Способ получения синтез-газа


 


Владельцы патента RU 2537627:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (ТюмГНГУ) (RU)

Изобретение относится к химии и технологии органического синтеза, а именно к способу получения синтез-газа (смеси оксида углерода и водорода), который может быть использован в нефтехимии для получения метилового спирта, диметилового эфира, альдегидов и спиртов оксосинтезом, углеводородов и синтетического моторного топлива. Способ осуществляется каталитической конверсией углекислого газа в присутствии водорода при температуре 250-350°С и атмосферном давлении на катализаторе, содержащем 0,8-8,0% церия на γ-оксиде алюминия. Изобретение обеспечивает упрощение технологии процесса, снижение энергетических затрат и достижение полного превращения диоксида углерода в синтез-газ при невысоких температурах без использования дополнительного количества углеводородного сырья и водяного пара. 6 пр.

 

Изобретение относится к химии и технологии органического синтеза, а именно к способу получения синтез-газа (смеси оксида углерода и водорода), который может быть использован в нефтехимии для получения метилового спирта, диметилового эфира, альдегидов и спиртов оксосинтезом, углеводородов и синтетического моторного топлива.

Известен способ получения синтез-газа высокотемпературной термической обработкой смеси, содержащей один или несколько углеводородов и соединение с одним или несколькими атомами кислорода и дальнейшим охлаждением полученного синтез-газа [1].

Недостатком известного способа является применение высоких температур 1420-1800°C, применение теплоносителя, что предполагает большие энергетические и капитальные затраты и использование аппаратов из высоколегированных дорогих сталей. Кроме того, недостатком способа является использование углеводородного сырья (метансодержашего газа).

Следует отметить также, что при температурах выше 1000°C может протекать термическое разложение молекул углеводородов, в частности метана, на водород и углерод. Образовавшийся водород способен каталитически восстанавливать диоксид углерода на различных катализаторах до оксида углерода и далее до метана.

Известен способ превращения смеси диоксида углерода и воды в синтез-газ на стенках специального реактора, покрытых диоксидом церия при высоких температурах, порядка 1600 К, достигаемых концентрированием энергии солнечного излучения специальными концентраторами [2] и [3]. Превращение диоксида углерода и водяного пара в смесь оксида углерода и водорода протекает за счет каталитического действия диоксида церия в присутствии водорода, образовавшегося из водяного пара. Производительность такого способа очень низкая, так как при температуре 1600 К степень разложения водяного пара с образованием водорода очень низка - около 1,2·10-6%, а для полного разложения водяного пара на водород и кислород необходима температура порядка 3000 К [4]. Недостатками данного способа являются также низкая производительность, экзотичность, нетехнологичность, зависимость от интенсивности солнечного излучения и использование высоких температур.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения синтез-газа конверсией парогазовой смеси, содержащей диоксид углерода и водяной пар в соотношении (1,0-2,3):1 в электролизере с твердым оксидным электролитом при 1120-1220 К [5] (прототип).

Согласно данному способу, превращение диоксида углерода в синтез-газ осуществляется за счет электрохимического восстановления водородом, полученным высокотемпературным электролизом водяного пара на катоде.

Недостатками прототипа являются: использование высоких температур, приводящих к повышенным энергетическим затратам, и сложность технологии, совмещающей процесс мембранного выделения углекислого газа из дымовых газов с последующим высокотемпературным электролизом с использованием теплоносителя.

Задачей настоящего изобретения является упрощение и усовершенствование способа получения синтез-газа конверсией диоксида углерода.

Технический результат от использования предлагаемого изобретения - упрощение технологии процесса, снижение энергетических затрат и достижение полного превращения диоксида углерода в синтез-газ при невысоких температурах без использования дополнительного количества углеводородного сырья и водяного пара.

Указанный технический результат достигается тем, что синтез-газ получают конверсией смеси CO2 и H2 на специальном церийсодержащем катализаторе при температурах до 350°C и атмосферном давлении.

Способ осуществляют следующим образом.

Смесь диоксида углерода и водорода пропускают через слой гетерогенного церийсодержащего катализатора при температуре 250-350°C. На выходе получают чистый синтез-газ в объемном соотношении CO:H2, равном 1:(1÷2), которое задается составом исходной смеси. Синтез-газ содержит небольшое количество диоксида углерода, не содержит метана или других соединений.

Заявленный способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

100 см3 носителя катализатора γ Al2O3 насыпной плотностью 0,800 г/см3 подвергают осушке в сушильном шкафу при температуре 150°C в течение 3-х часов. Затем осушенный носитель заливают 100 см3 пропиточного водного раствора азотнокислого церия, содержащего 16 г. Се(NO3)3·6H2O. Пропитку носителя катализатора ведут в течение 10 часов, остатки раствора выпаривают. Катализатор подвергают термообработке в муфельной печи при температуре 400°C в течение двух часов. Получают 100 см3 катализатора, содержащего 8,0 мас.% Ce на γ Al2O3. Полученный катализатор загружают в металлический вертикальный цилиндрический реактор, объемом 100 см3 (длина цилиндрической части 150 мм, диаметр 27 мм), оборудованный электрообогревом. Катализатор в реакторе подвергают восстановительной активации в токе водорода с расходом 300 мл/мин при температуре 200°C в течение 12 часов. Далее через реактор с восстановленным катализатором пропускают смесь CO2 и H2 в объемном соотношении 1:3 при температуре 350°C, с общим расходом газовой смеси 20000 ч-1. На выходе из реактора получают синтез-газ состава, об.%: СО - 33.0; H2 - 67.0. Конверсия CO2 - 100%.

Пример 2.

Получение катализатора и конверсию CO2 в синтез-газ проводят в условиях, аналогичных описанным в примере 1. Содержание Се(MO3)3·6H2O в пропиточном растворе 5.6 г. Состав полученного катализатора 2.3 мас.% Ce на γ Al2O3. Объемное соотношение CO22 на входе в реактор равно 1:3. Температура в реакторе 350°C.

На выходе из реактора получают синтез-газ состава. об.%: CO - 30.0: CO2 - 3.0; H2 - 67,0. Конверсия CO2 - 91,0%.

Пример 3.

Получение катализатора и конверсию CO2 в синтез-газ осуществляют в условиях, аналогичных описанным в примере 1.

Состав полученного катализатора 8.0 мас.% Се на γ-Al2O3. Температура в реакторе 250°C. Объемное соотношение CO2:H2 на входе в реактор равно 1:3.

На выходе из реактора получают газовую смесь состава, об.%: CO - 27,5; CO2 - 5,5; Н2 - 67,0. Конверсия CO2 - 83,3%.

Пример 4.

Получение катализатора и конверсию CO2 в синтез-газ осуществляют в условиях, аналогичных описанным в примере 1.

Состав полученного катализатора 8,0 мас.% Ce на γ-Al2O3. Температура в реакторе 200°C. Объемное соотношение CO2:H2 на входе в реактор равно 1:3.

На выходе из реактора получают газовую смесь состава, об.%: CO - 19,1; CO2 - 13,9; Н2 - 67,0. Конверсия CO2 - 58,0%.

Пример 5.

Получение катализатора и конверсию CO2 в синтез-газ осуществляют в условиях, аналогичных описанным в примере 1.

Содержание Се(NO3)3·6H2O в пропиточном растворе 1,6 г. Состав полученного катализатора 0,8 мас.% Се на γ-Al2O3. Температура в реакторе 350°C. Объемное соотношение CO2:H2 на входе в реактор равно 1:3.

На выходе из реактора получают газовую смесь состава, об.%: CO - 17,7; СО2 - 15,3; Н2 - 67,0. Конверсия CO2 - 53,6%.

Пример 6.

Получение катализатора и конверсию CO2 в синтез-газ проводят в условиях, аналогичных описанным в примере 5. Содержание Ce(NO3)3·6H2O в пропиточном растворе 1,0 г. Состав полученного катализатора 0,4 мас.% Се на γ-Al2O3. Температура в реакторе 350°C. Объемное соотношение CO2:H2 на входе в реактор равно 1:3.

На выходе из реактора получают газовую смесь состава. об.%: CO - 10,5; CO2 - 22,5; Н2 - 67,0. Конверсия CO2 - 31,8%.

Таким образом, по сравнению с прототипом заявленный способ получения синтез-газа позволяет в сравнительно "мягких" условиях - при температурах до 350°C и атмосферном давлении, без использования углеводородов - превращать диоксид углерода в синтез-газ. Мольное (объемное) соотношение CO:H2 в полученном синтез-газе легко регулируется соответствующим соотношением CO2:H2 в исходном сырье. Содержание церия в катализаторе ниже 0,8% снижает конверсию диоксида углерода, а выше 8% экономически нецелесообразно.

Температура процесса ограничена нижним значением в 250°C, ниже которой снижается конверсия диоксида углерода и верхним 350°C, так как уже при температуре 350°C достигается полное превращение диоксида углерода.

Использованные источники

1. RU 2322385 С2.

2. Топливо из света. Популярная механика. Энергоэффективная Россия. Многофункциональный общественный портал. [Электронный ресурс] URL: http://energohelp. net/articles/tehnologies.-sub/67503/ (дата обращения 23.11.2012).

3. US 4053576 C01B 1300.

4. Водород. Свойства, получение, хранение, транспортирование, применение. Справочник. - М.: Химия, 1989. - 332 с.

5. RU 2062750 С1.

Способ получения синтез-газа каталитической конверсией углекислого газа в присутствии водорода при температуре 250-350°C и атмосферном давлении на катализаторе, содержащем 0,8-8,0% церия на γ-оксиде алюминия.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе титана, используемых для аккумулирования водорода, и может быть использовано в экологически чистых энергетических устройствах.

Изобретение относится к области хранения и отбора водорода с применением пористых компонентов, взаимодействующих с водородом с обратимым образованием гидридов металлов.

Изобретение относится к химической промышленности. Технологический углеводородный газ после сероочистки в смеси с водяным паром подают в обогреваемые жаропрочные трубы, внутри которых размещают никельсодержащий катализатор в виде слоя гранул в форме шара или цилиндра с поверхностью 400÷700 м2/м3 и порозностью 0,5-0,7 м3/м3.

Изобретение относится к устройству переработки газового углеводородного сырья для получения синтез-газа. Устройство содержит узел подвода исходных компонентов - окислителя и углеводородного газа, узел охладителя, смеситель образования реакционной смеси, камеру горения в виде цилиндрического канала, корпус которой имеет охлаждающий тракт, дополнительные стенки-перегородки с охлаждающим внутренним проходным трактом, связанным с охлаждающим трактом корпуса камеры.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ совместного производства метанола и аммиака из исходного углеводородного сырья осуществляют посредством следующих этапов.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности и в энергетике. На стадии 12 получают синтез-газ 50, содержащий по меньшей мере CO и H2 и имеющий первую температуру по меньшей мере 900 °C, посредством реакции углеводородного сырья с кислородом.

Изобретение относится к области нефтехимии и может быть использовано для синтеза метанола, диметилового эфира, углеводородов по методу Фишера-Тропша. Метансодержащее сырьё подвергают окислительной конверсии при температуре 650-1100°C в лифт-реакторе.

Изобретение относится к катализаторам, используемым в реакции паровой конверсии диметоксиметана, а именно к катализатору для получения обогащенной по водороду газовой смеси взаимодействием диметоксиметана и паров воды.
Изобретение относится к способу эксплуатации коксовой печи. Согласно способу возникающий в процессе коксования коксовый газ в виде полезного газа подается на материальную переработку, при этом от коксового газа отделяют водород, а для создания части необходимой для процесса коксования тепловой энергии в качестве горючего газа подается синтез-газ, который получают из ископаемого топлива посредством процесса газификации, при этом в качестве горючего газа используют первую долю полученного синтез-газа, при этом дополнительную долю полученного синтез-газа используют для дальнейшего синтеза с отделенным от коксового газа водородом.
Изобретение относится к катализаторам, используемым для получения водорода или синтез-газа для химического производства в процессах парциального окисления, парового реформинга и автотермического реформинга углеводородного сырья.

Изобретение может быть использовано в химии и энергетике. Исходные реагенты - воду и диоксид углерода, через смеситель 2 подают в реактор 1, выполненный в виде герметичной емкости, содержащей катализатор, при этом концентрацию диоксида углерода в воде регулируют, чтобы получить карбонизированную воду, посредством давления и времени насыщения воды диоксидом углерода. В реакторе 1 проводят химическую реакцию с образованием водорода, кислорода и сопутствующих продуктов химической реакции, которые подают в сепаратор 3 с выделением из газообразной фазы водорода. Сепаратор 3 может дополнительно содержать по меньшей мере два фильтра. Изобретение обеспечивает эффективную утилизацию диоксида углерода и экономичное получение водорода. 7 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области разработки структурированного катализатора для получения синтез-газа в процессе паровой и парокислородной конверсии ацетона или этанола. Структурированный катализатор паровой и парокислородной конверсии ацетона или этанола для получения синтез-газа представляет собой теплопроводный носитель из фехралевого сплава, с активным компонентом на основе сложного смешанного оксида, содержащего как минимум 4 металла, на основе празеодима-церия-циркония, допированного металлом из группы редкоземельных элементов с нанесенным активным компонентом из металлов платиновой группы (Pt, Ru) и/или Ni. Структурированный катализатор имеет общую формулу a[M1M2[AxPr0,3-xCe0,35Zr0,35]O2]+(100-a)[FCA], где: а равно от 5 до 15 мас.%; х равен 0,05-0,25, А выбирают из металлов редкоземельных элементов La или Sm; M1, M2 - это металлы, где: M1 - это Pt или Ru с содержанием до 3 мас.%; M2 - это Ni с содержанием до 6 мас.%; FCA - теплопроводный носитель из фехралевого сплава. Технический результат - высокая активность структурированных катализаторов, которые позволяют проводить процесс паровой конверсии и парокислородной конверсии этанола при высоких концентрациях биотоплив в смеси до 49%, а также при высоких нагрузках подачи реакционной смеси, т.е. при малых временах контакта. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 11 пр., 9 табл., 3 ил.

Изобретение относится к области технологии создания композиционных полимерных материалов и может быть использовано для предотвращения нежелательной пассивации воздухом или компонентами, содержащимися в технических водородсодержащих газах и других газообразных средах, гидридообразующих сплавов, предназначенных для хранения водорода. Способ защиты порошков гидридообразующих сплавов для хранения водорода включает в себя покрытие частиц порошка сплава-накопителя водорода пленкой барьерного полимера, препятствующей прохождению кислорода и свободно пропускающей через себя водород, при этом содержание барьерного полимера должно соответствовать 2-15 мас.% от массы порошка сплава-накопителя водорода, и последующее проведение процедуры активации абсорбции водорода. Изобретение обеспечивает сохранение фазового состава, наноструктурного состояния и высокой активности материала при взаимодействии с водородом, а также исключает проведение дополнительных процедур активации сплавов-накопителей водорода. 5 ил., 1 табл., 5 пр.

Изобретение относится к способу получения метано-водородной смеси, содержащей в основном Н2 и СН4, для производства водорода, спиртов, аммиака, диметилового эфира, этилена, для процессов Фишера-Тропша, и может быть использовано в химической промышленности для переработки углеводородных газов, а также в качестве топлива в газотурбинных приводах компрессорных станций и на транспорте, для производства электроэнергии. Способ получения метано-водородной смеси и водорода включает смешивание потока используемого в качестве источника сырья природного газа и водяного пара, нагревание потока, парциальное окисление потока и высокотемпературную адиабатическую конверсию в реакторе, заполненном насадкой катализатора. Изобретение обеспечивает эффективное получение метановодородной смеси и водорода, повышение степени конверсии метана, упрощение процесса и снижение тепловых затрат. 7 з.п. ф-лы, 1 ил., 7 табл., 1 пр.

Изобретение относится к трубе риформинга с переменной толщиной стен, предназначенной для риформинга газа в процессе прямого восстановления железа. Труба содержит аксиально выровненную трубчатую конструкцию, выполненную из металлического материала. Аксиально выровненная трубчатая конструкция содержит фланцевую секцию, верхнюю секцию, среднюю секцию и нижнюю секцию. Верхняя секция содержит первый участок, имеющий первую толщину стены, второй участок, имеющий вторую толщину стены и третий участок, имеющий переходную толщину стены, который соединяет первый участок со вторым участком. Причем первый участок, второй участок и третий участок имеют постоянный внутренний диаметр. Изобретение обеспечивает более продолжительную работу при текущих требованиях к температуре или равную продолжительность работы в условиях повышенных температур. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к улучшенному способу конверсии моноксида углерода СО и воды Н2О в диоксид углерода СO2 и водород Н2, который включает стадии связывания моноксида углерода из газовой фазы первым растворителем с получением формиата НСОО-, разложение формиата НСОО- и отделение образующегося водорода Н2. При этом либо образующийся гидрокарбонат, либо образующийся карбонат осаждают и отделяют, твердый гидрокарбонат или твердый карбонат термически разлагают и диоксид углерода СО2 отделяют. При этом моноксид углерода СО связывают из газовой фазы первым растворителем в первом реакторе (1), образующийся формиат НСОО- разлагают в третьем реакторе (3), а образующийся водород H2 отделяют, осажденный гидрокарбонат отделяют во втором реакторе (2) и термическое разложение твердого гидрокарбоната и удаление диоксида углерода СO2 выполняют в четвертом реакторе (4). Способ позволяет проводить реакцию сдвига моноксида углерода с улучшенной эффективностью и снизить затраты энергии. Изобретение также относится к установке для осуществления указанного способа. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к энергетическому оборудованию и может быть использовано для получения водорода как в стационарных установках, так и на транспорте. Способ генерации водорода включает размещение изделий из композита алюминия или магния, выполненных в форме куба или параллелепипеда с отверстиями в трех ортогональных направлениях, в решетчатые контейнеры, которые помещают каждый в отдельный герметичный реактор, через который пропускают воду с помощью впускных для воды отверстий, снабженных запорными задвижками, соединенных с магистралью впускной воды, и выпускных для воды отверстий, снабженных запорными задвижками, соединенных с магистралью выпускной воды, при этом магистрали соединены с теплообменником, а водород отводят через отверстия, снабженные запорными задвижками, соединенные с магистралью водорода, которую соединяют с газопотребляющим устройством. Изобретение позволяет обеспечить быструю замену твердого реагента без остановки процесса выработки водорода, а также безопасность и отсутствие твердых выбросов. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области газохимии, а именно к установке для получения синтез-газа для производства углеводородов. Установка включает магистраль подачи углеводородного сырья, магистраль подачи остаточного газа с установки синтеза углеводородов из синтез-газа, соединенные с блоком адиабатического предриформинга, трубопровод для подачи кислородосодержащего газа, соединенный с блоком автотермического риформинга, связанного с блоком адиабатического предриформинга, и трубопровод для выхода полученной парогазовой смеси, соединенный с выходом блока автотермического риформинга. Установка также включает первый контур стабилизации состава углеводородного сырья, соединенный с магистралью подачи углеводородного сырья и содержащий емкость для хранения жидких углеводородов, и второй контур стабилизации состава газа, связанный с блоком адиабатического предриформинга. Результатом является обеспечение возможности получения синтез-газа с требуемым стехиометрическим соотношением СО/Н2 из природного газа при нестабильном составе подающейся на вход установки смеси углеводородов. 7 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 пр.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности и энергетике для получения энергии. В реакторе гидрогазификации одновременно нагревают углеродсодержащий материал, водород и воду при температуре и давлении, достаточных для создания потока газообразного продукта, обогащенного метаном и монооксидом углерода. Затем удаляют примеси из потока генераторного газа при температуре 700-900°C и давлении 0,91-3,86 МПа и подвергают его паровому метановому риформингу в условиях, при которых образуется синтез-газ, содержащий водород и монооксид углерода в мольном соотношении Н2:СО от 0,5:1 до 16:1. Часть синтез-газа без отделения водорода отводят в реактор гидрогазификации. Оставшуюся часть синтез-газа подают в реактор Фишера-Тропша для образования жидкого топлива. Углеродсодержащий материал включает городские отходы, биомассу, древесину, уголь, твердые вещества биологического происхождения, природный или синтетический полимер. Изобретение обеспечивает улучшенное и экономичное регулирование состава синтез-газа, упрощённую подачу пара и метана в установку парового риформинга. 19 з.п. ф-лы, 2 табл., 10 ил.
Группа изобретений относится к десульфуризации углеводородов. Способ включает стадии: (i) пропускание смеси углеводорода и водорода через катализатор десульфуризации с превращением сероорганических соединений, присутствующих в указанном углеводороде, в сульфид водорода, (ii) пропускание полученной смеси через сорбент сульфида водорода, содержащий оксид цинка, со снижением содержания сульфида водорода в смеси, и (iii) пропускание газовой смеси, обедненной сульфидом водорода, через дополнительный десульфуризующий материал. Дополнительный десульфуризующий материал содержит формованную смесь одного или более соединений никеля в виде частиц, материал носителя, содержащий оксид цинка в виде частиц, и, необязательно, одно или более соединений промотирующих металлов в виде частиц, выбранных из железа, кобальта, меди и благородных металлов. Причем указанный десульфуризующий материал содержит 0,3-20 мас.% никеля и 0-10 мас.% промотирующего металла. Предложен также способ риформинга углеводородного сырья с использованием упомянутого способа десульфуризации углеводородов. Повышается эффективность десульфуризации углеводородов с обеспечением содержания серы до <5 ч.об./млрд. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 7 табл.
Наверх