Реактор конверсии метана

Авторы патента:

СТОЛЯРЕВСКИЙ АНАТОЛИЙ ЯКОВЛЕВИЧ (RU)

C01B3/00 - Неметаллические элементы; их соединения

Владельцы патента RU 2571149:

Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" (RU)

Изобретение относится к установкам получения водорода, водород-метановой смеси, синтез-газа, содержащего в основном Н₂ и СО, 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 технологиях применения водород-метановой смеси. Реактор конверсии метана для получения газа, обогащенного водородом и монооксидом углерода, содержит корпус, работающий под давлением, снабженный устройствами подачи водяного пара, метана и кислородсодержащего газа и вывода продукта, огнеупорной футеровкой, расположенной на внутренней стенке корпуса и слоем катализатора конверсии метана, расположенным внутри него и состоящем из верхнего и нижнего подслоев, между подслоями катализатора установлено устройство подачи активного газа, в качестве которого используется диоксид углерода. Устройство подачи активного газа выполнено в виде перфорированного цилиндра с глухим днищем и соединено со штуцером, размещенным на наружной стенке корпуса реактора. Изобретение позволяет повысить эффективность конверсии низших алканов и термодинамическую эффективность реактора, снизить металлоемкость, а также уменьшить содержание балластных газов и повысить соотношение СО/Н₂ в продуцируемом газе. 9 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к реактору конверсии метана для получения водородсодержащего газа, водорода, водород-метановой смеси, синтез-газа, содержащего в основном Н₂ и СО, 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 технологиях применения водород-метановой смеси.

Известен реактор конверсии метана для получения синтез-газа, содержащего в основном Н₂ и СО, для производства спиртов, аммиака, диметилового эфира, этилена, для процессов Фишера-Тропша, описанный в патенте РФ №2228901, дата публ. 2004.05.20, МПК С01В 3/38. В известном реакторе получения синтез-газа с заданным соотношением Н₂/СО в диапазоне от 1,0 до 2,0 предусмотрено две стадии: стадия А) парциального окисления и стадия Б) конверсии остаточного метана с продуктами стадии А) на катализаторе. Стадию А) парциального окисления проводят в две ступени: а) некаталитического парциального окисления природного газа кислородом с получением в продуктах реакции неравновесного содержания Н₂О и СН₄ при мольном соотношении кислорода и метана, примерно равном 0,76-0,84, б) конверсии продуктов реакции ступени а) с корректирующими добавками CO₂ и Н₂О или H₂O и СН₄ с получением газовой смеси, которая проходит конверсию остаточного метана водяным паром на катализаторе. Реактор конверсии метана позволяет производить синтез-газ с составом, который отвечает заданному соотношению СО/Н₂, который также можно использовать для получения водорода, а также исходного сырья для дальнейших процессов синтеза спиртов, диметилового эфира, аммиака или других крупнотоннажных химических продуктов.

Однако описанный реактор конверсии метана обладает рядом недостатков, к которым можно отнести функциональные и экономические ограничения применения устройства, связанные с необходимостью подачи больших расходов кислорода (превышающих по массе расход конвертируемого природного газа), производство которого требует больших энергетических (до 1000 кВт·ч/т) и капитальных затрат (до 1500 дол. США/кг·ч^-1). Серьезной проблемой также является сажеобразование, резко снижающее активность катализаторов.

К недостаткам устройства следует отнести низкую термодинамическую эффективность устройства, связанную с затратами на компримирование воздуха, низкую степень конверсии метана и высокое содержание балластных газов (азот, аргон) в продуцируемом газе.

Известно изобретение по патенту СССР №1831468, МКИ 5 С01В 3/38 «Способ получения синтез-газа из углеводородного сырья» - аналог, которое включает смешение углеводородного сырья и окислителя - кислорода или кислородсодержащего газа или пара и конверсию полученной смеси в присутствии монолитного катализатора при температуре, которая в реакционной зоне не менее чем на 93°С ниже точки самовоспламенения смеси, а скорость ввода смеси в реакционную зону превышает скорость процесса проскока пламени.

Известный способ требует использования высокоселективного катализатора. Основными недостатками изобретения по патенту СССР №1831468 является высокая стоимость катализатора, возможность разрушения катализатора за счет локальных перегревов, возможность образования сажи.

Известен реактор частичного окисления метана, содержащий:

- первую камеру формирования прохода для первого газа-реагента;

- вторую камеру формирования прохода для второго газообразного реагента;

- пористую каталитическую мембрану, разделяющую первую и вторую камеры, указанная мембрана способна позволять второму газу-реагенту (например, кислороду) проникать из второй камеры в первую камеру, в котором реактор используют для получения синтез-газа в соотношении примерно от 1,8:1 Н₂/СО до примерно 6:1, за счет конверсии природного газа или метана угольных пластов или биогаза, в котором реактор имеет огнеупорную футеровку толщиной около 25-200 мм, способной выдерживать температуры вплоть до примерно 1000°С (заявка США на изобретение №20130032762, дата публикации: 02 июля 2013) - аналог. Недостаток изобретения - необходимость использования мембраны, снижающей надежность и производительность реактора, трудность регулирования соотношения Н₂/СО.

Перспективным направлением конверсии метана является двухстадийный процесс - «глубокое окисление СН₄ + некаталитическая углекислотная конверсия», в котором реализуется автотермичность процесса за счет комбинированного подхода, где экзотермическая стадия полного окисления метана сочетается с эндотермической стадией углекислотной конверсии. Такой подход реализован в реакторе конверсии метана Н₂/СО, включающем камеру горения метана или природного газа с кислородом воздуха, смеситель, систему охлаждения продуктов окисления и синтез-газа, систему предварительного подогрева метана и воздуха, при этом камера горения содержит средство воспламенения и выполнена в виде проточной камеры, ко входу которой через антипроскоковую решетку пристыкован смеситель, а к смесителю подключены подводящие трубы метана и воздуха, кроме того, к выходу камеры горения пристыкован теплообменник для охлаждения продуктов окисления и нагревания воздуха, который подают в камеру горения, при этом теплообменник снабжен штуцером для вывода из его полости продуктов окисления, отличающемся тем, что устройство дополнительно снабжено системой выделения диоксида углерода, смесителем диоксида углерода и метана и камерой углекислотной конверсии, размещенной в камере горения (патент РФ №2361809, опубл. 20.07.2009. Бюл. №20 - аналог). Недостаток данного решения - сложность устройства, большие термодинамические потери, высокие металлозатраты.

Известен реактор конверсии метана для получения газа, богатого водородом и окисью углерода, который включает кожух, работающий под давлением, снабженный устройствами для подачи водяного пара, содержащего горячий поток газов, и для вывода продукта, огнеупорной футеровкой, расположенной на внутренней стенке кожуха, и слоем катализатора риформинга, расположенным внутри него, а также форсунку для производства водяного пара, содержащего горячий поток газов, соединенную с верхней частью кожуха, работающего под давлением. Реактор по изобретению отличается тем, что слой катализатора состоит из верхнего и нижнего подслоев, причем верхний подслой слоя катализатора имеет каталитическую активность ниже, чем активность его нижнего подслоя (патент РФ №2119382, оп. 27.09.1998) - прототип. Недостаток данного технического решения заключается в низкой эффективности конверсии низших алканов и низкой термодинамической эффективности способа, высоких капитальных затратах и металлоемкости, высоком содержании балластных газов (азот, аргон) в продуцируемом газе.

Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать новое устройство, позволяющее повысить эффективность конверсии низших алканов и термодинамическую эффективность реактора конверсии метана, снизить капитальные затраты и металлоемкость, уменьшить содержание балластных газов (азот, аргон) и повысить соотношение СО/Н₂ в продуцируемом газе.

Поставленная задача решается тем, что в реакторе конверсии метана для получения газа, обогащенного водородом и монооксидом углерода, который содержит корпус, работающий под давлением, снабженный устройствами подачи водяного пара, метана и кислородсодержащего газа и вывода продукта, огнеупорной футеровкой, расположенной на внутренней стенке корпуса, и слоем катализатора конверсии метана, расположенным внутри него и состоящем из верхнего и нижнего подслоев, между подслоями катализатора установлено устройство подачи активного газа, в качестве которого выбран диоксид углерода. Кроме того:

- устройство подачи активного газа выполнено в виде перфорированного цилиндра с глухим днищем и соединено со штуцером, размещенным на наружной стенке корпуса реактора;

- устройство подачи активного газа соединено с регазификатором;

- устройство вывода продукта соединено с теплообменником;

- верхний и нижний подслои катализатора конверсии метана установлены на слои керамических шаров, размещенных, соответственно, на верхней и нижней решетках, установленных на огнеупорной футеровке;

- устройство подачи активного газа выполнено с возможностью поддержания содержания диоксида углерода перед нижним слоем катализатора в диапазоне от 0.4 до 1.2 раз от объемного содержания метана;

- корпус реактора рассчитан на давление в диапазоне от 0.1 до 9.0 МПа;

- верхний подслой катализатора содержит металлы, выбранные из ряда никель, рутений, родий, палладий, иридий, нанесенные на огнеупорные оксиды, такие как

кордиерит, муллит, оксид хрома, титанат алюминия, шпинели, диоксид циркония и оксид алюминия;

- насадка нижнего подслоя катализатора содержит в качестве активных компонентов металл, выбранный из группы родий, никель, платина, иридий, палладий, железо, кобальт, рений, рутений, медь, цинк, железо, их смеси или соединения;

- материал огнеупорной футеровки выбран на основе оксида алюминия с содержанием Fe₂O₃ не более 0.2%.

На чертеже дана схема устройства, где 1 - природный газ-метан, 2 - корпус реактора, 3 - подвод активного газа, 4 - узел смешения компонентов, 5 - водяной пар, 6 - смеситель, 7 - кислородсодержащий газ, 8 - узел смешения окислителей, 9 - камера окисления, 10 - верхний подслой катализатора, 11 - продукты окисления, 12 - устройство подачи активного газа, 13 - нижний подслой катализатора, 14 - вывод продукта.

Примером реализации изобретения служит реактор конверсии метана для получения водородсодержащего газа, описанный ниже. В излагаемом примере осуществления изобретения в качестве активного газа применяется диоксид углерода, что позволяет охарактеризовать особенности реализации изобретения применительно к системам переработки природного и попутного газов и получения синтез-газа требуемого состава.

Реактор конверсии метана для получения газа, обогащенного водородом и монооксидом углерода, снабжен устройствами подачи водяного пара 5, метана 1 и кислородсодержащего газа 7, а также устройством вывода продукта 14, огнеупорной футеровкой (не показана), расположенной на внутренней стенке корпуса 2, и слоем катализатора конверсии метана, расположенным внутри него и состоящем из верхнего 10 и нижнего подслоев 13, между подслоями катализатора установлено устройство подачи диоксида углерода 12, которое может быть выполнено в виде перфорированного цилиндра с глухим днищем и соединено со штуцером, размещенным на наружной стенке корпуса реактора 2.

Устройство подачи активного газа 12 может быть соединено с регазификатором (не показан). Устройство вывода продукта 14 может быть соединено с теплообменником (не показан), в качестве которого может применяться нагреватель кислородсодержащего или активного газа или парогенератор.

Нижний подслой катализатора конверсии метана 13, а также верхний подслой катализатора могут опираться на слои керамических шаров, размещенных, соответственно, на нижней и верхней решетках, установленных в корпусе 2 на огнеупорной футеровке (не показаны). Материал огнеупорной футеровки выбран на основе оксида алюминия с содержанием Fe₂O₃ не более 0.2%.

Устройство подачи активного газа 12 может быть выполнено с возможностью поддержания содержания диоксида углерода перед нижним слоем катализатора в диапазоне от 0.4 до 1.2 раз от объемного содержания метана.

В качестве активного газа может быть выбран диоксид углерода.

Корпус реактора 10 может быть рассчитан на давление в диапазоне от 0.1 до 9.0 МПа.

Верхний подслой катализатора 10 может содержать металлы, выбранные из ряда никель, рутений, родий, палладий, иридий, нанесенные на огнеупорные оксиды, такие как кордиерит, муллит, оксид хрома, титанат алюминия, шпинели, диоксид циркония и оксид алюминия.

Насадка нижнего подслоя катализатора 13 может содержать в качестве активных компонентов металл, выбранный из группы родий, никель, платина, иридий, палладий, железо, кобальт, рений, рутений, медь, цинк, железо, их смеси или соединения.

Работает реактор конверсии метана для получения газа, обогащенного водородом и монооксидом углерода, следующим образом.

Поток метана (природного газа) 1 с давлением, например, 3.0 МПа подают в узел смешения компонентов 4, где смешивают с потоком водяного пара 5, после чего направляют в смеситель 6, в который одновременно подают смесь кислородсодержащего газа 7 и водяного пара 5, полученную в узле смешения окислителей 8, смешивают с перегретым водяным паром до соотношения объемных расходов пар : газ ≈2.75:1. Перегретый технологический водяной пар 5 на установку поступает с температурой 400°С и смешивается в узле смешения компонентов 4 с метаном до соотношения объемных расходов пар: газ ≈2.75:1. Перегретый технологический водяной пар 5 поступает на смешение с кислородсодержащим газом 7, например воздухом, до соотношения объемных расходов пар : воздух ≈0.1:1. В парогазовоздушном смесителе 6 за счет разбивки потоков парогазовой и паровоздушной смеси на струи и пересечения струй паровоздушной смеси со струями парогазовой смеси происходит их равномерное смешение. После смешения всех трех компонентов в смесителе 6 их подают в камеру окисления 9, в которой в свободном объеме над верхним подслоем катализатора 10 в футерованном корпусе 2 протекает взаимодействие паровоздушной смеси с метаном (природным газом). Прореагировавшая газовая смесь поступает на катализатор, температура верхнего подслоя катализатора 10 составляет не более 1100-1200°С, что обеспечивается, в том числе, применением засыпки огнеупорных защитных керамических шаров или пластин, размещаемых над верхним подслоем катализатора 10, которые выравнивают поток газа и предотвращают возможные локальные перегревы катализатора или его спекания, опасные с точки зрения потери его работоспособности. В качестве катализатора в верхнем подслое катализатора 10 предпочтительно использовать никелевый катализатор типа НИАП-03-01 или катализаторы марки KATALCO 25-4Q и KATALCO 57-4Q, например, представляющие собой промотированный оксид никеля, нанесенный на термостойкие пористые корундовые цилиндрические гранулы с двояковыпуклыми торцами и семью каналами с содержанием оксида никеля не менее 11%. Для повышения работоспособности катализатора желательно снизить в его керамической основе содержание кальция и магния. Полученные при конверсии в верхнем подслое катализатора 10 продукты окисления 11 поступают на смешение с активным газом 3, который может быть выбран из ряда, включающего в себя водяной пар, диоксид углерода, метан, нагретые до температур 300-600°С. Ниже рассмотрен вариант применения в качестве активного газа 3 диоксида углерода, подаваемого на смешение через устройство подачи активного газа 12, которое может быть выполнено с возможностью поддержания содержания диоксида углерода перед нижним слоем катализатора в диапазоне от 0.4 до 1.2 раз от объемного содержания метана, что обеспечивается при реальном проектировании реактора за счет выбора соотношения проходных сечений и газодинамических характеристик.

Полученная нагретая смесь газов с температурой 650-800°С поступает в нижний подслой катализатора 13, где окончательно конвертируется и обогащается водородом и монооксидом углерода и становится продуктом, который при температуре 550-700°С выводится из реактора через штуцер вывода продукта 14, после чего может поступать на охлаждение в теплообменнике (не показан) и/или узлы вывода водорода или диоксида углерода, а также может использоваться для синтеза метанола, аммиака, диметилового эфира, этилена, для процессов Фишера-Тропша и может быть также использован в технологиях применения водород-метановой смеси. В варианте с последующим выводом из продукта 14 диоксида углерода, используемого как товарный продукт или для захоронения в соответствии с Киотскими соглашениями, технология не имеет выброса парниковых газов. В варианте применения в качестве активного газа 3 диоксида углерода, устройство подачи активного газа 12 может быть соединено с регазификатором (не показан), в котором поступающая на установку жидкая углекислота газифицируется. В этом варианте установка, таким образом, применяется для утилизации диоксида углерода.

В качестве кислородсодержащего газа может использоваться как чистый кислород, в том числе полученный из атмосферы или при разложении воды, а также сжатый воздух или выхлопные газы газовой турбины высокого давления.

Футеровка корпуса 2 может быть выполнена из огнеупорного материала, например высокочистого бетона на основе сферокорунда типа Алакс-1,6-1800 плотностью 1.5-1.7 г/см³ и с очень низким содержанием SiO₂ и Fe₂O₃ (менее 0.2%), для того чтобы обеспечивать стойкость при температурах 1200-1400°С в восстановительных средах.

Помимо метана 1 в качестве сырьевого газа могут, соответственно, использоваться и другие низшие алканы, содержащие от одного до четырех атомов углерода, что позволяет использовать для получения продукта легкие углеводороды различного типа: попутные газы, газы коксования, газ угольных пластов, продукты ферментации сельскохозяйственных или муниципальных отходов и газообразные потоки нефтепереработки. В общем случае, соответственно, состав газа может быть различным, что расширяет сферу применения предложенного устройства.

Давление потоков выбирают в диапазоне ориентировочно от 0.1 до 9.0 МПа, что позволяет уменьшить размеры аппаратов, снизить газодинамические потери и затраты на компримирование.

Объемное содержание водяного пара перед верхним подслоем катализатора 10 поддерживают в диапазоне, ориентировочно от 2 до 8 раз большем, чем объемное содержание алканов. При снижении отношения пар/газ ниже 2 снижается эффективность процесса и растут капитальные затраты, что связано либо с необходимостью увеличить поток рециркуляции продукта 14 в связи с низкой степенью конверсии при указанной ниже температуре нагрева потока, либо с необходимостью увеличить температуру нагрева перед верхним подслоем катализатора 10 свыше 1200°С, что заставит использовать более дорогие катализаторы. Повышение отношения пар-газ свыше 8 также вызовет снижение эффективности процесса в связи с необходимостью производить избыточный водяной пар 5.

Из продукта 14 в узле выделения водорода (не показан) могут также выделять водород с помощью мембранной диффузии, короткоцикловой адсорбции или высокотемпературного электрохимического фильтра с протонной проводимостью. Задачи извлечения и концентрирования водорода в циклах нефте- и газоперерабатывающих производств успешно решаются с помощью мембранных и адсорбционных водородных установок. В частности, адсорбционные установки ГРАСИС, работающие на сверхкоротком цикле, предназначены для производства высокочистого водорода из газовых потоков и позволяют получать водород с чистотой до 99,9995% при минимальном падении давления в процессе разделения.

При электрохимическом выделении водорода особый интерес представляют протонные проводники: высокие концентрации протонов и высокая обратимость процессов позволяет рассматривать этот класс протонных проводников как одни из наиболее перспективных матриц для протонного транспорта. Размерный композитный эффект (значительное повышение проводимости в композитах типа «ионный проводник/инертный оксид») возможен в гидратированных высокотемпературных протонных проводниках со структурным разупорядочением.

Охлаждение продукта 14 могут производить за счет нагрева входящих потоков, включая метан, за счет получения первичного или вторичного водяного пара 5 или нагретой воды с последующей конденсацией воды в продукте 14, что позволяет вернуть конденсат в процесс путем получения водяного пара 5.

В таблице 1 представлены составы и теплофизические характеристики конверсии при давлении 3.0 МПа.

ПАРОКИСЛОРОДНАЯ СМЕСЬ 7 НА ВЫХОДЕ ИЗ СМЕСИТЕЛЯ 8

пар/газ	= 0.1000;
Температура	= 450°С;

ГАЗ на ВХОДЕ в ВЕРХНИЙ СЛОЙ КАТАЛИЗАТОРА 10

пар:газ	= 1.157
Температура	= 1206°С

При подаче диоксида углерода в поток продуктов окисления 11 перед нижним слоем катализатора 13 в соотношении СН₄:CO₂=1:0,4 расчетный состав продуцируемого газа 14 соответствует данным, приведенным ниже в Таблице 2.

Таким образом, соотношение Н₂/СО удалось повысить до 2.5 и снизить содержание балластного газа.

Коррекцию температуры и состава газов в реакторе могут проводить путем изменения расхода метана 1 и кислородсодержащего газа 7.

Таким образом, в предложенном изобретении удалось снизить капитальные затраты и металлоемкость реактора конверсии метана производства водородсодержащего газа, повысить коэффициент конверсии метана и других низших алканов и термодинамическую эффективность установки, снизить содержание балластных газов (азот, аргон) в продуцируемом газе.

Реактор конверсии метана в водородсодержащий газ и его производные (водород, метано-водородная смесь) может быть использован в химической промышленности и металлургии, для переработки углеводородов, а также в системах аккумулирования и транспорта энергии и для производства топлива в транспортных и стационарных энергоустановках.

1. Реактор конверсии метана для получения газа, обогащенного водородом и монооксидом углерода, содержащий корпус, работающий под давлением, снабженный устройствами подачи водяного пара, метана и кислородсодержащего газа и вывода продукта, огнеупорной футеровкой, расположенной на внутренней стенке корпуса, и слоем катализатора конверсии метана, расположенным внутри него и состоящем из верхнего и нижнего подслоев, отличающийся тем, что между подслоями катализатора установлено устройство подачи активного газа, в качестве которого выбран диоксид углерода.

2. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что устройство подачи активного газа выполнено в виде перфорированного цилиндра с глухим днищем и соединено со штуцером, размещенным на наружной стенке корпуса реактора.

3. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что устройство подачи активного газа соединено с регазификатором.

4. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что устройство вывода продукта соединено с теплообменником.

5. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что верхний и нижний подслои катализатора конверсии метана установлены на слои керамических шаров, размещенных, соответственно, на верхней и нижней решетках, установленных на огнеупорной футеровке.

6. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что устройство подачи активного газа выполнено с возможностью поддержания содержания диоксида углерода перед нижним слоем катализатора в диапазоне от 0.4 до 1.2 раз от объемного содержания метана.

7. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что корпус реактора рассчитан на давление в диапазоне от 0.1 до 9.0 МПа.

8. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что верхний подслой катализатора содержит металлы, выбранные из ряда никель, рутений, родий, палладий, иридий, нанесенные на огнеупорные оксиды, такие как кордиерит, муллит, оксид хрома, титанат алюминия, шпинели, диоксид циркония и оксид алюминия.

9. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что нижний подслой катализатора содержит в качестве активных компонентов металл, выбранный из группы родий, никель, платина, иридий, палладий, железо, кобальт, рений, рутений, медь, цинк, железо, их смеси или соединения.

10. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что материал огнеупорной футеровки выбран на основе оксида алюминия с содержанием Fe₂O₃ не более 0.2%.

Похожие патенты:

Способ конверсии метана // 2571147

Изобретение относится к способу получения водорода, водород-метановой смеси, синтез-газа, содержащего в основном H2 и CO, 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 технологиях применения водород-метановой смеси.

Сплав для получения водорода на основе алюминия // 2571131

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для получения водорода. Сплав для получения водорода на основе алюминия и добавки, разрушающей окисную пленку алюминия при взаимодействии с водой, содержит в качестве добавки лантан при следующем соотношении компонентов: лантан- 1,5÷3,0 мас.%, алюминий - остальное.

Производство аммиака с использованием ультрачистого водорода высокого давления // 2570659

Изобретение относится к способу производства аммиака. Способ включает осуществление экзотермической реакции первой части потока углеводородного сырья с газообразным окислителем, содержащим молекулярный кислород, для образования синтез-газа, осуществление эндотермического реформинга второй части потока углеводородного сырья паром на катализаторе в реакторе-теплообменнике для образования синтез-газа, объединение образующихся продуктов с получением объединенного потока синтез-газа, охлаждение объединенного потока с получением пара в утилизационном паровом котле, осуществление каталитической реакции объединенного потока в реакторе каталитического сдвига монооксида углерода для производства потока, содержащего дополнительное количество Н2 и CO2, охлаждение полученного потока для получения пара, удаление CO2 из потока с получением потока, обедненного CO2, удаление потока, по существу, чистого Н2 высокого давления из потока, обедненного CO2, используя многослойные системы адсорбции со сдвигом давления, и объединение потока, по существу, чистого Н2 высокого давления с потоком, по существу, чистого N2 высокого давления для производства аммиака, при этом аммиак производят независимо от продувки контура.

Получение метанола с использованием сверхчистого водорода высокого давления // 2570458

Изобретение относится к способу получения метанола. Способ включает получение кислорода на установке разделения воздуха с воздушными компрессорами, приводимыми в действие газовой турбиной, нагревание потока углеводородного сырья с использованием отработанного в газовой турбине газа, экзотермическое взаимодействие первой части потока нагретого углеводородного сырья с паром или газообразным окислителем, включающим молекулярный кислород, с получением сингаза с экзотермическим выделением тепла, эндотермический риформинг второй части потока углеводородного сырья паром над катализатором в риформинг-установке с теплообменником с получением сингаза эндотермического риформинга, причем часть тепла, использованного при получении сингаза эндотермического риформинга, образуется при извлечении экзотермического тепла от образовавшегося сингаза и образовавшегося сингаза эндотермического риформинга, объединение образовавшегося с экзотермическим выделением тепла сингаза и образовавшегося сингаза эндотермического риформинга с получением потока объединенного сингаза, получение пара в котле, использующем тепло отходящего газа, охлаждением потока объединенного сингаза, отделение воды от охлажденного объединенного сингаза с получением сырья для установки по производству метанола, после отделения воды подачу охлажденного объединенного сингаза в установку по производству метанола и объединение горючего потока, выходящего из установки по производству метанола, с метановым топливом в газовой турбине.

Способ получения и хранения атомарного водорода // 2570436

Изобретение относится к области химии и водородной энергетики и может быть использовано в энергетике и транспортном машиностроении. Способ получения и хранения атомарного водорода включает электролиз воды с использованием в электролизной ячейке медного анода и катода из сплава дюральалюминия, периодически активируемого электрическим током, воздействие на полученный водород магнитным полем с амплитудой магнитной индукции в диапазоне от 100 до 120 гаусс и пропускание атомарного водорода через нанодисперсный углерод, содержащий углеродные нанотрубки.

Способ организации производства метанола и комплекс для его осуществления // 2569296

Изобретение относится к способу организации производства метанола, содержащему две стадии, которые проводят при одинаковом уровне давления в проточном режиме. Первая стадия относится к стадии получения синтез-газа, включающей использование первой смеси, которая содержит кислород, второй смеси, которая содержит углеводородное газовое сырье и водяной пар, риформера, который предназначен для конверсии углеводородного газового сырья в синтез-газ, хотя бы одного теплообменного устройства, нагрев второй смеси, подачу первой смеси и второй смеси в риформер, проведение в риформере с использованием катализатора реакции конверсии углеводородного газового сырья, вывод из риформера третьей смеси, которая содержит конвертированный газ.

Композитная мембрана для выделения водорода из газовых смесей // 2568989

Изобретение относится к области водородной энергетики, выделения водорода из газовых смесей, получения особо чистого водорода. Предложена композитная мембрана для выделения водорода из газовых смесей на основе сплавов металлов 5-й группы Периодической системы друг с другом с защитно-каталитическим покрытием на поверхности мембраны из палладия или сплавов палладия, при этом в качестве материала мембраны выбран материал с растворимостью водорода такой же, как у материала покрытия, либо отличающейся не более чем на 15%.

Устройство для получения и хранения атомарного водорода // 2568734

Изобретение относится к энергетическому оборудованию и может быть использовано в водородной энергетике для получения, хранения и транспортировки водорода. Устройство для получения атомарного водорода содержит реактор 1, работающий на разложении воды твердым реагентом, анод 3, катод 4 и магистрали 8 с арматурой для ввода исходного сырья в реактор 1 и вывода из него водорода и продуктов реакции.

Катализатор, способ его приготовления и способ получения синтез-газа // 2568644

Изобретение относится к катализатору получения синтез-газа каталитической паро-углекислотной конверсией углеводородов, содержащему оксид никеля и оксид магния, нанесенные на пористый никель при следующем содержании компонентов, мас.%: оксид никеля - 3,5-5,1, оксид магния - 8,6-10,4, металлический пористый никель - остальное.

Рекуперация тепла в химическом процессе и установке, в частности, синтеза аммиака // 2567282

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Установка синтеза химического продукта, в частности аммиака, включает секцию (10) синтеза высокого давления для проведения реакции и секцию (50) рекуперации энергии, содержащую теплообменник (17), выполненный с возможностью теплообмена между частью (16) жидкого продукта, полученного в секции (10) синтеза, и потоком (18) источника сбросного тепла с получением расширяемого потока (20) в паровом или сверхкритическом состоянии, детандер (13) для выработки механической энергии за счёт расширения этого потока, конденсатор (22) для конденсации потока из детандера (13).

Способ получения синтез-газа // 2572530

Изобретение относится к высокотемпературным каталитическим окислительным способам превращения метана с получением синтез-газа и может быть использовано в химической технологии. В реактор, в который помещен катализатор, подают исходную газовую смесь, содержащую смесь метана и углекислого газа. Используемый катализатор представляет из себя сложный оксид, включающий в свой состав ионы кобальта (Со), никеля (Ni), меди (Cu), неодима (Nd), кальция (Са), причем мольные соотношения веществ катализатора соответствуют формуле NdaCabCucNidCoeOf, где а=0, 1, 2; b=0, 1, 2; с=0, 1; d=0, 1, 2; е=0, 1, 2; f=3, 4, 5. Катализатор получают путем растворения исходных веществ в воде, выпаривания образованного раствора до загустевания, высушивания полученного продукта в муфельной печи при 250-350°C и последующего прокаливания в течение 4-6 ч при 900-1000°C. В качестве исходных веществ используют водорастворимые соединения Nd, Са, Со, Ni, Cu, образующие при прокаливании оксиды указанных металлов. Технический результат: повышение конверсии метана и выхода целевого продукта, упрощение технологии проведения способа и сокращение затрат за счет проведения процесса в отсутствие инертных газов, использование катализатора, получаемого более простым способом за счет отсутствия сложной стадии помола твердых исходных реагентов и снижения температуры прокаливания катализатора. 9 з.п. ф-лы, 41 пр., 1 табл.

Способ ввода в эксплуатацию автотермических реакторов риформинга // 2572832

Изобретение относится к способу ввода в эксплуатацию автотермического реактора для получения синтез-газа путем риформинга углеводородсодержащих сырьевых газов в реакционной камере. Для ввода в эксплуатацию автотермический реактор предварительно нагревают с помощью инертной текучей среды до температуры более 600°C. Затем инициируют операцию зажигания путем введения газа или смеси газов с соответствующей низкой температурой воспламенения, которая ниже температуры воспламенения углеводородсодержащего сырьевого газа. Содержание газа с низкой температурой воспламенения в указанной смеси газ/газ составляет не менее 40% (об.). Затем начинают автотермический риформинг путем подачи углеводородсодержащего сырьевого газа и водяного пара. Углеводородсодержащий сырьевой газ и водяной пар подают с содержанием водяного пара 0-80% (об.) по отношению к углеводородсодержащему сырьевому газу. Окислитель подают с содержанием кислорода 10-100% (об.). В результате получают газообразный продукт. Технический результат - обеспечение альтернативного более простого способа в отношении оборудования и времени ввода в эксплуатацию без необходимости затраты длительного времени на запуск и остановку автотермического реактора. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Сингаз, полученный с помощью плазменной газификации // 2572998

Изобретение относится к способу и системе для образования и обработки синтез-газа с помощью плазменной газификации отходов, включающих муниципальные твердые отходы. Способ образования потока сингаза включает подачу отходов, их плазменную газификацию в условиях горения при подаче кислорода для образования потока сингаза, содержащего в пересчете на сухое вещество примерно до 50000 мг/Нм3 твердых частиц; 5-39 об.% Н2; 5-39 об.% CO; 15-50 об.% CO2; 8-30 об.% N2; 0-2 об.% аргона и 15-50 об.% влаги на сырое вещество. Поток имеет соотношение H2/CO примерно 0,3-2, и по меньшей мере 15 мас.% твердых частиц имеет аэродинамический диаметр частицы не более 1 мкм. Изобретение позволяет получить высококачественный синтез-газ, образованный из плазменно-газифицированных отходов, пригодный для эффективной очистки и производства энергии. 2 н. и 30 з.п. ф-лы, 2 ил., 7 табл., 2 пр.

Способ получения синтез-газа // 2573005

Изобретение относится к высокотемпературным каталитическим окислительным способам превращения метана с получением синтез-газа и может быть использовано в химической технологии. В реактор подают исходную газовую смесь, содержащую смесь метана и молекулярного кислорода. В реактор помещен катализатор, а свободный объем заполнен инертной насадкой. Катализатор представляет из себя сложный оксид общей формулы NdaCabCucNidCOeOf, где а=0, 1, 2; b=0, 1, 2; с=0, 1; d=0, 1, 2; е=0, 1, 2; f=3, 4, 5. Катализатор получен путем растворения исходных веществ в воде, выпаривания образованного раствора до загустевания, высушивания полученного продукта в муфельной печи при 250-350°C и последующего прокаливания в течение 4-6 ч при 900-1000°C. В качестве исходных веществ используют водорастворимые соединения Nd, Са, Со, Ni, Cu, образующие при прокаливании оксиды указанных металлов. Технический результат: повышение конверсии метана, выходов оксида углерода и водорода, упрощение технологии проведения способа и сокращение затрат на процесс. 9 з.п. ф-лы, 1 табл., 48 пр.

Устройство и способ для производства сингаза и продуктов из него // 2573877

Изобретение относится к способу и устройству реформинга углеводородов. Способ включает сжигание расширенного выпуска из турбины и первого топлива внутри первой реформинг-установки, чтобы произвести отработавший газ. Углеводород реформируют в первой реформинг-установке, чтобы произвести реформированный углеводород. Тепло передается от отработавшего газа к первой среде. Холодильная установка приводится в действие посредством тепловой энергии от нагретой первой среды и охлаждает вторую среду. Тепло передается от одного или более окислителей к охлажденной второй среде, чтобы произвести охлажденные первый и второй окислители. Охлажденный первый окислитель и второе топливо вводят в газотурбинную установку, чтобы произвести расширенный отработавший газ из турбины и механическую энергию. Охлажденный второй окислитель сжимают в компрессоре, приводимом в действие посредством механической энергии. Сжатый второй окислитель и реформированный углеводород вводят во вторую реформинг-установку, чтобы произвести сингаз. Обеспечивается повышение производства сингаза и продуктов, изготовленных из него. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ получения синтез-газа и устройство для его осуществления // 2574254

Изобретение относится к области переработки углеводородного сырья, а конкретно к окислительной конверсии углеводородных газов в синтез-газ. Способ получения синтез-газа путем автотермической парокислородуглекислотной каталитической конверсии углеводородного сырья включает подогрев исходных сырьевых компонентов, очистку углеводородного сырья от серосодержащих соединений, смешение исходных сырьевых компонентов с образованием реакционного газового потока, осевую подачу реакционного потока внутрь трубчатого открытопористого каталитического блока радиальной фильтрации. Реакционный поток подают к первому трубчатому каталитическому элементу блока, выполненному из материала для осуществления процесса парциального окисления, с последующим прохождением частично реформированного потока через коаксиальный трубчатый зазор. Второй трубчатый каталитический элемент блока выполнен из материала для осуществления процесса пароуглекислотной конверсии. При этом на внутренней цилиндрической стенке первого каталитического элемента поддерживают температуру в интервале от 500 до 700°C, а на внутренней - в интервале от 1100 до 1600°C. Также описано устройство для получения синтез-газа. Результатом является повышение селективности и производительности по синтез-газу при прочих равных условиях сравнения по входному сырью. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 5 табл.

Способ получения выварочной поваренной соли переработкой рассола // 2574661

Способ получения выварочной поваренной соли путем размыва резервуаров под хранение газа артезианской водой. Размывают резервуар водой расходом 100-250 м3/час, отбирают рассол из резервуара с дальнейшей закачкой в утилизационные скважины, а по достижении концентрации рассола NaCl 300 г/дм3 - 316 г/дм3 направляют на солезавод, где часть неочищенного рассола пойдет в первый аппарат четырехкорпусной вакуум-выпарной установки для содово-каустической очистки для очистки от ионов Са2+ и Mg2+ и очищенный рассол идет в емкость очищенного рассола и насосом подается в первый корпус выпарной установки, а шламовые стоки направляются на установку. Технический результат заключается в том, что за счет возвратной пресной воды становится возможным ускорение размыва подземных резервуаров и уменьшение их срока строительства более чем на два года, а также снижение затрат на строительство подземных резервуаров, и обеспечивается более ранний ввод активных мощностей подземного хранения. 1 ил. получения гипса. Другая часть неочищенного рассола из емкости неочищенного рассола насосом подается во второй, третий и четвертый корпуса четырехкорпусной вакуум-выпарной установки. В корпусах рассолы кипят, и как следствие образуется соляная пульпа, которая идет на последующее центрифугирование и сушку с получением сухой товарной соли, и образуется конденсат, в объеме 56,5% от объема перерабатываемого рассола, который направляется на растворение соли в каверны. Рассол с центрифуг направляется в цикл на повторную переработку.

Способ получения катализатора // 2575351

Изобретение относится к способу получения корочкового катализатора, включающему стадии: (i) пропитка обожженной подложки, содержащей алюминат металла, раствором, содержащим ацетат никеля, при температуре ≥40°C и сушка пропитанной подложки, (ii) обжиг сухой пропитанной подложки, чтобы образовать оксид никеля на поверхности подложки, и (iii), необязательно, повторение этапов (i) и (ii) на подложке, покрытой оксидом никеля. Изобретение также относится к корочковому каталитическому материалу для парового риформинга углеводорода, способу парового риформинга углеводорода и способу метанирования газообразного потока водорода, содержащего CO и CO2. Технический результат заключается в сведении к минимуму образования парниковых газов при обжиге. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 3 пр.

Способ получения водорода и серы путем плазмохимической диссоциации сероводорода // 2575722

Изобретение относится к химической промышленности. Процесс диссоциации сероводорода на водород и серу проводят в плазме безэлектродного разряда при удельных энерговкладах в диапазоне 0,5-1,0 эВ/мол. сероводорода. Из полученной парогазовой смеси, состоящей из непродиссоциировавшего сероводорода, водорода и паров серы, выделяют элементарную серу путем сероконденсации, а сероводород отделяют от водорода и рециркулируют в зону диссоциации. Процесс сероконденсации проводят в послеразрядной зоне при оптимальной температуре парогазовой смеси ≥ 800°С. Изобретение позволяет оптимизировать процесс серосбора при плазмохимической диссоциации сероводорода. 1 ил.

Мембранная трубка и реактор с мембранной трубкой // 2575725

Изобретения могут быть использованы в химической и металлургической промышленности. Мембранная трубка для диффузионного выделения водорода из водородсодержащих газовых смесей содержит пористую трубку (S) из металлокерамического сплава, а также содержащую палладий или выполненную из палладия мембрану (M), которая покрывает наружную сторону металлокерамической трубки (S). Металлокерамическая трубка (S) на одном конце имеет прочно соединенный с ней выполненный из газонепроницаемого материала фитинг (F). Форма фитинга (F) образована двумя пустотелыми цилиндрами (Z1 и Z2), причем наружный диаметр первого пустотелого цилиндра (Z1) равен наружному диаметру металлокерамической трубки (S), а наружный диаметр второго пустотелого цилиндра (Z2) равен внутреннему диаметру металлокерамической трубки (S). На наружную сторону металлокерамической трубки (S) нанесен керамический промежуточный слой, который заходит на цилиндрическую часть фитинга (F), причем поверх промежуточного слоя нанесена палладиевая мембрана, которая выходит за промежуточный слой и газонепроницаемо соединена с фитингом (F). Изобретения позволяют предотвратить относительное смещение и/или отклонение, и тем самым предотвратить образование трещин в мембране, и предотвратить диффузию между материалами. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 7 ил.