Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом

Изобретение относится к газохимии и касается получения синтез-газа посредством переработки природного/попутного газа в процессе автотермического риформинга. Способ включает пропускание предварительно подогретой до 300-500°C газосырьевой смеси, состоящей из природного/попутного газа, пара и воздуха, через катализатор. Далее газосырьевую смесь, содержащую 0,3-0,5 об.ч. необходимого количества воздуха, сначала пропускают через часть катализатора, а затем смешивают с оставшейся частью воздуха, после чего изменяют направление движения газосырьевой смеси на противоположное и пропускают через вторую часть катализатора, причем мольное соотношение пара и других составляющих смеси в пересчете на углерод и кислород поддерживают в пределах С:H2O:O2=1:0,6-1:0,4-0,5. Технический результат заключается в повышении конверсии природного/попутного газа до величины не менее 85% при производительности по синтез-газу не ниже 7000 м3/(м3кат·ч) и суммарном остаточном содержании СН4 и СО2 не более 5 об.%. 1 табл., 10 пр.

 

Изобретение относится к газохимии и касается получения синтез-газа из природного/попутного газа в процессе автотермического риформинга, в частности способа переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга.

При автотермическом риформинге в реактор подается смесь природного/попутного газа, пара и кислорода, при этом одна часть углеводородов окисляется кислородом, а другая реагирует с водяным паром, образуя водород и оксиды углерода. Окисление природного/попутного газа обеспечивает высокую температуру, необходимую для проведения парового риформинга. Процесс является комбинацией парциального окисления и парового риформинга. Реакции, протекающие при автотермическом риформинге, на примере метана можно представить в виде следующих уравнений:

СН4+0,5О2→СО+2Н2, ΔН700°=-23,0 кДж/моль

СН4+1,5O2→СО+2H2O, ΔH700°=-519,1 кДж/моль

СН4+2O2→CO2+2H2O, ΔH700°=-802,0 кДж/моль

СН4+H2O→СО+3Н2, ΔН700°=+226 кДж/моль

СН4+CO2→2СО+2Н2, ΔН700°=+260,2 кДж/моль

СО+H2O→CO22, ΔН700°=-34 кДж/моль

К преимуществам автотермического риформинга природного/попутного газа относятся высокая степень превращения сырья, возможность получения синтез-газа с широким диапазоном отношения Н2/СО в зависимости от условий процесса. Присутствие кислорода в сырье способствует минимизации коксообразования.

Процесс автотермического риформинга природного/попутного газа возможно использовать совместно с блоком получения углеводородов методом Фишера-Тропша в компактном варианте. Для обеспечения работы блока синтеза Фишера-Тропша в компактном варианте при объемной скорости сырья не менее 20000 ч-1 необходим способ осуществления процесса конверсии природного/попутного газа, обеспечивающий получение синтез-газа с мольным соотношением Н2/СО от 2 до 3 при производительности не менее 7000 м3/(м3кат⋅ч) и конверсии природного/попутного газа не ниже 85%. При этом суммарное остаточное содержание СН4 и СО2 в составе газопродуктовой смеси блока получения синтез-газа не должно превышать 5 об.%, поскольку их присутствие ухудшает условия последующего синтеза углеводородов.

В качестве катализаторов автотермической конверсии углеводородов с получением смеси СО и Н2 (синтез-газ) используют металлы VIII группы периодической системы элементов, наиболее часто, никель, в количестве 5-25 мас.% нанесенный на пористые носители, обычно тугоплавкие оксиды.

Процесс автотермического риформинга природного/попутного газа можно проводить в несколько стадий, включая стадии парового риформинга и парциального окисления углеводородов, так и в одну стадию непосредственно в реакторе автотермического риформинга на каталитическом слое. Проведение процесса в несколько стадий увеличивает металлоемкость установки и затрудняет реализацию данного способа на месторождениях природного/попутного газа в компактном варианте. Задачу переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга с использованием реактора в компактном исполнении, обеспечивающим получение синтез-газа производительностью не менее 7000 м33кат⋅ч при конверсии природного/попутного газа не менее 85%, возможно решить, сочетая реакции парового риформинга и парциального окисления углеводородов в каталитическом слое непосредственно в реакторе автотермического риформинга. Для обеспечения высокой активности катализатора, загруженного в реактор, и предотвращения спекания никелевых активных центров необходимо, чтобы распределение температур по слою катализатора было равномерным.

Для осуществления переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга применяются способы с использованием трубчатых реакторов со стационарным и кольцевым слоем катализатора. Получение синтез-газа в реакторе со стационарным слоем катализатора может быть осуществлено путем окисления части углеводородного сырья внутри камеры сгорания реакторного блока с последующим протеканием паровой/углекислотной конверсии природного/попутного газа на никель-содержащих катализаторах. Смесь пара и углеводородов подается в реактор автотермического риформинга, смешивается с воздухом, либо с воздухом, обогащенным кислородом, или с чистым кислородом, и в пламени горелки конвертируется в блоке частичного сгорания. Продукты частичного сгорания реагируют в неподвижном слое катализатора с образованием газа, содержащего пар, водород, окись углерода и двуокись углерода. В ряде случаев с целью снижения расхода на обогрев сырьевой смеси и самого реактора используются теплообменные аппараты, обеспечивающие охлаждение продуктов реакции и обогрев поступающей в реактор сырьевой смеси. Теплообменные аппараты могут устанавливаться как отдельно от реакционной зоны, так и быть вмонтированными в конвекционных секциях реакторного блока. С целью рекуперации тепла внутри реактора за счет периодического изменения направления движения сырьевых потоков процесс автотермического риформинга природного/попутного газа может быть проведен с использованием реверсивной схемы подачи сырья. Процесс конверсии природного/попутного газа методом автотермического риформинга обычно проводится при мольном соотношении Н2О:С от 1 до 5, О2:С от 0,3 до 0,8, объемной скорости подачи углеводородного сырья от 1000 до 10000 ч-1 в диапазоне температур от 700 до 1200°С и давлений от 0,1 до 2,0 МПа.

Известен способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга в реакторе со стационарным слоем катализатора с получением синтез-газа, описанный в патенте RU №2228901 (дата публикации 20.05.2004, МПК С01В 3/38). Данный способ включает две стадии: стадию (1) парциального окисления и стадию (2) конверсии остаточных алканов с продуктами стадии (1) на катализаторе. Стадию (1) парциального окисления проводят в две ступени: (А) - некаталитическое парциальное окисление природного газа кислородом при мольном соотношении О2:С, примерно равном 0,76-0,84, с получением в продуктах реакции неравновесного содержания Н2О и СН4; и (Б) - конверсия продуктов реакции ступени (А) с корректирующими добавками СО2 и Н2О или Н2О и СН4 с получением газовой смеси, которая проходит конверсию остаточных алканов водяным паром на катализаторе. Способ позволяет производить синтез-газ с составом, который отвечает соотношению Н2/СО в диапазоне от 1,0 до 2,0.

Однако описанный способ обладает рядом недостатков, к которым можно отнести ограничения, связанные с высоким расходом кислорода, производство которого требует больших энергетических (до 1000 кВт⋅ч/т) и капитальных затрат (до 1500 дол. США/кг⋅ч-1). При этом расход кислорода превышает по массе расход конвертируемого природного газа. Высокое мольное соотношение О2:С может стать причиной быстрого окисления никелевых частиц, что может привести к снижению активности катализатора и длительности его работы.

Известен способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга в трубчатом реакторе со стационарным слоем катализатора, описанный в патенте US №2892693. Данный способ получения синтез-газа включает две стадии: стадию парового риформинга на никелевом катализаторе и стадию некаталитического парциального окисления остаточных после стадии парового риформинга углеводородов. Стадию парового риформинга проводят преимущественно на никелевом катализаторе в двух последовательных секциях трубчатых реакторов, обогреваемых теплом отходящих из реакционной камеры газов. В этой стадии от 10 до 60 мас.% углеводородов преобразуется в оксид углерода, диоксид углерода и водород. Выходящий из каналов парового риформинга газ направляется на вход в реакционную камеру блока парциального окисления, где соединяется с кислородом в соотношении, достаточном для конверсии непрореагировавших углеводородов и поддержания температуры выше 1100°С. Горячие продукты реакции направляются в теплообменную камеру стадии парового риформинга, где охлаждаются, нагревая реакционные трубы парового риформинга, а затем направляются на выход из реактора.

Недостатками данного способа осуществления являются низкая конверсия сырья за проход (не более 60%), двухстадийность процесса, высокие температуры в блоке парциального окисления углеводородов, достигающие 1200°С.

В патенте US №5023276 предложен способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга. Способ включает следующие стадии: (А) предварительный нагрев сырья, содержащего обычно газообразные углеводороды, Н2О, кислород и оксиды углерода, (Б) введение предварительно нагретого потока в первую зону, имеющую несколько каналов для прохода газа. Количество углеводородного сырья, пара и кислорода, вводимого в первую зону катализатора, регулируется для достижения соотношения Н2О/С от 0,5 до 5 и O2/C от 0,4 до 0,65; (В) стадия парового риформинга, при котором температура катализатора должна быть на 140°С выше, чем температура воспламенения подаваемого потока. Тепло, выделяющееся при окислении углеводородов кислородом, обеспечивает достижение оптимальной температуры проведения каталитического парового риформинга без дополнительного нагрева; (Г) выделение из потока отходящего газа диоксида углерода и его рециркуляция; (Д) вывод очищенного синтез-газа.

Недостатками данного способа получения синтез-газа является необходимость создания внутри реактора высокотемпературной камеры сгорания углеводородов, что увеличивает металлоемкость конструкции, снижает компактность реакторного блока, создает сильный температурный градиент внутри реактора и по слою катализатора. Высокий расход водяного пара при реализации данного способа (Н2О/С до 5,0) может увеличить операционные затраты и привести к повышению стоимости получаемого синтез-газа.

Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга посредством его пропускания газосырьевой смеси через кольцевой слой катализатора описан в патенте RU №2548410. Реактор выполнен в форме кольца, в котором движение реагентов осуществляется от внутренней к наружной поверхности кольцевого слоя катализатора, устройство нагрева реагентов и катализатора выполнено в виде плазматрона. Преимуществом рассматриваемого варианта является увеличение производительности процесса получения синтез-газа и снижение теплопотерь в окружающую среду. Максимальная конверсия углеводородного сырья по данному способу составляет 98%.

Недостатками данного метода являются низкая объемная скорость сырьевого потока, что ограничивает достижение высоких значений производительности катализатора, высокая рабочая температура в реакторе (1200°С), использование плазмотрона, сложности при масштабировании реактора.

В патенте RU №2520482 описан способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга в реакторе со стационарным слоем катализатора с нагревающим теплообменником, который включает в себя многостадийное получение синтез-газа. При этом проводят как минимум две последовательные стадии, в каждой из которых поток, содержащий низшие алканы, пропускают через нагревающий теплообменник, а затем через адиабатический реактор, наполненный катализатором, и после последней стадии из потока выделяют водяной пар. Изобретение позволяет повысить конверсию углеводородов и снизить концентрацию балластных газов в продуцируемом газе.

Недостатками данного решения являются высокое отношение Н2/СО в получаемом синтез-газе (более 3,0), высокая объемная концентрация СО2 на выходе из реактора (около 10 об.%), а также многостадийность процесса.

Известен способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга, в котором проводят окисление углеводородного газа водяным паром, предварительно подогретым до 750-950°С, и кислородсодержащим газом (патент RU №2571147). Получение водяного пара производят в нагревающем теплообменнике за счет отвода тепла от продуктов парциального окисления углеводородного газа к конденсату, образующемуся при охлаждении продуктов парциального окисления. Изобретение позволяет повысить конверсию метана и других низших алканов и термическую эффективность способа, снизить металлоемкость, а также уменьшить содержание балластных газов в продуцируемом газе.

Недостатками данного способа получения синтез-газа является высокое остаточное содержание СО2 в составе газопродуктовой смеси (более 6 об.%), высокие давления в реакторе (до 90 атм), высокое соотношение Н2/СО в составе получаемого синтез-газа (более 3,0), а также значительный расход водяного пара - в 4-12 раз больше, чем обьемный расход углеводородного газа, что существенно повышает капитальные и операционные затраты и увеличивает стоимость получаемого синтез-газа.

Известны способы переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга с рекуперацией тепла внутри реактора за счет периодического изменения направления движения сырьевых потоков. В патенте RU №2574464 описан способ получения синтез-газа из водородсодержащего сырья в реакторе с обращаемым потоком. В патенте описано получение синтез-газа или водорода с более высокой энергетической эффективностью, т.е. при наименьшей возможной доле сырья, окисляемой кислородом в процессе, в том числе за счет вовлечения в реакцию водяного пара. Преимущество метода по данному изобретению состоит в раздельной подаче реагентов: газообразный реагент (смесь углеводородов) поступает в начало реактора, а второй реагент (водяной пар) подается в среднюю часть реактора, где происходит смешение реагентов.

Недостатками данного изобретения являются громоздкость и высокая металлоемкость конструкции, необходимость монтажа нескольких линий подачи компонентов сырьевого потока в разные участки реактора, необходимость реализации двух параллельно работающих устройств. Это повышает капитальные затраты на строительство установки и препятствует созданию блока конверсии природного/попутного газа в компактном варианте.

Известен способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга в реакторе со стационарным слоем катализатора и реверсивным обращением потоков с получением синтез-газа, содержащего в основном Н2 и СО, описанный в патентной заявке US №20090062591 (дата публикации 05.03.2009). Процесс непрерывного риформинга углеводородсодержащего газа с окислителем в реверсивной системе проточного реактора, как правило, включает стадии нагрева реактора, заполненного катализатором, до температуры в интервале 500-3000°С и попеременного направления смеси реагентов через пористую матрицу катализатора. Реакционная зона может быть расположена в любой части камеры реактора, изменение направления потока реакционной смеси происходит после заданного интервала времени с целью поддержания заданной температуры в реакционной зоне и повышения энергетической эффективности.

Недостатком данного способа получения синтез-газа является высокая температура в каталитическом слое (более 1500°С), что повышает требования к конструкционным материалам, а также может приводить к дезактивации катализатора вследствие спекания активного металла.

Известны способы переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга при сочетании реакций парового риформинга и парциального окисления в реакторе штыкового типа. Под реактором штыкового типа понимается реактор вертикальной конструкции, в середине которого расположен стационарный слой катализатора, в который погружены вертикальные патрубки. В патенте US №2579843 описан способ осуществления и устройство реактора для производства синтез газа с соотношением Н2/СО в диапазоне от 1,0 до 3,0. Данный способ включает в себя стадии, протекающие в одном реакторе: предварительного разогрева гасосырьевой смеси в пределах 100-600°С, парового риформинга части углеводородов (от 20 до 50 об.%) (Н2О/С=1,0) и парциального окисления оставшихся алканов при температуре 980-1650°С и соотношении О2/С, равном 0,5-0,7. Процесс осуществляют в присутствии никельсодержащего катализатора.

Недостатками данного способа являются высокий градиент температуры в каталитическом слое и высокие температуры осуществления процесса (до 1650°С), многостадийность процесса, а также громоздкость конструкции в связи с большим соотношением диаметров корпуса аппарата к диаметру внутренних патрубков.

Наиболее близким аналогом к предложенному изобретению является способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ с использованием реактора штыкового типа, предложенный в патенте US №4919844. Процесс конверсии природного газа и легких углеводородных газов в синтез-газ проводится при 760-870°С и давлении до 2,5 МПа. При этом одна часть водяного пара непосредственно смешивается с углеводородсодержащим сырьем и вводится в реактор через внутренние реакторные каналы, в которые загружен катализатор. Полученный в результате реакции на катализаторе реформат смешивается с газовой смесью, поступающей из дополнительного реактора конверсии и проходит противотоком вдоль внешней поверхности патрубков с катализатором, за счет чего обеспечивается их обогрев.

Недостатками данного изобретения являются необходимость применения дополнительного реактора для обеспечения протекания эндотермической реакции в основном реакторе штыкового типа, высокое давление в штыковом реакторе, что снижает компактность и увеличивает его металлоемкость, невозможность протекания процесса парового риформинга в слое катализатора без внешнего источника тепла, возникновение высокого градиента температур в слое катализатора.

Технический результат от реализации заявленного изобретения заключается в повышении конверсии природного/попутного газа до величины не менее 85% при производительности по синтез-газу не ниже 7000 м3/(м3кат⋅ч) и суммарном остаточном содержании СН4 и СО2 не более 5 об.%.

Технический результат от реализации изобретения достигается тем, что газосырьевую смесь, содержащую 0,3…0,5 объемной части необходимого количества воздуха, сначала пропускают через часть катализатора, затем смешивают с оставшейся частью воздуха, изменяют направление движения газосырьевой смеси на противоположное и пропускают через вторую часть катализатора, причем мольное соотношение пара и других составляющих смеси в пересчете на углерод и кислород поддерживают в пределах С:H2O:O2=1:0,6…1:0,4…0,5.

Перед проведением конверсии проводится восстановление катализатора в токе водородсодержащего газа, содержание водорода в котором составляет от 50 до 100% об., при объемной скорости по водороду 1000-3000 ч-1, 750-850°С и атмосферном давлении в течение 1-2 часов.

Процесс проводится при температуре 850-1000°С с предварительным подогревом газосырьевой смеси до 300-500°С, давлении 0,5-1,0 МПа и объемной скорости подачи природного/попутного газа 2000-30000 ч-1.

Особенностью предлагаемого способа переработки природного/попутного газа является первичный проход смеси сырьевых газов и пара, содержащей 0,3…0,5 объемной части необходимого количества воздуха, через часть катализатора К1, последующее смешение с оставшейся частью воздуха, изменение направления движения потока на противоположное и дальнейший проход газового потока через вторую часть катализатора К2. Изменение направления потока на противоположное позволяет обеспечить термическую стабильность процесса за счет снижения градиента температур по слою катализатора и обеспечить равномерный теплообмен между газосырьевым потоком и газопродуктовым потоком.

Перед проведением конверсии проводится активация катализатора. В качестве сырья блока автотермического риформинга используется природный/попутный газ, водяной пар и кислород воздуха при мольном соотношении компонентов в смеси С:Н2О=1:0,6-1:1 и О2:С=0,4:1-0,5:1. С целью поддержания стабильной температуры в реакторе осуществляется предварительный подогрев газосырьевой смеси до 300-500°С. Объемная скорость природного/попутного газа составляет 2000-30000 ч-1. Подача природного/попутного газа, водяного пара и 0,3…0,5 части воздуха осуществляется через реакторные каналы 1, а остальная часть воздуха 0,5…0,7 подается снизу реактора через распределенный вход воздуха 2 для формирования восходящего потока газов и снижения температурных градиентов в лобовом слое катализатора, что обеспечивает более полную конверсию сырья и невысокое остаточное содержание СО2 и СН4.

В качестве смеси, моделирующей состав природного газа, используется газ, содержащий 99% СН4, остальное - компоненты С2+. В качестве смеси, моделирующей состав попутного газа, используется газ, содержащий 15% С2Н6+10% C3H8+5% С4Н10 и 70% СН4.

Расчет конверсии углеводородов С14, входящих в состав природного/попутного газа, в процессе автотермического риформинга осуществляется по следующей формуле:

,

где - масса С14-углеводородов, входящих в реактор за время τ;

- масса С14-углеводородов, выходящих из реактора за время τ.

Расчет производительности катализатора по синтез-газу осуществляется по следующей формуле:

,

где VH2 - объем водорода, полученного в результате конверсии, м3/ч;

VCO - объем моноксида углерода, полученного в результате конверсии, м3/ч;

Vкат-ра - объем загруженного в реактор катализатора, м3.

Модуль (n) получаемого синтез-газа в конверсии природного/попутного газа определяется по формуле:

,

где VH2 - объем полученного водорода в ходе конверсии, м3/ч;

VCO - объем полученного оксида углерода (II) в ходе конверсии, м3/ч.

Определение содержания исходных и образующихся веществ в отходящих газах из реактора конверсии природного/попутного газа, определение состава получаемого синтез-газа может осуществляться любым известным способом, например методом газовой хроматографии.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии в компактном реакторе с неподвижным каталитическим слоем при 850°С и 0,5 МПа.

В качестве сырья используется природный газ, водяной пар и кислород воздуха, предварительно подогретые до 300°С, при мольном соотношении компонентов в смеси С:H2O=1:1 и О2:С=0,4:1. Объемная скорость по природному газу составляет 2000 ч-1. Газосырьевую смесь, содержащую 0,3 объемной части необходимого количества воздуха, сначала пропускают через часть катализатора, затем смешивают с оставшейся частью воздуха (0,7), изменяют направление движения газосырьевой смеси на противоположное и пропускают через вторую часть катализатора.

Пример 2

Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии в компактном реакторе с неподвижным каталитическим слоем при 850°С и 0,5 МПа.

В качестве сырья используется природный газ, водяной пар и кислород воздуха, предварительно подогретые до 350°С, при мольном соотношении компонентов в смеси С:H2O=1:1 и О2:С=0,4:1. Объемная скорость по природному газу составляет 10000 ч-1. Газосырьевую смесь, содержащую 0,5 объемной части необходимого количества воздуха, сначала пропускают через часть катализатора, затем смешивают с оставшейся частью воздуха (0,5), изменяют направление движения газосырьевой смеси на противоположное и пропускают через вторую часть катализатора.

Пример 3

Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии в компактном реакторе с неподвижным каталитическим слоем при 850°С и 0,5 МПа. В качестве сырья используется природный газ, водяной пар и кислород воздуха, предварительно подогретые до 350°С, при мольном соотношении компонентов в смеси С:H2O=1:1 и О2:С=0,4:1. Объемная скорость по природному газу составляет 20000 ч-1. Газосырьевую смесь, содержащую 0,4 объемной части необходимого количества воздуха, сначала пропускают через часть катализатора, затем смешивают с оставшейся частью воздуха (0,6), изменяют направление движения газосырьевой смеси на противоположное и пропускают через вторую часть катализатора.

Пример 4

Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии в компактном реакторе с неподвижным каталитическим слоем при 850°С и 0,5 МПа.

В качестве сырья используется природный газ, водяной пар и кислород воздуха, предварительно подогретые до 400°С, при мольном соотношении компонентов в смеси С:Н2О=1:0,6 и О2:С=0,45:1. Объемная скорость по природному газу составляет 20000 ч-1. Газосырьевую смесь, содержащую 0,5 объемной части необходимого количества воздуха, сначала пропускают через часть катализатора, затем смешивают с оставшейся частью воздуха (0,5), изменяют направление движения газосырьевой смеси на противоположное и пропускают через вторую часть катализатора.

Пример 5

Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии в компактном реакторе с неподвижным каталитическим слоем при 850°С и 0,5 МПа. В качестве сырья используется попутный газ, водяной пар и кислород воздуха, предварительно подогретые до 400°С, при мольном соотношении компонентов в смеси С:Н2О=1:0,6 и О2:С=0,45:1. Объемная скорость по попутному газу составляет 20000 ч-1. Газосырьевую смесь, содержащую 0,5 объемной части необходимого количества воздуха, сначала пропускают через часть катализатора, затем смешивают с оставшейся частью воздуха (0,5), изменяют направление движения газосырьевой смеси на противоположное и пропускают через вторую часть катализатора.

Пример 6

Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии в компактном реакторе с неподвижным каталитическим слоем при 900°С и 0,5 МПа. В качестве сырья используется природный газ, водяной пар и кислород воздуха, предварительно подогретые до 450°С, при мольном соотношении компонентов в смеси С:Н2О=1:0,8 и О2:С=0,45:1. Объемная скорость по природному газу составляет 20000 ч-1. Газосырьевую смесь, содержащую 0,5 объемной части необходимого количества воздуха, сначала пропускают через часть катализатора, затем смешивают с оставшейся частью воздуха (0,5), изменяют направление движения газосырьевой смеси на противоположное и пропускают через вторую часть катализатора.

Пример 7

Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии в компактном реакторе с неподвижным каталитическим слоем при 950°С и 0,75 МПа.

В качестве сырья используется природный газ, водяной пар и кислород воздуха, предварительно подогретые до 450°С, при мольном соотношении компонентов в смеси С:Н2О=1:0,6 и О2:С=0,45:1. Объемная скорость по природному газу составляет 25000 ч-1. Газосырьевую смесь, содержащую 0,5 объемной части необходимого количества воздуха, сначала пропускают через часть катализатора, затем смешивают с оставшейся частью воздуха (0,5), изменяют направление движения газосырьевой смеси на противоположное и пропускают через вторую часть катализатора.

Пример 8

Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии в компактном реакторе с неподвижным каталитическим слоем при 1000°С и 1,0 МПа.

В качестве сырья используется природный газ, водяной пар и кислород воздуха, предварительно подогретые до 500°С, при мольном соотношении компонентов в смеси С:Н2О=1:0,6 и О2:С=0,5:1. Объемная скорость по природному газу составляет 30000 ч-1. Газосырьевую смесь, содержащую 0,5 объемной части необходимого количества воздуха, сначала пропускают через часть катализатора, затем смешивают с оставшейся частью воздуха (0,5), изменяют направление движения газосырьевой смеси на противоположное и пропускают через вторую часть катализатора.

Пример 9

Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии в компактном реакторе с неподвижным каталитическим слоем при 850°С и 0,5 МПа. В качестве сырья используется природный газ, водяной пар и кислород воздуха, предварительно подогретые до 400°С, при мольном соотношении компонентов в смеси С:Н2О=1:0,6 и О2:С=0,45:1. Объемная скорость по природному газу составляет 20000 ч-1. Газосырьевую смесь, содержащую 0,5 объемной части необходимого количества воздуха, сначала пропускают через часть катализатора, затем смешивают с оставшейся частью воздуха (0,5), изменяют направление движения газосырьевой смеси на противоположное и пропускают через вторую часть катализатора.

Пример 10

Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии в компактном реакторе с неподвижным каталитическим слоем при 850°С и 0,5 МПа.

В качестве сырья используется природный газ, водяной пар и кислород воздуха, предварительно подогретые до 400°С, при мольном соотношении компонентов в смеси С:Н2О=1:0,6 и О2:С=0,45:1. Объемная скорость по природному газу составляет 20000 ч-1. Газосырьевую смесь, содержащую 0,5 объемной части необходимого количества воздуха, сначала пропускают через часть катализатора, затем смешивают с оставшейся частью воздуха (0,5), изменяют направление движения газосырьевой смеси на противоположное и пропускают через вторую часть катализатора.

В таблице ниже представлены значения конверсии природного/попутного газа, производительности по синтез-газу и состава синтез-газа, получаемого при осуществлении данного изобретения в соответствии с примерами.

Из таблицы видно, что реализация способа осуществления автотермического риформинга природного/попутного газа в компактном реакторе в соответствии с данным изобретением позволяет получить синтез-газ с мольным соотношением Н2/СО в диапазоне от 2 до 3 и производительностью не менее 7000 м3/(м3кат⋅ч) при конверсии сырья не менее 85% и объемной скорости подачи природного/попутного газа от 2000 до 30000 ч-1. При этом суммарное содержание балластных газов (СН4, СО2) в продуцируемом газе составляет не более 5 об.%.

Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом, включающий пропускание предварительно подогретой до 300-500°C газосырьевой смеси, состоящей из природного/попутного газа, пара и воздуха, через катализатор, отличающийся тем, что газосырьевую смесь, содержащую 0,3-0,5 об.ч. необходимого количества воздуха, сначала пропускают через часть катализатора, затем смешивают с оставшейся частью воздуха, изменяют направление движения газосырьевой смеси на противоположное и пропускают через вторую часть катализатора, причем мольное соотношение пара и других составляющих смеси в пересчете на углерод и кислород поддерживают в пределах С:H2O:O2=1:0,6-1:0,4-0,5.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу каталитической газификации углеродсодержащего сырья в циркулирующем кипящем слое. Описан способ каталитической газификации углеродсодержащего сырья в синтез-газ в двух кипящих слоях, включающий следующие этапы: i) газификация первой части указанного углеродсодержащего сырья в зоне газификации (102, 202) в кипящем слое при температуре 600-800°С при помощи пара и в присутствии катализатора, содержащего соединение щелочного металла, добавленное методом пропитки в отдельный твердый носитель, выбранный из γ-оксида алюминия, кремния, цеолита ZSM-5, отработанного катализатора после жидкостного каталитического крекинга (ЖКК) и сочетания указанных веществ, для получения синтез-газа; при этом тепло для реакции эндотермической газификации обеспечивает указанный нагретый катализатор, который содержится в указанной зоне газификации в весовом соотношении катализатора к сырью от 2:1 до 50:1, и где соединение щелочного металла добавляют методом пропитки в отдельный твердый носитель в количестве от 20 до 50 мас.%, и причем конверсия указанного углеродсодержащего сырья в синтез-газ на цикл составляет не менее 90 мас.%; ii) выгрузка извлеченного под воздействием тепла катализатора через верх зоны газификации (102, 202) в кипящем слое в зону сгорания (140, 240) в кипящем слое; и iii) сжигание второй части указанного углеродсодержащего сырья и непрореагировавшего углерода из упомянутой зоны газификации (102, 202) в кипящем слое в зоне сгорания (140, 240) в кипящем слое при температуре 800-840°С с использованием воздуха; при этом тепло, выделяемое во время экзотермической реакции сгорания, передается упомянутому извлеченному под воздействием тепла катализатору для получения указанного нагретого катализатора, который рециркулирует в упомянутую зону газификации (102, 202) в кипящем слое так, что указанный нагретый катализатор остается в двух кипящих слоях, и указанный нагретый катализатор используется в следующем приготовлении синтез-газа; причем зона газификации (102, 202) в кипящем слое и зона сгорания (140, 240) в кипящем слое выполнены в двух отдельных кипящих слоях, причем синтез-газ содержит водород в диапазоне от 55 до 60 мол.%, моноокись углерода в диапазоне от 23 до 35 мол.%, диоксид углерода в диапазоне от 9 до 16 мол.% и метан в диапазоне от 0,3 до 0,6 мол.%.

Изобретение относится к области переработки конденсированных топлив, в частности к способу получения из твердого топлива горючего газа и реактору для осуществления такого способа, и может быть использовано для переработки различных твердых топлив.

Изобретение относится к газификации углеродсодержащего сырьевого материала и, в частности, к газификации углеродсодержащего сырьевого материала, включая сверхкритическую пиролитическую обработку.

Изобретение относится к технологии газификации угля и может быть использовано для получения синтез-газа. Способ получения синтез-газа заключается в следующем.

Изобретение относится к высокотемпературным печам, которые нагреваются посредством нагревательного устройства, и к способу эксплуатации таких печей, чтобы органические материалы преобразовывать в синтез-газ.

Изобретение относится к способу обработки тяжелого нефтяного сырья для производства жидкого топлива и базисов жидкого топлива с низким содержанием серы, предпочтительно бункерного топлива и базисов бункерного топлива.

Изобретение относится к области пиролиза и газификации твердых топлив с получением горючего газа и может быть использовано для переработки различных твердых топлив для выработки энергии и получения попутных целевых продуктов, например ококсованного твердого материала.

Настоящее изобретение относится к энергетике, к задаче прямого преобразования тепловой энергии в электрическую посредством термоэлектрической и термоэлектронной эмиссии, в частности к получению электрической энергии за счет тепла газов, образующихся при термохимическом преобразовании топлива, и может быть использовано для снабжения электроэнергией и теплом отдельных зданий промышленной и индивидуальной застройки, в металлургии, транспорте и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к энергетике, электрохимии и может быть использовано для получения тепловой и электрической энергий. Газификатор твердого топлива на обратном дутье с когенерацией тепловой и электрической энергий представляет собой аппарат с узлом загрузки топлива, узлом удаления продуктов газификации, котлом-утилизатором, узлом вытяжки отработанных газов.

Изобретение относится к области переработки твердых бытовых и промышленных отходов ТБПО. Техническим результатом является повышение производительности процесса переработки, коэффициента полезного действия при одновременной экологической безопасности за счет исключения образования диоксинов.

Изобретение относится к области водоочистки и водоподготовки и может быть использовано для очистки питьевых, технических и сточных вод для хозяйственно-питьевого, промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения на фильтрующих установках, использующих совместно процессы озонирования и сорбции.

Изобретение относится к генератору озона и может быть использовано для дезинфекции воды или для отбеливания древесины, целлюлозы или пульпы для производства бумаги.

Изобретение относится к способу управления процессом получения синтез-газа для малотоннажного производства метанола. Способ осуществляют путем парциального окисления углеводородных газов при давлении 6,0-7,5 МПа в газогенераторе, оборудованном узлами ввода углеводородных газов и окислителя, в состав которых входят расходомеры-регуляторы массовых расходов углеводородного газа и окислителя.
Изобретение может быть использовано при изготовлении наноструктурированных композиционных материалов. Одностенные, двустенные или многостенные углеродные нанотрубки смешивают с органическим растворителем в высокооборотной мешалке при скорости 1000-4000 об/мин и постоянном охлаждении.

Изобретение относится к области химической промышленности, а именно к совместному производству аммиака и метанола из углеводородного сырья. Способ включает риформинг природного газа, утилизацию тепла риформинга, конверсию оксида углерода, очистку конвертированного газа от диоксида углерода, синтез метанола, метанирование и синтез аммиака.
Изобретение может быть использовано при изготовлении суперконденсаторов, сенсорных материалов, адсорбентов, носителей для катализаторов. Готовят смесь, содержащую 50-100 масс.

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении углепластиков для космического и авиационного аппаратостроения, а также для строительных конструкций.
Изобретение относится к способу получению водорода, который может быть использован в различных целях, в том числе для питания топливных элементов на летательных аппаратах.

Изобретение относится к области нанокомпозитных материалов на основе электроактивных полимеров с системой сопряжения и магнитных наночастиц Fe3O4, закрепленных на углеродных нанотрубках.

Изобретение относится к способу извлечения водорода в ходе гидрогенизационного превращения, который включает в себя: обеспечение установки гидрогенизационного превращения устройством повышения давления, где в устройстве повышения давления используется поток высокого давления, поступающий из сепаратора, для повышения давления; введение водородсодержащего потока в устройство повышения давления и увеличение вследствие этого давления водородсодержащего потока; маршрутизацию водородсодержащего потока из устройства повышения давления в парожидкостный сепаратор; и выделение водорода из водородсодержащего потока в установке очистки водорода с получением потока извлеченного водорода.

Изобретение предназначено для медицины и может быть использовано в ЯМР-томографии, лекарственных средствах для лечения нейродегенеративных заболеваний, а также для магнитоуправляемой доставки лекарственных препаратов к больному органу. Проводят электродуговое испарение в среде гелия графитовых электродов, содержащих добавку пиролизата фталоцианина 3d-металла, в результате чего образуется фуллереносодержащая сажа, содержащая пустые фуллерены и эндофуллерены 3d-металлов. Затем из сажи в две стадии выделяют пустые фуллерены и эндофуллерены 3d-металлов. Сначала отделяют пустые фуллерены экстракцией о-ксилолом. Затем экстракцией выделяют эндофуллерены 3d-металлов в виде комплекса с растворителем, в качестве которого используют N,N-диметилформамид с добавкой гидразин-гидрата. Повышается выход эндофуллеренов 3-d металлов. 5 ил., 5 пр.

Изобретение относится к газохимии и касается получения синтез-газа посредством переработки природногопопутного газа в процессе автотермического риформинга. Способ включает пропускание предварительно подогретой до 300-500°C газосырьевой смеси, состоящей из природногопопутного газа, пара и воздуха, через катализатор. Далее газосырьевую смесь, содержащую 0,3-0,5 об.ч. необходимого количества воздуха, сначала пропускают через часть катализатора, а затем смешивают с оставшейся частью воздуха, после чего изменяют направление движения газосырьевой смеси на противоположное и пропускают через вторую часть катализатора, причем мольное соотношение пара и других составляющих смеси в пересчете на углерод и кислород поддерживают в пределах С:H2O:O21:0,6-1:0,4-0,5. Технический результат заключается в повышении конверсии природногопопутного газа до величины не менее 85 при производительности по синтез-газу не ниже 7000 м3 и суммарном остаточном содержании СН4 и СО2 не более 5 об.. 1 табл., 10 пр.

Наверх