Способ получения синтез-газа

Авторы патента:

Александрова Ирина Владимировна (RU)

C01B3/32 - Неметаллические элементы; их соединения

Владельцы патента RU 2651195:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ) (RU)

Изобретение относится к способу получения синтез-газа каталитической гидроконверсией диоксида углерода в присутствии водорода на специальном катализаторе, позволяющем получить синтез-газ по составу, подходящему для производства метанола. Способ осуществляется при температуре 300-350°C и атмосферном давлении на катализаторе, содержащем 1,0-3,0 мас.% Cu на γ-Al₂O₃. Технический результат заключается в упрощении технологии процесса за счет использования в качестве сырья только диоксид углерода без добавок монооксида углерода и водорода, а также в удешевлении технологии процесса за счет использования более дешевого катализатора. 6 пр.

Изобретение относится к способу получения синтез-газа каталитической конверсией диоксида углерода в присутствии водорода на специальном катализаторе, позволяющем получить синтез-газ по составу, подходящему для производства метанола.

Сырьем для предлагаемого способа является диоксид углерода, который в огромных количествах выбрасывается в атмосферу из печей, сжигающих углеводородное топливо, например природный газ в котлах энергетических установок (ТЭЦ) для выработки пара и далее электроэнергии. Выделение диоксида углерода из дымовых газов не представляет собой трудную задачу и повсеместно используется в небольших объемах для получения товарного диоксида углерода. Таким образом, заявляемый способ одновременно решает две задачи: 1 - защиту окружающей среды и 2 - использование вторичного сырья для нефтехимического синтеза.

Известен способ получения синтез-газа превращением диоксида углерода и воды при высоких температурах (1600К), достигаемых концентрированием солнечной энергии специальными концентраторами [1]. Превращение диоксида углерода и водяного пара в синтез-газ протекает на катализаторе, содержащем диоксид церия. Производительность такого способа очень низка, большие энергозатраты и зависит от интенсивности солнечного излучения. Кроме того, получаемый синтез-газ не соответствует по составу, необходимому для синтеза метанола. Согласно литературным данным для производства метанола синтез-газ должен содержать кроме монооксида углерода еще от 3 до 10% диоксида углерода, так как он является инициатором образования метанола [2, 3]. Наиболее близким к заявляемому является способ получения синтез-газа каталитической конверсией диоксида углерода в присутствии водорода на катализаторе, содержащем 0,8-8,0% церия, нанесенного на γ-оксид алюминия при температурах до 350°C (прототип) [4]. По данному способу достигается полное превращение диоксида углерода в монооксид, но получемый синтез-газ содержит только смесь монооксида углерода CO с водородом и может служить отличным сырьем для синтеза углеводородов и в процессах оксосинтеза. Для получения же метанола в смеси должно присутствовать некоторое количество диоксида углерода от 3-4 до 8-10% [2, 3].

Задачами настоящего изобретения являются упрощение и удешевление технологии процесса получения синтез-газа.

Технический результат от использования предлагаемого изобретения

Достигаемыми результатами являются:

1 - упрощение технологии процесса за счет использования в качестве сырья только диоксида углерода без добавок монооксида углерода и водорода;

2 - удешевление технологии процесса за счет использования более дешевого катализатора, содержащего вместо редкоземельного металла церия более доступной меди (в 10-15 раз).

Поставленная задача решается использованием катализатора, содержащего от 1,0 до 3,0% меди Cu (II), нанесенной на γ-оксид алюминия, с большой удельной поверхностью методом пропитки.

Способ осуществляют следующим образом.

Смесь диоксида углерода и водорода пропускают через слой гетерогенного медьсодержащего катализатора при температуре 300-3 50°C при атмосферном давлении. 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.

Заявляемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

100 см³ носителя катализатора γ-оксида алюминия насыпной плотностью 0,800 г/см³ и удельной поверхностью 180 м²/г сушат в сушильном шкафу при температуре 150°C в течение трех часов. Затем осушенный носитель заливают 100 см³ пропиточного водного раствора азотнокислой меди, содержащей 6,8 г Cu(NO₃)₂⋅3H₂O. Пропитку носителя катализатора ведут в течение десяти часов, остатки раствора выпаривают. Катализатор подвергают термообработке в муфельной печи при температуре 400°C в течение двух часов. После охлаждения получают 100 см³ катализатора, содержащего 1,0% Cu на γ-Al₂O₃. Полученный катализатор загружают в металлический 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 двенадцати часов. Далее через реактор с восстановленным катализатором пропускают смесь CO₂ и H₂ в объемном соотношении 1:3 при температуре 350°C с общим объемным расходом газовой смеси 20000 ч^-1. На выходе из реактора получают синтез-газ состава: CO - 30,0% об., CO₂ - 3,1% об., H₂ - 66,9% об. Степень превращения CO₂ составляет 90,5%.

Объемное соотношение CO:CO₂ без учета водорода составляет 9,5:1.

Пример 2.

Получение катализатора и конверсию CO₂ в синтез-газ проводят в условиях, аналогичных описанным в примере 1. Получают катализатор, содержащий 0,5% мас. Cu на том же носителе. При каталитической конверсии CO₂ в тех же условиях получают синтез-газ, содержащий 85% об. CO и 15% об. CO₂, без учета водорода.

Пример 3.

Получение катализатора и конверсию CO₂ в синтез-газ проводят в условиях, аналогичных описанным в примере 1. Получают и испытывают катализатор, содержащий 2,0% мас. Cu на том же носителе. Полученный синтез-газ имеет состав: 94,0% об. СО и 6,0% об. CO₂ без учета водорода.

Пример 4. Получение и испытание катализатора проводят в условиях, аналогичных описанным в примере 1. Катализатор содержит 3,0% мас. Cu на том же носителе. Полученный синтез-газ содержит 96,% об. СО и 4,0% об. CO₂ без учета водорода.

Пример 5. Получение и испытание катализатора проводят в условиях, аналогичных описанным в примере 1. Катализатор содержит 3,5% мас. Cu на том же носителе. Полученный синтез-газ содержит 98% об. СО и 2,0% об. CO₂ без учета водорода.

Пример 6. (по прототипу). Получение катализатора и конверсию CO₂ в синтез-газ проводят в условиях, аналогичных описанным в примере 2. Содержание Ce(NO₃)₃⋅6H₂O в пропиточном растворе 5,6 г. Состав полученного катализатора 2,3% мас. Се на γ-Al₂O₃. Объемное соотношение CO₂:H₂ на входе в реактор равно 1:3. Температура в реакторе 350°C. На выходе из реактора получают синтез-газ состава: CO - 30,0% об., CO₂ - 3,0% об., H₂ - 67,0% об. Конверсия CO₂ - 91,0%.

Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемый способ позволяет получать синтез-газ, содержащий до 10,0% об. CO₂, что позволяет использовать его непосредственно для синтеза метанола.

Содержание Сu в катализаторе ниже 1,0% мас. снижает концентрация CO в синтез-газе и увеличивает концентрацию CO₂ выше 10,0% об., увеличение содержания Cu в катализаторе выше 3,0% мас. практически не влияет на изменение состава синтез-газа и экономически нецелесообразно.

Применение заявляемого способа позволяет удешевить себестоимость катализатора по сравнению с прототипом, так как стоимость меди и медных солей на 1-1,5 порядка ниже, чем стоимость церия и его солей.

Использованные источники информации

1. Патент US 4053576, МПК C01B 1300.

2 Ян Ю.Б. Синтезы на основе оксидов углерода / Ю.Б. Ян, Б.К. Нефедов. - Л.: Химия, 1978. - С. 49.

3. Караваев М.М. Технология синтетического метанола / М.М. Караваев, В.Е. Леонов, И.Г. Попов, Е.Г. Шепелев. - М.: Химия. 1984. - С. 46.

4. Патент RU 2537627, МПК CO1B 3/00, CO1B 3/26, CO1B 3/32, опубл. 10.01.2015 г.

Способ получения синтез-газа каталитической гидроконверсией диоксида углерода в присутствии водорода при температуре 300-350°C и атмосферном давлении на катализаторе, содержащем 1,0-3,0 мас.% Cu на γ-Al₂O₃.

Изобретение относится к нанотехнологии. Для получения углеродных нанотрубок используют аппарат, включающий блок 3 формирования рабочей смеси 2, содержащий средство получения наночастиц вещества, содержащего катализатор, реакционную камеру 1, снабженную входом для рабочей смеси 2 и выходом 4 для отходящих газов, средство охлаждения отходящих газов, а также фильтр 5 для отделения углеродных нанотрубок 6 от отходящих газов.

Способ синтеза наноалмазов // 2650971

Изобретение относится к синтезу наноалмазов для использования в элементах оптической памяти для квантовых компьютеров высокой производительности. Способ включает подготовку углеродсодержащей смеси, ее размещение в камере высокого давления, инициирование в углеродсодержащей смеси интенсивной ударной волны, фильтрацию и сепарацию продуктов синтеза, при этом в качестве углеродсодержащей смеси выбирают смесь на основе предельных углеводородов гомологического ряда алканов с общей формулой CnH2n+2 с числом углеродных атомов 16 и выше, нагревают ее до температуры выше 300 K, пропускают через нее метан под давлением выше 0,1 МПа и формируют в углеродсодержащей смеси импульсный электрический разряд.

Система для производства ароматического соединения и способ его получения // 2650513

Изобретение относится к системе для производства ароматического соединения, содержащей: первое производственное устройство, синтезирующее аммиак, метанол или водород из природного газа; второе производственное устройство, синтезирующее ароматическое соединение из природного газа посредством каталитической реакции и подающее газовую смесь, в основном включающую непрореагировавший метан и водород в качестве побочного продукта, в первое производственное устройство для получения аммиака, метанола или водорода; и устройство отделения водорода, выделяющее водород из продувочного газа, образующегося при реакции синтеза в первом производственном устройстве, и подающее водород во второе производственное устройство для восстановления катализатора, используемого в каталитической реакции.

Катализатор для паровой конверсии углеводородов // 2650495

Изобретение относится к катализатору паровой конверсии углеводородов, включающему активную часть, содержащую никель (Ni), медь (Cu), платину (Pt), палладий (Pd) родий (Ph), рутений (Ru), золото (Au), и носитель на основе оксида алюминия, содержащий оксид магния, алюминат кальция/магния.

Параллельное получение водорода, монооксида углерода и углеродсодержащего продукта // 2650171

Изобретение относится к способу параллельного получения водорода, монооксида углерода и углеродсодержащего продукта. Описан способ параллельного получения водорода, монооксида углерода и углеродсодержащего продукта, в котором один или несколько углеводородов подвергают термической деструкции, причем по меньшей мере часть образующейся водородсодержащей газовой смеси выводят из реакционной зоны реактора деструкции при температуре от 800 до 1400°С и превращают с диоксидом углерода в содержащую монооксид углерода и водород газовую смесь.

Способ получения синтетической нефти из природного или попутного нефтяного газа (варианты) // 2649629

Настоящее изобретение относится вариантам способа получения синтетической нефти из природного или попутного нефтяного газа. Один из вариантом способа включает стадию синтеза оксигенатов из исходного синтез-газа, полученного из указанного сырья, в присутствии металлооксидного катализатора, с получением смеси, содержащей оксигенаты, стадию получения углеводородов из указанной смеси в присутствии цеолитного катализатора, стадию разделения углеводородов на жидкую органическую фазу, которую выводят как продукт, газовую фазу и водный конденсат стадии получения углеводородов, и стадию возвращения части газовой фазы в реактор синтеза оксигенатов как циркулирующего газа.

Способ получения тонких пленок на основе углеродных наноматериалов // 2648920

Изобретение относится к нанотехнологии. Сначала готовят суспензию, содержащую этиленгликоль в качестве жидкой дисперсионной среды и углеродный наноматериал, например графен, оксид графена, восстановленный оксид графена, однослойные углеродные нанотрубки, двухслойные углеродные нанотрубки, многослойные углеродные нанотрубки или их смеси, и обрабатывают её ультразвуком.

Способ получения водорода и генерирования энергии // 2648914

Изобретение относится к способу получения водорода и генерирования энергии. Способ включает стадии, на которых: (a) газообразное углеводородное сырье подвергают эндотермической реакции парового риформинга контактированием в зоне реакции парового риформинга для получения газообразной смеси, содержащей водород и монооксид углерода; (b) извлекают водород из указанной смеси; (c) подают топливо и окислитель в турбину, содержащую последовательно компрессор, камеру горения и турбину расширения, где топливо сжигают со сжатым окислителем в камере горения с получением потока дымового газа; (d) подают по меньшей мере часть указанного потока дымового газа в турбину расширения для генерирования энергии и для получения отходящего газа турбины; (e) обеспечивают теплоту для указанной эндотермической реакции риформинга приведением потока горячего газа, генерированного на стадии (с) и/или стадии (d), в теплообменный контакт с зоной реакции парового риформинга, и на стадии (f) сжижают водород, извлеченный на стадии (b), подвергая извлеченный водород циклу сжижения, содержащему охлаждение и компримирование водорода.

Сероводородный поток для сульфидирования катализатора, получаемый из насыщенных аминов нефтепереработки // 2648899

Изобретение относится к способу получения потоков газообразного водорода, обогащенного сероводородом, подходящего для сульфидирования катализатора, получаемого из насыщенных аминов нефтепереработки.

Способ получения графеносодержащих материалов и устройство для его осуществления // 2648892

Изобретения относятся к химической промышленности и нанотехнологии. Сначала получают интеркалированный графит путем обработки кристаллического графита раствором персульфата аммония в серной кислоте и выдерживают его до расширения.

Процесс катионной полимеризации для синтеза наноструктурных полимеров, содержащих графен // 2652115

Настоящее изобретение относится к способу синтеза наноструктурных полимеров, содержащих графен. Описан способ катионной полимеризации для синтеза наноструктурных полимеров, содержащих графен, который включает осуществление взаимодействия оксида графита, диспергированного в растворителе с помощью ультразвука, с, по меньшей мере, одним виниловым мономером и, по меньшей мере, одним винил-ароматическим мономером в присутствии, по меньшей мере, одной сильной минеральной кислоты, подходящей для активирования катионной полимеризации, где названный оксид графита содержит от 5 до 60% по массе связанного кислорода, названный виниловый мономер содержит, по меньшей мере, одну карбоксильную группу, где отношение между связанным в оксиде кислородом и карбоксильными группами лежит в интервале от 1:10 до 10:1 в молях на моль, и отношение между названным винил-ароматическим мономером и суммой количества оксида графита и винилового мономера, содержащего карбоксильные группы, лежит в интервале от 50% до 99% по массе. Технический результат – получение наноструктурных полимеров, содержащих графен, равномерно распределенных и без отягчающего разделения фаз остаточных агломератов. 17 з.п. ф-лы, 10 ил., 5 табл., 12 пр.

Устройство и способ получения ацетилена и синтез-газа // 2652124

Предложенное изобретение относится к устройству для получения ацетилена и синтез-газа путем частичного окисления углеводородов кислородом, включающему в себя реактор, причем реактор содержит блок горелок с камерой сгорания для получения ацетилена, дополнительное пространство, выполненное в блоке горелок, и кольцевидное пространство, которое окружает дополнительное пространство, причем блок горелок включает сверленые отверстия для подачи потока смеси углеводородов и кислорода в камеру сгорания и сверленые отверстия для подачи потока вспомогательного кислорода в камеру сгорания, причем сверленые отверстия для подачи потока вспомогательного кислорода в камеру сгорания соединены с дополнительным пространством, причем дополнительное пространство соединено с кольцевидным пространством, причем дополнительное пространство отделено от кольцевидного пространства стенкой, причем стенка оснащена отверстиями для соединения сверленых отверстий для подачи потока вспомогательного кислорода с кольцевидным пространством, причем кольцевидное пространство соединено по меньшей мере с одним подводящим трубопроводом для подачи вспомогательного кислорода. Также изобретение относится к способу получения ацетилена. Предложенное изобретение позволяет избежать неправильного распределения кислорода по перфорированной горелочной плите. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

Водородная установка (варианты) // 2652191

Изобретение относится к установкам для получения водорода паровоздушной конверсией углеводородов и может быть использовано в промышленности. Водородная установка включает узел паровоздушного риформинга, оснащенный линией ввода нагретой смеси кислородсодержащего газа и воды, а также линиями ввода нагретой смеси углеводородного сырья, воды, водного конденсата и вывода водородсодержащего газа с рекуперационным теплообменником или с двумя рекуперационными теплообменниками и конвертором окиси углерода между ними на линии вывода водородсодержащего газа, далее на которой расположен блок выделения водорода, оснащенный линией вывода водорода и линией вывода продувочного газа, на которой расположен узел окисления с линиями подачи воздуха и вывода отходящего газа, сопряженный теплообменной поверхностью с теплообменником, расположенным на линии подачи смеси кислородсодержащего газа и воды. При этом блок выделения водорода оснащен линией подачи водного конденсата, а на линии вывода водородсодержащего газа установлены теплообменники нагрева воздуха и продувочного газа. Кроме того, линии подачи воды примыкают к блоку подготовки воды, оснащенному линией ввода балансовой воды. Технический результат заключается в увеличении выхода водорода. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ выращивания кристаллов фуллерена с60 // 2652204

Изобретение может быть использовано в полупроводниковой оптоэлектронике. Навеску порошка исходного фуллерена С60 загружают в кварцевую ампулу, внутренняя поверхность которой покрыта пироуглеродом для защиты исходного порошка от воздействия УФ излучения. Затем проводят низкотемпературную обработку в динамическом вакууме, сублимацию фуллерена при последующем нагреве и выдержке в динамическом вакууме при градиенте температур между зонами сублимации и конденсации. После этого проводят пересублимацию и выращивание первичных кристаллов С60 в статическом вакууме при градиенте температур между зонами сублимации и конденсации и выращивание финишных кристаллов С60 при тех же условиях, причём первичные и финишные кристаллы С60 выращивают в той же ампуле без перезагрузки порошка, перемещая её в соответствующую зону. Выход годных кристаллов фуллерена С60 составляет 80-85 мас. %, размер кристаллов – порядка 1 см. 2 ил., 1 пр.

Способ получения углеродной пленки // 2652206

Изобретение относится к полупроводниковой и сверхпроводниковой электронике и может быть использовано при изготовлении фотонных устройств, сверхъёмких аккумуляторов и суперконденсаторов, высокочувствительных химических сенсоров и разделительных мембран. Углеродсодержащий материал - природный минерал шунгит с размером частиц 0,01-1 мкм помещают в зону испарения 1 термокамеры. Испаритель нагревают до температуры возгонки 350-400°С. Затем повышают температуру до 750°С со скоростью 3-5°С/мин. Дополнительно создают зоны формовки 2 и термостабилизации 5, разделенные подложкой 3, расположенной в зоне конденсации 4. Температуру зоны испарения 1 устанавливают большей, чем температура зоны формовки 2, а температуру зоны термостабилизации 5 - меньше температуры зоны формовки 2. В результате конденсации в вакууме углерода на предварительно нагретую подложку 3 получают углеродную пленку, однородную по составу, размером 1 мм и более и толщиной 0,1 мкм и более при снижении энергоемкости процесса. 4 ил.

Способ и устройство для производства борогидрида натрия // 2652235

Изобретение может быть использовано для регенерации борогидрида натрия, используемого в качестве носителя водорода. Способ производства борогидрида натрия NaBH4 включает введение в реакцию метабората натрия NaBO2 и гранулированного алюминия в водородной атмосфере. Процесс осуществляют в условиях перемешивания и измельчения метабората натрия и гранулированного алюминия с использованием мелющих тел. Устройство для производства борогидрида натрия 20 включает цилиндрический реакционный блок 22, установленный с возможностью вращения в реакционном резервуаре 21, и блок введения водорода 23 для введения газообразного водорода в реакционный блок 22. Реакционный блок 22 содержит метаборат натрия и гранулированный алюминий 1 и мелющие тела 2. Изобретение позволяет снизить температуру получения борогидрида натрия, повысить его выход. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл., 1 пр.