Способ производства синтез - газа



Способ производства синтез - газа
Способ производства синтез - газа
Способ производства синтез - газа
Способ производства синтез - газа

 


Владельцы патента RU 2605991:

Зиберт Генрих Карлович (RU)
Валиуллин Илшат Минуллович (RU)

Изобретение относится к области органического синтеза, а именно к способам производства синтез-газа, окисления углеводородного сырья воздухом, кислородом или их смесью с использованием выделяющейся при этом энергии, и может быть использовано при переработке углеводородного сырья в нефтяной и газовой промышленности. Способ производства синтез-газа включает его получение парциальным окислением углеводородного сырья жидкостей или газов в реакторе при изобарических условиях окислителем, например кислородом или воздухом, или их смесью, преобразование энергии (давления и тепла) синтез-газа в электрическую энергию производят в газотурбинной установке и/или преобразование тепловой энергии синтез-газа в электрическую энергию с использованием в качестве теплоносителя пара или газа в паротурбинной или газотурбинной установках, и преобразование энергии (давления и тепла) синтез-газа в электрическую энергию в газотурбинной установке производят без его сжигания в одну или несколько ступеней, а преобразование тепловой энергии синтез-газа в электрическую энергию производят при снижении температуры синтез-газа перед газотурбинной установкой и/или после нее, а также при давлении синтез-газа, равном или меньшем величины давления, при этом полученной электрической энергией обеспечивают технологические процессы подготовки углеводородного сырья к окислению и подготовки воды, выработки окислителя, коррекции состава по мольному соотношению Н2/СО и термобарических параметров синтез-газа. Технический результат - повышение эффективности производства синтез-газа. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области органического синтеза, а именно к способам производства синтез-газа, окисления углеводородного сырья воздухом, кислородом или их смесью с использованием выделяющейся при этом энергии и может быть использовано при переработке углеводородного сырья в нефтяной и газовой промышленности.

Основным и широко применяемым способом получения синтез-газа является метод высокотемпературного парциального окисления углеводородных газов техническим кислородом или кислородом воздуха при давлениях 0,2-10,0 МПа и расходе кислорода 0,2-0,4 от стехиометрии (1,0), реализуемый в высокотемпературных реакторах - генераторах синтез-газа (патенты РФ №2096313, C01B 3/36, 20.11.1997; №2119888, C01B 3/36, C01B 3/36, 10.10.1998; №2136580, C01B 3/36, 10.09.1999; №2167808, C01B 3/34, C01B 3/38, 27.05.2001).

Общими признаками известных и предлагаемого способов являются:

- получение синтез-газа парциальным окислением углеводородного сырья воздухом, кислородом или их смесью;

- непосредственное преобразование энергии, выделяющейся в результате экзотермической реакции окисления, в электрическую энергию.

Недостатком известных способов является ограниченная область применения из-за небольшой производительности по синтез-газу и вырабатываемой электрической энергии.

Известен способ совместного производства синтез-газа и электроэнергии (пат. РФ №2534077, C01B 3/36, 27.11.2014), включающий получение синтез-газа окислением углеводородного сырья кислородом в изобарическом реакторе, опосредованное преобразование тепловой энергии синтез-газа, получаемой в результате экзотермической реакции окисления, в электрическую энергию в газотурбинной установке с применением в качестве теплоносителя обедненного кислородом воздуха, полученного из предварительно сжатого атмосферного воздуха при его разделении на мембранах.

Общими признаками известного и предлагаемого способов является:

- получение синтез-газа парциальным окислением углеводородного сырья воздухом, кислородом или их смесью в изобарических условиях;

- опосредованное преобразование тепловой энергии полученного синтез-газа в электрическую энергию;

- применение для производства электрической энергии в газотурбинной установке.

Недостатками известного способа являются:

- применение в качества теплоносителя воздуха, обедненного кислородом, обладающего низкой теплоемкостью, что ограничивает область применения способа;

- затраты электрической энергии, потребляемой извне, на сжатие (компримирование) окислителя для достижения им соответствующего давления;

- отсутствие коррекции термобарических параметров (давления и температуры) синтез-газа и его состава по мольному соотношению H2/CO, согласно требованиям технологий, в которых он будет использоваться, что уменьшает область его применения (такая коррекция тоже требует затрат электрической энергии, потребляемой извне), что ограничивает область применения способа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ производства энергии (пат. РФ №2121588, F02C 3/28, F01K 23/06, 10.11.1997), включающий окисление кислородом или кислородсодержащим газом углеродистого сырья с получением синтез-газа и тепловой энергии, тепловую энергию или большую ее часть вместе с синтез-газом подают на газотурбинную установку, в которой синтез-газ окисляют увлажненным воздухом и производят электрическую энергию, а для выработки электрической энергии из меньшей части тепловой энергии используют пар.

Общими признаками известного и предлагаемого способов являются:

- получение синтез-газа парциальным окислением в изобарических условиях углеродистого сырья воздухом, кислородом или их смесью;

- непосредственное преобразование интегральной энергии (давления и тепла) синтез-газа в электрическую энергию в газотурбинной установке;

- опосредованное преобразование энергии, выделяющейся в результате экзотермической реакции окисления в электрическую энергию с использованием пара.

Недостатками известного способа являются:

- окисление (сжигание) синтез-газа воздухом в газотурбинной установке при производстве электрической энергии;

- затраты электрической энергии, потребляемой извне, на сжатие (компримирование) окислителя;

- отсутствие возможности коррекции термобарических параметров (давления и температуры) синтез-газа и его состава по мольному соотношению Н2/СО, по требованиям технологий, в которых он будет использоваться, что уменьшает область его применения (такая коррекция тоже требует затрат электрической энергии, потребляемой извне), что ограничивает область применения способа.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности производства синтез-газа путем снижения затрат электрической энергии, потребляемой извне, и расширения области его применения.

Поставленная задача достигается тем, что в способе производства синтез-газа, включающем его получение парциальным окислением углеводородного сырья жидкостей или газов в реакторе при изобарических условиях окислителем, например кислородом или воздухом, или их смесью, преобразование энергии (давления и тепла) синтез-газа в электрическую энергию производят в газотурбинной установке и/или преобразование тепловой энергии синтез-газа в электрическую энергию с использованием в качестве теплоносителя пара или газа в паротурбинной или газотурбинной установках, преобразование энергии (давления и тепла) синтез-газа в электрическую энергию в газотурбинной установке производят без его сжигания в одну или несколько ступеней, а преобразование тепловой энергии синтез-газа в электрическую энергию производят при снижении температуры синтез-газа перед газотурбинной установкой и/или после нее, а также при давлении синтез-газа, равном или меньшем величины давления, при этом полученной электрической энергией обеспечивают технологические процессы подготовки углеводородного сырья к окислению и подготовку воды, выработки окислителя, коррекции состава по мольному соотношению Н2/СО и термобарических параметров синтез-газа.

При преобразовании интегральной энергии синтез-газа в электрическую энергию, перед подачей его в газотурбинную установку снижают его температуру и повышают давление путем эжекции синтез-газа высоконапорным водяным паром.

При преобразовании тепловой энергии синтез-газа в электрическую энергию используют в качестве теплоносителей азот.

При подготовке углеводородного газа к окислению полученной электрической энергией обеспечивают процессы его сжатия и очистки от механических и химических примесей.

Полученной электрической энергией обеспечивают процессы выработки окислителя - кислорода путем разделения воздуха на O2, CO2, и N2 на мембранах или криогенным методом, а затем выполняют коррекцию мольного соотношения Н2/СО и термобарических параметров синтез-газа, подавая CO2 в подготовленный углеводородный газ перед его окислением, a N2 используют в качестве теплоносителя и для производственных нужд, например в системах пожаротушения, вытеснения воздуха из технологических трубопроводов и аппаратов, или в качестве товарного продукта.

Полученной электрической энергией обеспечивают процесс выработки окислителя - кислорода из воды электролизом, а затем выполняют коррекцию мольного соотношения Н2/СО, подавая водород после электролиза в синтез-газ, излишний водород сжигают с получением тепловой или/и электрической энергии или/и используют в качестве товарного продукта.

При коррекции мольного соотношения Н2/СО и термобарических параметров синтез-газа полученную электрическую энергию используют для процесса нагнетания углеводородного сырья и окислителя в реактор, оснащенный пористой насадкой из материала, проницаемого для смеси углеводородного сырья с окислителем, и проводят в нем без применения катализаторов экзотермическую реакцию окисления, описываемую формулой

при давлении 0,1-3,0 МПа и при температуре 973-1073 К, варьируют компонентный состав углеводородного сырья и количество кислорода, добиваясь получения синтез-газа с необходимым мольным соотношением Н2/СО в данных термобарических условиях.

При коррекции мольного соотношения Н2/СО и термобарических параметров синтез-газа полученную электрическую энергию используют для процесса нагнетания водяного пара, перемешивания его с окислителем и углеводородным газом, подачу смеси в реактор и проводят в нем экзотермическую реакцию окисления, описываемую формулой

где K1, K2, K3, K4 - уравнивающие коэффициенты, зависящие от типа углеводорода, при давлении от 0,2 до 10,0 МПа и при температуре 1473-1723 K без катализатора или при 973-1073 K с применением катализаторов на основе оксидов кобальта, и варьируют компонентный состав углеводородного сырья и количество воды, добиваясь получения синтез-газ с необходимым мольным соотношением Н2/СО в заданных термобарических условиях.

При коррекции термобарических параметров синтез-газа полученную электрическую энергию используют в процессах его сжатия и охлаждения искусственным и (или) естественным холодом.

Технический прием, заключающийся в том, что полученную электрическую энергию используют в технологических процессах подготовки углеводородного сырья к окислению и воды, выработки окислителя, коррекции состава по мольному соотношению Н2/СО и термобарических параметров синтез-газа позволяет снизить или полностью исключить затраты электрической энергии, потребляемой извне, на выполнение основных технологических процессов, непосредственно связанных с производством синтез-газа, и, тем самым, расширить область применения производства синтез-газа.

Технический прием, заключающийся в том, что при преобразовании энергии синтез-газа в электрическую энергию, перед подачей его в газотурбинную установку снижают его температуру и повышают давление путем эжекции синтез-газа высоконапорным водяным паром, позволяет оптимизировать термобарические параметры синтез газа сохранить его теплосодержание для работы газотурбинной установки с максимальным КПД.

Технический прием, заключающийся в том, что при преобразовании тепловой энергии синтез-газа в электрическую энергию, используют в качестве теплоносителей азот, позволяет в обоих случаях повысить пожаробезопасность и взрывобезопасность.

Технический прием, заключающийся в том, что при подготовке углеводородного газа к окислению полученную электрическую энергию используют в процессах его сжатия и очистки от механических и химических примесей (например, сероводорода и меркаптанов), что позволяет уменьшить или исключить затраты электрической энергии, потребляемой извне.

Технический прием, заключающийся в том, что, полученную электрическую энергию используют в процессах выработки окислителя - кислорода путем разделения воздуха на O2, CO2, и N2 на мембранах или криогенным методом, а затем выполняют коррекцию мольного соотношения Н2/СО и термобарических параметров синтез-газа, подавая CO2 в подготовленный углеводородный газ перед его окислением, a N2 используют в качестве теплоносителя и для производственных нужд, например в системах пожаротушения, вытеснения воздуха из технологических трубопроводов и аппаратов, или в качестве товарного продукта, позволяет уменьшить или исключить затраты электрической энергии, потребляемой извне, и расширить область применения способа.

Технический прием, заключающийся в том, что полученную электрическую энергию используют в процессе выработки окислителя - кислорода из воды электролизом, а затем выполняют коррекцию мольного соотношения Н2/СО, подавая водород, преобразуя тепловую энергию синтез-газа в электрическую энергию с использованием в качестве теплоносителя пара или газа в паротурбинной или газотурбинной установках после электролиза в синтез-газ, излишний водород сжигают с получением тепловой или/и электрической энергии или/и используют в качестве товарного продукта, позволяет уменьшить или исключить затраты электрической энергии, потребляемой извне, и расширить область применения способа.

Технический прием, заключающийся в том, что при коррекции мольного соотношения Н2/СО и термобарических параметров синтез-газа полученную электрическую энергию используют в процессах нагнетания углеводородного сырья и окислителя в реактор с пористой насадкой из материала, проницаемого для смеси углеводородного сырья с окислителем, и проводят в нем без применения катализаторов экзотермическую реакцию окисления, описываемую формулой

при давлении 0,1-3,0 МПа и при температуре 973-1073 K варьируют компонентный состав углеводородного сырья и количество кислорода, добиваясь получения синтез-газ с необходимым мольным соотношением Н2/СО в данных термобарических условиях, что позволяет осуществить коррекцию мольного соотношения и термобарических параметров синтез-газа в широких пределах, уменьшить или исключить затраты электрической энергии, потребляемой извне, и расширить область применения способа.

Технический прием, заключающийся в том, что при коррекции мольного соотношения Н2/СО и термобарических параметров синтез-газа полученную электрическую энергию используют в процессах нагнетания водяного пара, перемешивания его с окислителем и углеводородным газом, подачу смеси в реактор и проводят в нем экзотермическую реакцию окисления, описываемую формулой

где K1, K2, K3, K4 - уравнивающие коэффициенты при давленииот 0,2 до 10,0 МПа и при температуре 1473-1723 К без катализатора или при 973-1073 К с применением катализаторов на основе оксидов кобальта, варьируют компонентный состав углеводородного сырья и количество воды, добиваясь получения синтез-газ с необходимым мольным соотношением Н2/СО в данных термобарических условиях, позволяет осуществить коррекцию мольного соотношения и термобарических параметров синтез-газа в широких пределах, уменьшить или исключить затраты электрической энергии, потребляемой извне, и расширить область применения способа.

Технический прием, заключающийся в том, что при коррекции термобарических параметров синтез-газа полученную электрическую энергию используют в процессах его сжатия и охлаждения искусственным и (или) естественным холодом, что позволяет уменьшить или исключить затраты электрической энергии, потребляемой извне.

Авторам неизвестно из существующего уровня техники повышение эффективности производства синтез-газа подобным образом.

На фиг. 1-4 представлены схемы, иллюстрирующие технологическую и техническую стороны реализации способа производства синтез-газа.

На фиг. 1 - технологическая схема производства синтез-газа с непосредственным преобразованием его интегральной энергии (давления и тепла) в газотурбинной установке без его сжигания.

На фиг. 2 - технологическая схема производства синтез-газа с подключением установки опосредованного преобразования тепловой энергии синтез-газа в электрическую (паротурбинной или газотурбинной) в газотурбинной установке непосредственного преобразования интегральной энергии.

На фиг. 3 - технологическая схема производства синтез-газа с давлением, равном или меньшем величины давления, согласно требованиям технологий, в которых он будет применен, и с опосредованным преобразованием тепловой энергии синтез-газа в электрическую энергию в паротурбинной или газотурбинной установках.

На фиг. 4 - технологическая схема производства синтез-газа с непосредственным преобразованием интегральной энергии синтез-газа в электрическую энергию в газотурбинной установке с эжекторным агрегатом для снижения температуры и повышения давления синтез-газа.

Согласно этим схемам синтез-газ производят парциальным окислением углеводородного сырья жидкостей или газов в реакторе 1 при изобарических условиях окислителем, например кислородом или воздухом, или их смесью. Углеводородное сырье по линии 2 из установки 3 его подготовки, а окислитель - по линии 4 из установок его выработки 5 из воздуха и 6 из воды. Исходное углеводородное сырье подают по линии 7, воздух по линии 8, воду сначала по линии 9 в установку ее подготовки 10, затем по линии 11 в установку 6.

В газотурбинной установке 12 производят непосредственное преобразование интегральной энергии (давления и тепла) синтез-газа без его сжигания в электрическую энергию в одну или несколько ступеней.

Опосредованное преобразование тепловой энергии синтез-газа в электрическую энергию с использованием в качестве теплоносителя пара или газа производят в установке 13 (фиг. 2 и 3), оснащенной агрегатами с паровой или/и газовой турбинами. В установке 13 (фиг. 2 и 3), снабженной агрегатом с газовой турбиной в качестве теплоносителя, используют азот.

Опосредованное преобразование тепловой энергии синтез-газа в электрическую энергию в установке 13 производят при необходимости снижения температуры синтез-газа перед газотурбинной установкой 12 и/или после нее (фиг. 2), а также при давлении синтез-газа, равном или меньшем величины давления, согласно требованиям технологий, в которых он будет применен (фиг. 3).

Полученной электрической энергией обеспечивают технологические процессы: в установках (фиг. 1-3) подготовки углеводородного сырья 3 к окислению и подготовки воды 10, выработки окислителя 5 и 6, а также коррекции состава по мольному соотношению Н2/СО и термобарических параметров в агрегатах 14 и 15 синтез-газа согласно требованиям технологий, в которых он будет применен.

При непосредственном преобразовании интегральной энергии синтез-газа в электрическую энергию перед подачей его в газотурбинную установку 12 снижают его температуру и повышают давление путем эжекции синтез-газа высоконапорным водяным паром в эжекторном агрегате 16 (фиг. 4).

В установке 3 (фиг. 1-4) при подготовке углеводородного газа к окислению полученной электрической энергией обеспечивают процессы его сжатия и очистки от механических и химических примесей.

В установке 5 (фиг. 1-4) полученной электрической энергией обеспечивают процессы выработки окислителя - кислорода путем разделения воздуха на O2, CO2 и N2 на мембранах или криогенным методом, а затем выполняют коррекцию мольного соотношения Н2/СО и термобарических параметров синтез-газа, подавая по линии 17 CO2 в подготовленный углеводородный газ перед его окислением, a N2 отводят по линии 18 и используют в качестве теплоносителя и для производственных нужд, например в системах пожаротушения, вытеснения воздуха из технологических трубопроводов и аппаратов, или в качестве товарного продукта.

В установке 6 полученную электрическую энергию используют в процессе выработки окислителя - кислорода из воды электролизом, а затем выполняют коррекцию мольного соотношения Н2/СО, подавая по линии 19 водород после электролиза в синтез-газ (агрегат 15), излишний водород отводят по линии 20 и сжигают с получением тепловой или (и) электрической энергии или (и) используют в качестве товарного продукта.

При коррекции мольного соотношения Н2/СО и термобарических параметров синтез-газа полученную электрическую энергию используют в процессе нагнетания, углеводородного сырья и окислителя в реактор 1, (фиг. 1-4) оснащенный пористой насадкой из материала, проницаемого для смеси углеводородного сырья с окислителем, и проводят в нем без применения катализаторов экзотермическую реакцию окисления, описываемую формулой

при давлении 0,1-3,0 МПа и при температуре 973-1073 K.

При коррекции и термобарических параметров синтез-газа полученную электрическую энергию используют в процессе нагнетания водяного пара из агрегата 14 в смеситель 21, перемешивания его с окислителем и углеводородным газом, подачу смеси в реактор 1 и проводят в нем экзотермическую реакцию окисления, описываемую формулой

где K1, K2, K3, K4 - уравнивающие коэффициенты при давлении от 0,2 до 10,0 МПа и при температуре 1473-1723 K без катализатора или при 973-1073 K с применением катализаторов на основе оксидов кобальта.

В агрегате 15 при коррекции термобарических параметров синтез-газа полученной полученную электрическую энергию используют в процессе его сжатия и охлаждения искусственным и (или) естественным холодом.

Произведенный по данному способу синтез-газ с необходимым мольным соотношением Н2/СО и термобарическими параметрами согласно требованиям технологий, в которых он будет применен, отводится по линии 22.

Реализация способа иллюстрируется примерами.

ПРИМЕР 1

В этом примере представлена принципиальная реализация производства синтез-газа данным способом.

В реакторе 1 (фиг. 1) получают синтез-газ с давлением 1,0 МПа и температурой порядка 973 К. Его интегральную энергию (давление и тепло) преобразуют в электрическую энергию в газотурбинной установке 12 без его сжигания в одну ступень. При получении синтез-газа с давлением более 1,0 МПа - в несколько ступеней.

Если температура полученного синтез газа превышает 973 К ее снижают путем отбора тепловой энергии от синтез-газа и опосредованном ее преобразовании в электрическую энергию в установке 13, снабженной агрегатами с паровой или/газовой турбинами.

Если давление получаемого синтез-газа находится в пределах 0,1-0,3 МПа, то его тепловую энергию предпочтительней опосредованно преобразовывать в электрическую энергию в установке 13.

Возможно одновременное снижение температуры и повышение давления синтез-газа путем его эжекции высоконапорным водяным паром в агрегате 16 (фиг. 4). Этот технический прием применяют, если давление получаемого синтез-газа менее 1,0 МПа, а температура более 1073 К.

Выработка электрической энергии составляет 1,6 МВт, если получают в синтез-газ из 1 кг/с углеводородного сырья, парциальным окислением по реакции, описываемым формулой

и 16 МВт - если по реакции, описываемой формулой

где K1, K2, K3, K4 - уравнивающие коэффициенты, зависящие от типа углеводорода.

1,6 МВт и 16,0 МВт достаточны для покрытия всех технологических процессов при производстве синтез-газа из 1 кг/с углеводородного сырья соответственно низкого до 2,0 МПа и высокого до 10, МПа давления.

Полученную электрическую энергию используют в технологических процессах в установках (фиг. 1-3) подготовки углеводородного сырья 3 к окислению и воды 10, выработки окислителя из воздуха 5 и из воды, а также коррекции состава с помощью установок 14 и 15 по мольному соотношению H2/СО и термобарических параметров синтез-газа согласно требованиям технологий, в которых он будет применен.

При подготовке углеводородного газа в установке 3 к окислению полученной электрической энергией обеспечивают процессы его сжатия до необходимого давления в реакторе 1, тонкой очистки от механических примесей и очистки от химических примесей в первую очередь от сероводорода и меркаптанов.

ПРИМЕР 2

В примере представлена реализация выработки окислителя для производства синтез-газа и коррекции в производимом синтез-газе мольного соотношения H2/CO и его термобарических параметров с помощью установок 5 и 6.

В установке 5 полученную электрическую энергию используют в процессе выработки окислителя - кислорода путем разделения воздуха на O2, CO2, и N2 на мембранах при давлении до 10,0 МПа, достаточном для проведения реакций парциального окисления углеводородов в реакторе 1. Большей или меньшей подачей CO2 в реактор 1, во-первых, корректируют мольное соотношение Н2/СО в производимом синтез-газе, а во-вторых, регулируют в нем температуру. В связи с тем, что реакция получения синтез-газа от взаимодействия CO2 с углеводородами является эндотермической, например,

температура в реакторе уменьшается с увеличением количества подаваемого CO2.

Азот используют в качестве теплоносителя в установке 13 и для производственных нужд, например в системах пожаротушения, вытеснения воздуха из технологических трубопроводов и аппаратов, или в качестве товарного продукта.

В установке 6 полученную электрическую энергию используют в процессе выработки окислителя - кислорода из воды электролизом. Кислород подают в реактор 1, а водород по линии 19 в синтез-газ. В зависимости от количества подаваемого водорода корректируют в большую сторону мольное соотношение Н2/СО. Излишний водород сжигают с получением тепловой или (и) электрической энергии или (и) используют в качестве товарного продукта.

ПРИМЕР 3

В примере представлена реализация в производстве синтез-газа его коррекции мольного соотношения Н2/СО термобарических параметров с помощью в реакторе 1 путем варьирования компонентного состава, подаваемого в него по линии 2 углеводородного сырья и количества кислорода - по линии 4 водяного пара из агрегата 14.

Полученную электрическую энергию используют в процессе нагнетания из установки 3 углеводородного сырья (фиг. 1-4) и окислителя из установок 5 и 6 в реактор 1, оснащенного пористой насадкой из материала, проницаемого для смеси углеводородного сырья с окислителем проводят реакцию окисления без применения катализаторов, описываемую формулой

при давлении в пределах от 0,1 до 3,0 МПа и при температуре 973-1073 K.

Мольные соотношения Н2/СО составляют для: СН4 - 2; С2Н6 - 3; С3Н8 -1,3; С4Н10 - 1,33; C5H12 - 1,2; C6H14 - 1,17; C7H16 - 1,14. Варьируя компонентный состав, получают необходимое мольное соотношение Н2/СО синтез-газа при указанных термобарических параметрах получаемого синтез-газа.

Полученную электрическую энергию используют в процессе нагнетания водяного пара из агрегата 14 (фиг. 1-4), перемешивания его с окислителем и углеводородным газом в смесителе 21, подачу смеси в реактор 1 и проводят в нем экзотермическую реакцию окисления, описываемую формулой

где K1, K2, K3, K4 - уравнивающие коэффициенты, зависящие от типа углеводорода, при давлении от 0,2 до 10,0 МПа и при температуре 1473-1723 K без катализатора или при 973-1073 K с применением катализаторов на основе оксидов кобальта.

Мольные соотношения Н2/СО составляют для: CH4 - 2,33; С2Н6 - 2,5; C3H8 - 2,7; С4Н10 - 3; C5H12 - 2,2.

Варьируют компонентный состав углеводородного сырья и количество воды, добиваясь получения синтез-газ с необходимым мольным соотношением Н2/СО в данных термобарических условиях.

ПРИМЕР 4

В агрегате 15 выполняется коррекции термобарических параметров синтез-газа следующим образом. Полученную электрическую энергию используют в процессе его сжатия в компрессоре и охлаждения холодом, вырабатываемом искусственно в холодильных установках, с помощью естественного холода, используемом в аппаратах воздушного или водяного охлаждения.

Таким образом, используя технологические и технические приемы, описанные в примерах возможно производство синтез-газа, отводимого по линии 22 с большим спектром величин мольного соотношения Н2/СО и термобарических параметров, что способствует расширению области его применения.

1. Способ производства синтез-газа, включающий его получение парциальным окислением углеводородного сырья жидкостей или газов в реакторе при изобарических условиях окислителем, например кислородом или воздухом, или их смесью, преобразование энергии - давления и тепла - синтез-газа в электрическую энергию производят в газотурбинной установке и/или преобразование тепловой энергии синтез-газа в электрическую энергию с использованием в качестве теплоносителя пара или газа в паротурбинной или газотурбинной установках, преобразование энергии давления и тепла синтез-газа в электрическую энергию в газотурбинной установке производят без его сжигания в одну или несколько ступеней, а преобразование тепловой энергии синтез-газа в электрическую энергию производят при снижении температуры синтез-газа перед газотурбинной установкой и/или после нее, а также при давлении синтез-газа, равном или меньшем величины давления, отличающийся тем, что полученной электрической энергией обеспечивают технологические процессы подготовки углеводородного сырья к окислению и подготовку воды для выработки окислителя, коррекции состава по мольному соотношению Н2/СО и термобарических параметров синтез-газа.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при преобразовании энергии синтез-газа в электрическую энергию перед подачей его в газотурбинную установку снижают его температуру и повышают давление путем эжекции синтез-газа высоконапорным водяным паром.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при преобразовании тепловой энергии синтез-газа в электрическую энергию, используют в качестве теплоносителей азот.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при подготовке углеводородного газа к окислению полученной электрической энергией обеспечивают процессы его сжатия и очистки от механических и химических примесей.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полученной электрической энергией обеспечивают процессы выработки окислителя - кислорода путем разделения воздуха на О2, СО2, и N2 на мембранах или криогенным методом, а затем выполняют коррекцию мольного соотношения Н2/СО и термобарических параметров синтез-газа, подавая СО2 в подготовленный углеводородный газ перед его окислением, a N2 используют в качестве теплоносителя и для производственных нужд, например в системах пожаротушения, вытеснения воздуха из технологических трубопроводов и аппаратов, или в качестве товарного продукта.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полученной электрической энергией обеспечивают процесс выработки окислителя - кислорода из воды электролизом, а затем выполняют коррекцию мольного соотношения Н2/СО, подавая водород после электролиза в синтез-газ, излишний водород сжигают с получением тепловой или (и) электрической энергии или (и) используют в качестве товарного продукта.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при коррекции мольного соотношения Н2/СО и термобарических параметров синтез-газа полученную электрическую энергию используют для процесса нагнетания углеводородного сырья и окислителя в реактор, оснащенный пористой насадкой из материала, проницаемого для смеси углеводородного сырья с окислителем, и проводят в нем без применения катализаторов экзотермическую реакцию окисления, описываемую формулой

при давлении 0,1-3,0 МПа и при температуре 973-1073 K, варьируют компонентный состав углеводородного сырья и количество кислорода, добиваясь получения синтез-газа с необходимым мольным соотношением Н2/СО в данных термобарических условиях.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при коррекции мольного соотношения Н2/СО и термобарических параметров синтез-газа полученную электрическую энергию используют для процесса нагнетания водяного пара, перемешивания его с окислителем и углеводородным газом, подачу смеси в реактор и проводят в нем экзотермическую реакцию окисления, описываемую формулой

где K1, K2, K3, K4 - уравнивающие коэффициенты, зависящие от типа углеводорода, при давлении 0,2 до 10,0 МПа и при температуре 1473-1723 K без катализатора или при 973-1073 K с применением катализаторов на основе оксидов кобальта, и варьируют компонентный состав углеводородного сырья и количество воды, добиваясь получения синтез-газ с необходимым мольным соотношением Н2/СО в заданных термобарических условиях.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при коррекции термобарических параметров синтез-газа полученную электрическую энергию используют в процессах его сжатия и охлаждения искусственным и/или естественным холодом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области коксохимии. Нагревают уголь (2) в коксовой печи (1).

Изобретение относится к способам и устройству для извлечения потока сжиженного природного газа (СПГ) из потока углеводородсодержащего исходного газа с использованием единственного замкнутого цикла со смешанным хладагентом.

Изобретение относится к способу аккумулирования водорода и может быть использовано в химической промышленности для переработки углеводородных газов, а также в системах транспорта и водородных технологий.

Изобретение относится к способу и установке для получения жидкого топлива из углеводородного газа. Заявлен способ получения жидкого топлива из углеводородного газа и выработки энергии, в котором осуществляют риформинг углеводородного газа для получения газа риформинга путем реакции парового риформинга углеводородного газа; осуществляют синтез бензина, диметилового эфира или дизельного топлива из газа риформинга через метанол; извлекают тепло термической энергии газа риформинга для получения насыщенного водяного пара, имеющего температуру не более 180°C, до использования указанного газа риформинга на стадии синтеза; осуществляют перегревание указанного насыщенного водяного пара с использованием теплового источника, имеющего температуру по меньшей мере 200°C, образовавшегося в указанном способе, чтобы получить перегретый водяной пар; и осуществляют выработку энергии с использованием указанного перегретого водяного пара, причем в качестве теплового источника для перегревания на стадии перегревания используют водяной пар, образовавшийся за счет экзотермической реакции на стадии синтеза.

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к установкам для получения водорода и гидроксидов алюминия. Установка содержит бак, в котором в воде располагаются реакционные колбы, выполненный с двумя штуцерами для входа холодной и вывода нагретой воды.

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к установкам для получения водорода и гидроксидов алюминия. Установка содержит бак, выполненный с двумя штуцерами для входа холодной и вывода нагретой воды.

Изобретение относится к области химической технологии, а именно к высокотемпературным каталитическим окислительным способам превращения метана с получением синтез-газа.

Изобретение относится к способу приготовления катализаторов для среднетемпературной конверсии оксида углерода водяным паром, которые могут быть использованы в промышленности при получении азотоводородной смеси для синтеза аммиака.

Изобретение относится к способам получения катализатора на основе оксидов и гидроксидов меди и никеля, нанесенных на твердый раствор сульфидов кадмия и цинка, применяемого преимущественно в качестве фотокатализатора для процессов фотокаталитического выделения водорода из водных растворов Na2S/Na2SO3 под действием видимого излучения.

Изобретение относится к способу и системе для извлечения диоксида углерода на установке для синтеза метанола из углеводородного газа или синтеза бензина из углеводородного газа через метанол.

Изобретение относится к способу обработки обогащенной диоксидом углерода газовой смеси, которая образуется при получении синтез-газа. Способ включает проведение сырья, содержащего углеводород, через трубы, находящиеся в огневом пространстве отапливаемого горелками реактора парового риформинга, при этом сырье превращается в неочищенный синтез-газ, содержащий водород, моноксид углерода, диоксид углерода, а также углеводороды, отделение из неочищенного синтез-газа газовой смеси, обогащенной диоксидом углерода, содержащей окисляющиеся вещества, термообработку части газовой смеси, обогащенной диоксидом углерода, содержащей окисляющиеся вещества, в кислородсодержащей атмосфере и сжигание окисляющихся веществ. Изобретение обеспечивает эффективную обработку обогащенной диоксидом углерода газовой смеси. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технологии получения водорода в результате химической реакции компонентов гидрореагирующей композиции, более конкретно к способу активации алюминия для получения водорода, и может найти применение при создании водородных картриджей для малогабаритных источников питания на топливных элементах. Способ активации алюминия для получения водорода включает приготовление смеси компонентов индия, олова и галлия, предпочтительно, в соотношении 20:20:60 мас.%, нагревание смеси до получения эвтектического сплава, который затем смешивают при нормальных условиях в инертной атмосфере с порошкообразными алюминием и абразивным веществом дисперсностью 0,5-1,5 мм, преимущественно, из группы хлорид натрия или оксид алюминия, после чего смесь подвергают механохимической обработке в инертной атмосфере при температуре 20-80°С в течение 5-20 мин. Изобретение позволяет увеличить полноту реакции окисления активированного алюминия при пониженном содержании галлия и индия в гидрореагирующей композиции, повысить скорость генерирования водорода и обеспечить возможность ее регулирования, а также повысить рентабельность технологии активации алюминия. 1 ил., 5 пр.

Изобретение относится к области нефтегазохимии. Природный газ 21 подают в компрессор 11. Сжатый природный газ 21 последовательно нагревают в четвертом 20 и первом 12 теплообменниках. В первом теплообменнике 12 в качестве источника тепла используют дымовые газы 22. Нагретый природный газ 21 подают в устройство десульфуризации 13. В аппарате 14 проводят риформинг природного газа, очищенного от серосодержащих соединений, и получают H2 и CO или H2 и CO2. Газ, подвергнутый риформингу, используют для синтезирования аммиака, мочевины и метанола. Во втором теплообменнике 16 нагревают воздух 26, используемый для нагрева в аппарате риформинга 14. Нагрев воды 75 осуществляют посредством дымовых газов 22 в третьем теплообменнике 19. Изобретение позволяет улучшить термическую эффективность при проведении риформинга природного газа, исключить возникновение коррозии, улучшить эффективность получения аммиака, мочевины и метанола. 4 н. и 2 з.п. ф-лы, 19 ил., 6 пр.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при производстве азота, кислорода и аргона из атмосферного воздуха. Способ включает использование нескольких адсорбционных колонн. Основные колонны (1, 2) заполнены адсорбентом, поглощающим нецелевые компоненты газовой смеси, а вспомогательные адсорбционные колонны (3) заполнены адсорбентом, поглощающим целевой компонент газовой смеси. Сырьевую газовую смесь под избыточным давлением подают в основные адсорбционные колонны (1, 2), после чего обогащенный целевым продуктом газ перемещают в вспомогательные адсорбционные колонны (3), где адсорбент поглощает целевой газ. После этого целевой газ выделяют из адсорбента и перемещают обратно в основные адсорбционные колонны (1, 2), где поднимают давление целевого газа с его доведением до высокой чистоты. Адсорбенты подбираются таким образом, чтобы время насыщения адсорбента в основных адсорбционных колоннах было примерно вдвое больше времени насыщения адсорбента в одной или нескольких вспомогательных адсорбционных колоннах. Изобретение позволяет уменьшить сложность технологической схемы, общие габариты и материалоемкость установки. 5 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Изобретение может быть использовано в водородной энергетике и сталелитейной промышленности. В реакционное пространство помещают обогащенный углеродом гранулят с размером частиц от 0,1-100 мм, содержащий по меньшей мере 80 мас. % углерода, вводят углеводороды и подвергают их термической деструкции на углерод и водород. Тепловую энергию, необходимую для деструкции углеводородов, производят вне реакционного пространства, а затем в него вводят нагретый газообразный теплоноситель - водород или азот. В качестве обогащенного углеродом гранулята используют коксовую мелочь, низкокачественный кокс коксохимического производства на основе бурого или каменного угля и/или кокс, полученный из биомассы, и пропускают его через реакционное пространство непрерывно в виде подвижного или кипящего слоя. Часть удаленного из реакционного пространства углеродсодержащего гранулята возвращают в реакционное пространство. Изобретение позволяет получить одновременно углерод и водород высокой степени чистоты в промышленных масштабах. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к обработке отходящего газа из синтеза Фишера-Тропша, приводящей к понижению выделения углерода. Нециркуляционный остаточный газ, вырабатываемый после реакции синтеза Фишера-Тропша подвергается реформингу паром и превращается в обогащенный водородом синтез-газ. Затем водород высокой чистоты отделяется и извлекается из обогащенного водородом синтез-газа для использования. Способ содержит следующие стадии: 1) проведение реакции конверсии паром для получения конвертированного газа; 2) проведение реакции синтеза Фишера-Тропша для получения углеводородного топлива; 3) после реакции предварительного реформинга превращение углеводородного соединения, содержащего два или более атомов углерода, в метан; 4) проведение реакции реформинга для превращения метана и пара в водород и моноксид углерода; 5) отделение водорода и моноксида углерода от газа; и 6) обеспечение тепла для реактора реформинга. Изобретение эффективно использует остаточный газ синтеза Фишера-Тропша и остаточные горючие компоненты в реформированном газе после того, как отделен водород, таким образом улучшая эффективность использования энергии. 9 з.п. ф-лы, 3 ил., 6 табл., 5 пр.

Изобретение относится к области получения аммиака на основе риформинга углеводородов, в частности к способу повышения производительности установки для получения аммиака. Способ включает увеличение количества водорода, вырабатываемого секцией риформинга, посредством замены труб первичного риформера новыми трубами, имеющими меньшую толщину, для увеличения внутреннего диаметра труб, и установки источника кислорода для обогащения кислородом, поставляемым этим источником, воздуха, подаваемого на вторичный риформер, модернизацию воздушного компрессора посредством установки новых статорных и роторных частей, для увеличения расхода воздуха, подаваемого во вторичный риформер, при сохранении прежнего выходного давления, а также модернизацию секции удаления СО2, компрессора синтез-газа, блока осушения синтез-газа и контура синтеза аммиака. Изобретение обеспечивает повышение производительности установки для получения аммиака. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к получению синтетического газа и может быть использовано в химической промышленности. Способ получения синтетического газа включает введение метана и углекислого газа в реакционную камеру. Через реакционную камеру направляют слой углеродсодержащего твердого материала как движущийся слой. В слое углеродсодержащего твердого материала метан и углекислый газ преобразовывают в водород и окись углерода. Образующийся в реакционной камере синтетический газ противотоком подводят к движущемуся слою и в нем охлаждают. В качестве углеродсодержащего твердого материала применяют углеродсодержащий гранулят, содержащий по меньшей мере 80 мас. % углерода. Изобретение позволяет обеспечить непрерывный режим получения синтетического газа, при котором не требуется регенерация катализатора, создать поток газообразного продукта, который в основном лишен примеси твердых частиц. 12 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области добычи и переработки полезных ископаемых. Установка для извлечения водорода из воды Черного моря содержит реактор, соединенный трубопроводами с воздухозаборником и емкостью с серной кислотой, поступающей из окислителя. Реактор размещен в резервуаре в виде цилиндра, помещенного в береговой грунт. Цилиндр соединен водозаборным и сливным шлангами с сероводородным слоем моря. Дно цилиндра ниже уровня моря на 6-8 метров. Внутри цилиндра расположена перегородка, в центре которой установлен реактор, верхняя часть которого ниже уровня моря. Цилиндр через штуцер выпуска сероводорода и трубопровод связан с первым компрессором и окислителем, выход которого соединен с накопителем серной кислоты, соединенным с реактором. Реактор также соединен со вторым воздушным компрессором, второй выход которого соединен со вторым входом окислителя. Первый компрессор через устройство контроля соединен с нагревателем, имеющим тепловой контакт с окислителем. Нагреватель соединен с плазмотроном, второй вход которого соединен с управляемым вентилем, соединенным с водородным выходом плазмотрона, а вход управления вентиля подключен к устройству контроля. Водозаборный и сливной шланги соединены с всасывающим насосом и насосом отработанной воды соответственно и опущены в сероводородный слой на разную глубину. Технический результат: уменьшение энергозатрат на получение водорода за счет максимального использования энергии каждого технологического цикла. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к реактору переработки газового углеводородного сырья для получения синтез-газа, который может быть использован в газохимии для получения метилового спирта, диметилового эфира, альдегидов и спиртов, углеводородов и синтетического моторного топлива. Реактор содержит корпус в виде цилиндрического канала круглого или прямоугольного сечения, футерованный изнутри огнеупорной керамикой, не менее двух отсеков, в которые установлены перпендикулярно оси корпуса не менее двух модулей, включающих оснастку, круглого или прямоугольного сечения, футерованную огнеупорной керамикой и помещенную в нее мембрану, выполненную из материала, обладающего смешанной электронно-ионной проводимостью, снабженную входом и выходом, при этом вход соединен с общим коллектором подачи воздуха, а каждый выход соединен с общим коллектором выхода обедненного по кислороду воздуха, мембрана может быть выполнена монолитно либо в форме кольцевого коллектора с перемычками и решетки в виде трубчатых каналов, сопряженных в узлах пересечения, либо в форме двух прямоугольных коллекторов и решетки, состоящей из крест-накрест соединенных трубчатых каналов, сопряженных в узлах пересечения, причем h<<l, где h - толщина стенки канала, l - длина канала, мембрана имеет внешнюю реакционную зону, расположенную между поверхностью мембраны и металлической сеткой, закрепленной с внешней стороны модуля. Изобретение обеспечивает простую и надежную конструкцию реактора и устранение эффекта температурной неоднородности. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх