком после стадии разделения конвертированного газа с помощью полимерных мембран (смешанный газ). Технологическая смесь нагревается до 450°С за счет тепла, отходящего после шахтного конвертора конвертированного газа, и подается в смеситель шахтного конвертора. В смеситель подается кислород (О2) и исходный поток технологического диоксида углерода, содержащий следы этилена и воды, и в свободном пространстве шахтного конвертора над слоем катализатора происходит взаимодействие кислорода с водородом, в результате которого происходит повышение температуры смеси до 950-1050°С. Горячий газ подается на слой никелевого катализатора, на котором происходит процесс эндотермической конверсии диоксида углерода с образованием оксида углерода и воды и с одновременным понижением температуры - Tsh до 800-950°С.

После шахтного конвертора конвертированный газ проходит котел-утилизатор, в котором генерируется пар давлением 5-7 атм, используемый далее для регенерации аминового раствора на стадии очистки конвертированного газа от диоксида углерода. После котла - утилизатора конвертированный газ охлаждается в рекуперационном теплообменнике нагрева исходной на водородную конверсию технологической смеси и поступает в холодильник, где охлаждается до температуры 30-40°С, с которой и поступает на всас компрессора. Сжатый конвертированный газ проходит жидкостную абсорбционную очистку от диоксида углерода, после которой исходная для разделения смесь, содержащая водород, оксид углерода, азот, метан и пары воды проходит стадию разделения с использованием селективных полимерных мембран.

Примеры осуществления процесса:

Пример №1

Исходный технологический водород в количестве 5264.4 нм3/ч под давлением 0.27 ати смешивается с возвратными потоками диоксида углерода после стадии очистки конвертированного газа в количестве 3728.5 нм3/ч и водородным потоком после стадии разделения конвертированного газа с помощью полимерных мембран в количестве 5543.1 (смешанный газ).

Технологическая смесь нагревается до 450°С за счет тепла, отходящего после шахтного конвертора конвертированного газа, и подается в смеситель шахтного конвертора. В смеситель подается кислород (О2) в количестве 921.4 нм3/ч и исходный поток технологического диоксида углерода в количестве 3381.7 нм3/ч, содержащий следы этилена, и в свободном пространстве шахтного конвертора над слоем катализатора происходит взаимодействие кислорода с водородом, в результате которого происходит повышение температуры смеси до 958.0°С.

Образующийся горячий газ в количестве 16570.1 нм3/ч с соотношением пар: газ 0.112 и составом CO2 равно 42.91 об. %, СО равно 2.88 об. %, Н2 равно 54.15 об. %, N2 равно 0.05 об. %, подается на слой никелевого катализатора, на котором происходит процесс эндотермической конверсии диоксида углерода с образованием оксида углерода и воды и с одновременным понижением температуры до 799.7°С. Одновременно с эндотермической конверсией диоксида углерода протекает экзотермическая реакция метанирования, т.е. образования метана из окиси углерода и водорода. На выходе из зернистого слоя получается газ в количестве 13184.8 нм3/ч с соотношением пар: газ 0.397 и составом СО2 равно 28.31 об. %; СО равно 29.22 об. %; Н2 равно 42.38 об. %; N2 равно 0.07 об. %; CH4 равно 0.018 об. % под давлением 0.05 ати.

После шахтного конвертора конвертированный газ проходит котел-утилизатор, в котором генерируется пар давлением 5-7 атм, используемый далее для регенерации аминового раствора на стадии очистки конвертированного газа от диоксида углерода. После котла - утилизатора конвертированный газ охлаждается в рекуперационном теплообменнике, нагревая исходный газ на водородную конверсию технологической смеси, и поступает в холодильник, где охлаждается до температуры 30-40°С, с которой и поступает на всас компрессора. Сжатый конвертированный газ проходит жидкостную абсорбционную очистку от диоксида углерода, после которой исходная для разделения смесь, содержащая водород, оксид углерода, азот, метан и пары воды проходит стадию разделения с использованием селективных полимерных мембран. В результате получается товарная окись углерода с содержанием N2 равно 0.26%; СН4 равно 0.07%; СО2 равно 0.27%; Н2 равно 1.62%, т.е. 97.77% чистоты.

Выделенный поток диоксида углерода после стадии очистки конвертированного газа в количестве 3728.5 нм3/ч возвращается на стадию конверсии для смешения с исходным водородным потоком в количестве 5264.4 нм3/ч и водородным потоком после стадии разделения в количестве 5543.1 нм3/ч.

Пример №2.

Исходный технологический водород в количестве 5337.7 нм3/ч под давлением 0.7 ати смешивается с возвратными потоками диоксида углерода после стадии очистки конвертированного газа в количестве 3399.2 нм3/ч и водородным потоком после стадии разделения конвертированного газа с помощью полимерных мембран в количестве 5511.9 (смешанный газ).

Технологическая смесь нагревается до 450°С за счет тепла, отходящего после шахтного конвертора конвертированного газа, и подается в смеситель шахтного конвертора. В смеситель подается кислород (О2) в количестве 958.4 нм3/ч и исходный поток технологического диоксида углерода в количестве 3381.8 нм3/ч, содержащий следы этилена, и в свободном пространстве шахтного конвертора над слоем катализатора происходит взаимодействие кислорода с водородом, в результате которого происходит повышение температуры смеси до 991.6°С.

Образующийся горячий газ в количестве 16209.5 нм3/ч с соотношением пар: газ 0.119 и составом CO2 равно 41.84 об. %, СО равно 2.95 об. %, H2 равно 55.16 об. %, N2 равно 0.06 об. % подается на слой никелевого катализатора, на котором происходит процесс эндотермической конверсии диоксида углерода с образованием оксида углерода и воды и с одновременным понижением температуры - Tsh 839°C. Одновременно с эндотермической конверсией диоксида углерода протекает экзотермическая реакция метанирования, т.е. образования метана из окиси углерода и водорода. На выходе из зернистого слоя получается газ в количестве 12825.7 нм3/ч с соотношением пар: газ 0.414 и составом СО2 равно 26.54 об. %, СО равно 30.04 об. %; Н2 равно 43.33 об. %; N2 равно 0.07 об. %; СН4 равно 0.018 об. % под давлением 0.05 ати.

После шахтного конвертора конвертированный газ проходит котел-утилизатор, в котором генерируется пар давлением 5-7 атм, используемый далее для регенерации аминового раствора на стадии очистки конвертированного газа от диоксида углерода. После котла-утилизатора конвертированный газ охлаждается в рекуперационном теплообменнике, нагревая исходный газ на водородную конверсию технологической смеси, и поступает в холодильник, где охлаждается до температуры 30-40°С, с которой и поступает на всас компрессора. Сжатый конвертированный газ проходит жидкостную абсорбционную очистку от диоксида углерода, после которой исходная для разделения смесь, содержащая водород, оксид углерода, азот, метан и пары воды проходит стадию разделения с использованием селективных полимерных мембран.

В результате получается товарная окись углерода с содержанием N2 равно 0.27 об. %, CH4 равно 0.07 об. %, СО2 равно 0.27 об. %, Н2 равно 1.61 об. %, т.е. 97.77% чистоты.

Выделенный поток диоксида углерода после стадии очистки конвертированного газа в количестве 3399.2 нм3/ч возвращается на стадию конверсии для смешения с исходным водородным потоком в количестве 5337.7 нм3/ч и водородным потоком после стадии разделения в количестве 5511.9 нм3/ч.

Пример №3 .

Исходный технологический водород в количестве 5387.6 нм3/ч под давлением 0.7 ати смешивается с возвратными потоками диоксида углерода после стадии очистки конвертированного газа в количестве 2645.8 нм3/ч и водородным потоком после стадии разделения конвертированного газа с помощью полимерных мембран в количестве 6644.4 (смешанный газ).

Технологическая смесь нагревается до 450°С за счет тепла, отходящего после шахтного конвертора конвертированного газа, и подается в смеситель шахтного конвертора. В смеситель подается кислород (О2) в количестве 983.9 нм3/ч и исходный поток технологического диоксида углерода в количестве 3370.2 нм3/ч, содержащий следы этилена, и в свободном пространстве шахтного конвертора над слоем катализатора происходит взаимодействие кислорода с водородом, в результате которого происходит повышение температуры смеси до 1011.4°С.

Образующийся горячий газ в количестве 16573.9 нм3/ч с соотношением пар: газ 0.120 и составом СО2 равно 36.30 об. %, СО равно 2.87 об. %, Н2 равно 60.78 об. %, N2 равно 0.06 об. % подается на слой никелевого катализатора, на котором происходит процесс эндотермической конверсии диоксида углерода с образованием оксида углерода и воды и с одновременным понижением температуры - Tsh до 852.5°С. Одновременно с эндотермической конверсией диоксида углерода протекает экзотермическая реакция метанирования, т.е. образования метана из окиси углерода и водорода. На выходе из зернистого слоя получается газ в количестве 13200.9 нм3/ч с соотношением пар: газ 0.406 и составом СО2 равно 20.08 об. %; СО равно 29.08 об. %; Н2 равно 50.75 об. %; N2 равно 0.07 об. %; СН4 равно 0.018 об. % под давлением 0.51 ати.

После шахтного конвертора конвертированный газ проходит котел-утилизатор, в котором генерируется пар давлением 5-7 атм, используемый далее для регенерации аминового раствора на стадии очистки конвертированного газа от диоксида углерода. После котла-утилизатора конвертированный газ охлаждается в рекуперационном теплообменнике, нагревая исходный газ на водородную конверсию технологической смеси, и поступает в холодильник, где охлаждается до температуры 30-40°С, с которой и поступает на всас компрессора. Сжатый конвертированный газ проходит жидкостную абсорбционную очистку от диоксида углерода, после которой исходная для разделения смесь, содержащая водород, оксид углерода, азот, метан и пары воды проходит стадию разделения с использованием селективных полимерных мембран.

В результате получается товарная окись углерода с содержанием N2 равно 0.27 об. %; СН4 равно 0.07 об. %; СО2 равно 0.31 об. %; Н2 равно 1.94 об. %, т.е. 97.40% чистоты.

Выделенный поток диоксида углерода после стадии очистки конвертированного газа в количестве 2645.8 нм3/ч возвращается на стадию конверсии для смешения с исходным водородным потоком в количестве 5387.6 нм3/ч и водородным потоком после стадии разделения в количестве 6644.4 нм3/ч.

Пример №4.

Исходный технологический водород в количестве 5481.1 нм3/ч под давлением 0.7 ати смешивается с возвратными потоками диоксида углерода после стадии очистки конвертированного газа в количестве 2044.1 нм3/ч и водородным потоком после стадии разделения конвертированного газа с помощью полимерных мембран в количестве 8019.2 нм3/ч (смешанный газ).

Технологическая смесь нагревается до 450°С за счет тепла, отходящего после шахтного конвертора конвертированного газа, и подается в смеситель шахтного конвертора. В смеситель подается кислород (О2) в количестве 1032.0 нм3/ч и исходный поток технологического диоксида углерода в количестве 3356.0 нм3/ч, содержащий следы этилена, и в свободном пространстве шахтного конвертора над слоем катализатора происходит взаимодействие кислорода с водородом, в результате которого происходит повышение температуры смеси до 1030.6°С.

Образующийся горячий газ в количестве 17329.4 нм3/ч с соотношением пар: газ 0.120 и составом СО2 равно 31.16 об. %, СО равно 2.73 об. %, Н2 равно 66,05 об. %, N2 равно 0.06 об. % подается на слой никелевого катализатора, на котором происходит процесс эндотермической конверсии диоксида углерода с образованием оксида углерода и воды и с одновременным понижением температуры - Tsh до 878.0°С. Одновременно с эндотермической конверсией диоксида углерода протекает экзотермическая реакция метанирования, т.е. образования метана из окиси углерода и водорода. На выходе из зернистого слоя получается газ в количестве 13976.4 нм3/ч с соотношением пар: газ - 0.389 и составом СО2 равно 14.70 об. %; СО равно 27.31 об. %; Н2 равно 57.90 об. %; N2 равно 0.07 об. %; СН4 равно 0.016 об. % под давлением 0.5 ати.

После шахтного конвертора конвертированный газ проходит котел-утилизатор, в котором генерируется пар давлением 5-7 атм, используемый далее для регенерации аминового раствора на стадии очистки конвертированного газа от диоксида углерода. После котла-утилизатора конвертированный газ охлаждается в рекуперационном теплообменнике, нагревая исходный газ на водородную конверсию технологической смеси, и поступает в холодильник, где охлаждается до температуры 30-40°С, с которой и поступает на всас компрессора. Сжатый конвертированный газ проходит жидкостную абсорбционную очистку от диоксида углерода, после которой исходная для разделения смесь, содержащая водород, оксид углерода, азот, метан и пары воды проходит стадию разделения с использованием селективных полимерных мембран.

В результате получается товарная окись углерода с содержанием N2 равно 0.28 об. %, СН4 равно 0.07 об. %, СО2 равно 0.35 об. %, Н2 равно 2.35 об. %, т.е. 96.96% чистоты.

Выделенный поток диоксида углерода после стадии очистки конвертированного газа в количестве 2044.1 нм3/ч возвращается на стадию конверсии для смешения с исходным водородным потоком в количестве 5481.1 нм3/ч и водородным потоком после стадии разделения в количестве 8019.2 нм3/ч.

Пример №5 .

Исходный технологический водород в количестве 5565.5 нм3/ч под давлением 0.7 ати смешивается с возвратными потоками диоксида углерода после стадии очистки конвертированного газа в количестве 1675.7 нм3/ч и водородным потоком после стадии разделения конвертированного газа с помощью полимерных мембран адсорбции в количестве 9484.6 нм3/ч (смешанный газ).

Технологическая смесь нагревается до 450°С за счет тепла, отходящего после шахтного конвертора конвертированного газа, и подается в смеситель шахтного конвертора. В смеситель подается кислород (О2) в количестве 1074.8 им3/ч и исходный поток технологического диоксида углерода в количестве 3341.0 нм3/ч, содержащий следы этилена, и в свободном пространстве шахтного конвертора над слоем катализатора происходит взаимодействие кислорода с водородом, в результате которого происходит повышение температуры смеси до 1038.6°С.

Образующийся горячий газ в количестве 18408.2 нм3/ч с соотношением пар: газ 0.118 и составом СО2 равно 27.25 об. %, СО равно 2.56 об. %, Н2 равно 70.13 об. %, N2 равно 0.05 об. % подается на слой никелевого катализатора, на котором происходит процесс эндотермической конверсии диоксида углерода с образованием оксида углерода и воды и с одновременным понижением температуры - Tsh до 893.4°С. Одновременно с эндотермической конверсией диоксида углерода протекает экзотермическая реакция метанирования, т.е. образования метана из окиси углерода и водорода. На выходе из зернистого слоя получается газ в количестве 15065.2 нм3/ч с соотношением пар: газ 0.366 и составом СО2 равно 11.16 об. %; СО равно 25.25 об. %; Н2 равно 63.50 об. %; N2 равно 0.07 об. %; CH4 равно 0.016 об. % под давлением 0.5 ати.

После шахтного конвертора конвертированный газ проходит котел-утилизатор, в котором генерируется пар давлением 5-7 атм, используемый далее для регенерации аминового раствора на стадии очистки конвертированного газа от диоксида углерода. После котла-утилизатора конвертированный газ охлаждается в рекуперационном теплообменнике, нагревая исходный газ на водородную конверсию технологической смеси, и поступает в холодильник, где охлаждается до температуры 30-40°С, с которой и поступает на всас компрессора. Сжатый конвертированный газ проходит жидкостную абсорбционную очистку от диоксида углерода, после которой исходная для разделения смесь, содержащая водород, оксид углерода, азот, метан и пары воды проходит стадию разделения с использованием селективных полимерных мембран.

В результате получается товарная окись углерода с содержанием N2 равно 0.29 об. %; СН4 равно 0.08 об. %; СО2 равно 0.39 об. %; Н2 равно 2.78 об. %, т.е. 96.47% чистоты.

Выделенный поток диоксида углерода после стадии очистки конвертированного газа в количестве 1675.7 нм3/ч возвращается на стадию конверсии для смешения с исходным водородным потоком в количестве 5565.5 нм3/ч и водородным потоком после стадии разделения в количестве 9484.6 нм3/ч.

Параметры рассмотренных примеров приведены в соответствующих строках таблицы.

Таблица
P ати, под слоем O2, нм3 Tsh, °C Об. % CO2 Состав продукта, % Н2/СО2 в исходном газе Н2/СО2 в смешанном газе
CH4 СО2 СО N2 Н2
0.05 921 800 28.32 0.07 0.27 97.77 0.26 1.62 1.555 1.52
0.5 958 832 26.55 0.07 0.27 97.77 0.26 1.61 1.578 1.6
0.5 984 852 20.10 0.07 0.31 97.40 0.27 1.94 1.599 2.0
0.5 1032 878 14.70 0.07 0.35 96.96 0.28 2.35 1.633 2.5
0.5 1075 890 11.20 0.08 0.39 96.47 0.29 2.78 1.666 3.0

Способ производства оксида углерода с содержанием метана ниже 0,1 об.% с применением углекислотой каталитической конверсии исходного сырья, охлаждения конвертированного газа после стадии конверсии с утилизацией тепла, очистки конвертированного газа от диоксида углерода методом жидкостной абсорбции с возвратом его на стадию конверсии и последующее выделение водорода из очищенной смеси, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют водород, диоксид углерода и кислород при соотношении H2:СО2, равном 1,555÷1,663, соотношении О22, равном 0,175÷0,193, и конверсию осуществляют при давлении на выходе из катализаторного слоя шахтного конвертора 0,05-0,5 ати.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к устройствам для получения монооксида углерода СО, который может быть использован как сырье для промышленного производства продуктов органического синтеза.

Изобретение относится к способам получения монооксида углерода (12СО, 13СО или 14СО) взаимодействием диоксида углерода ( 12СО2, 13СО 2 или 14CO2 ) с металлами и их сплавами. .

Изобретение относится к способам получения окиси углерода, которая является важным промышленным полупродуктом для производства целого ряда органических и неорганических соединений.
Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для синтеза различных органических соединений. .
Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для синтеза различных органических соединений. .

Изобретение относится к объединенному синергетическому способу производства метанола и производству третичных бутиловых эфиров низших алкилов частичным окислением тяжелых фракций углеводородов.
Изобретение относится к производству богатого окисью углерода газа, в частности к способу каталитического получения богатого окисью углерода газа. .

Изобретение относится к получению высокочистых веществ и касается способа тонкой очистки веществ кристаллизацией с использованием межфазных переходов. .

Изобретение относится к технологии выделения выбросных газов, применяемой в производстве карбида кальция и позволяющей повысить степень очистки выбросных газов от РНз за счет увеличения его растворимости в метаноле.

Изобретение относится к химии, а именно к способам получения монооксида углерода

Изобретение относится к химической технологии неорганических продуктов

Изобретение относится к способу преобразования углерода в оксид углерода. Данный способ включает приведение углерода в контакт с паром в присутствии материала со структурой типа карнегиита, имеющего формулу (Na2O)xNa2[Al2Si2O8], где 0<х≤1. Предлагаемый способ позволяет эффективно снизить количество коксовых отложений. Изобретение также относится к способу крекинга углеводородов, а также устройству для крекинга углеводородов. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл., 4 пр.

Изобретение относится к катализатору для раздельного получения водорода и монооксида углерода из метана. Катализатор состава 5-15% мас. Ni на γ-Al2O3 или SiO2 промотирован оксидными соединениями ванадия, в пересчете на V2O5 в количестве 5-20% массовых процентов. Также предложен способ раздельного получения водорода и монооксида углерода из метана и СО2. Изобретение позволяет увеличить производительность процесса по водороду и монооксиду углерода, сохранить постоянной за время цикла производительность по водороду и монооксиду углерода, снизить энергозатраты. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 11 пр.
Наверх