Установка для получения синтез-газа с каталитическим нагревателем

Изобретение относится к установкам получения синтез-газа паровым риформингом и может найти применение в нефтегазовой промышленности. Предложена установка, включающая риформер 1 с реакционной зоной 2, заполненной катализатором парового риформинга 4, в котором размещен каталитический нагреватель 3 с водородселективной теплопроводящей перегородкой и катализатором окисления 4, рекуперационный теплообменник 5, а также систему подачи кислородсодержащего газа с газодувкой 6, холодильником 7 и теплообменником 8. При работе установки водно-углеводородную сырьевую смесь 9 нагревают в холодильнике 7, рекуперационном теплообменнике 5 и направляют в риформер 1, где при контакте с катализатором 4 в реакционной зоне 2 образуется синтез-газ, выводимый через рекуперационный теплообменник 5. Водород из синтез-газа диффундирует через перегородку и в присутствии катализатора окисления 4 контактирует с кислородсодержащим газом, подаваемым с помощью газодувки 6 после нагрева в теплообменнике 8. Тепло, выделяющееся при окислении водорода, нагревает катализатор риформинга 4 в реакционной зоне 2, а полученный отходящий газ 12 охлаждают в теплообменнике 8 и холодильнике 7 и смешивают с воздухом 13 для восполнения кислорода, израсходованного на окисление водорода. После газодувки 6 выводят балансовый газ 14. Технический результат - повышение температуры нагрева, снижение расхода энергии и обеспечение взрывобезопасности, а также увеличение выхода и оптимизация состава синтез-газа. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к установкам получения синтез-газа паровым риформингом и может найти применение в нефтегазовой промышленности.

Известен способ получения водорода из углеводородного сырья [RU 2394754, опубл. 20.07.2010 г., МПК С01В 3/34, С01В 3/12], осуществляемый на установке, которая включает устройство для получения синтез-газа, состоящее из реактора паровой каталитической конверсии конвекционного типа с горелкой и парового котла-утилизатора, а также устройство для сероочистки сырья, конвертор оксида углерода, охладители-осушители дымового и водородсодержащего газа и узел выделения водорода.

Недостатком данной установки является большая металлоемкость из-за большой площади теплообменных поверхностей реактора и оборудования для рекуперации тепла.

Известен способ комбинированного производства электроэнергии и получения обогащенного водородом газа паровым риформингом углеводородной фракции с подводом тепла посредством сжигания водорода по месту осуществления способа [RU 2425995, МПК F02C 6/04, опубл. 10.08.2011 г.], осуществляемый на установке, включающей реактор получения синтез-газа паровым риформингом (риформер), установленный на линии подачи водорода в качестве топлива в камеру сгорания газотурбинной установки, оснащенный устройством нагрева реакционной зоны, состоящим из внешней установки (устройства) для выделения водорода из синтез-газа, внутреннего устройства для сжигания водорода и системы подачи кислородсодержащего газа с линией ввода воздуха, включающей воздушный компрессор и устройство для циркуляции азота с рекуперационным теплообменником, холодильником, аппаратом воздушного охлаждения, сепаратором и газодувкой.

Недостатками известной установки является сложность устройства нагрева из-за большого количества оборудования, а также из-за необходимости использования высоких температур (1000-1200°С) в реакторе вследствие уменьшения глубины конверсии при снижении температуры. При этом получаемый синтез-газ обогащен водородом сверх соотношения Н2:СО, оптимального при последующем использовании синтез-газа для синтеза химических соединений (метанола, углеводородов и пр.).

Наиболее близким по технической сущности является система (устройство) нагрева материала для хранения водорода [US 2010/0061926 А1, МПК С01В 3/02, B01J 19/00 опубл. 11.03.2010 г.], которая включает устройство нагрева циркулирующего жидкого флюида-теплоносителя (каталитический нагреватель) за счет каталитического сжигания (окисления) кислородом воздуха части водорода, выделяемого из обратимо гидрируемого (насыщаемого водородом) материала (например, гидрида металла или адсорбента), расположенного внутри резервуара, при нагревании гидрируемого материала нагретым теплоносителем, который пропускают через каналы, расположенные в слое гидрируемого материала, отделенные от последнего теплопроводящей стенкой (перегородкой). Каталитический нагреватель заполнен катализатором окисления, соединен с резервуаром линией подачи части водорода, к которой примыкает линия подачи воздуха с газодувкой, линией подачи нагретого теплоносителя, на которой расположен циркуляционный насос, и линией подачи охлажденного теплоносителя, а также оснащен линией вывода влажного воздуха (отходящего газа), содержащего пары воды, образовавшиеся при окислении водорода.

Недостатками данного устройства при использовании в установке для получения синтез-газа являются: низкая температура нагрева, ограниченная термостабильностью теплоносителя, расход энергии на циркуляцию теплоносителя, взрывоопасность из-за соединения линии подачи воздуха с линией подачи водорода в каталитический нагреватель, что приводит к образованию взрывоопасной смеси водорода с воздухом. Данное устройство не применимо для нагрева реакционной зоны риформера в области температур 700°С и выше.

Задачами изобретения являются: повышение температуры нагрева, снижение расхода энергии и обеспечение взрывобезопасности, а также увеличение выхода и оптимизация состава синтез-газа.

Техническим результатом является повышение температуры нагрева и снижение расхода энергии за счет исключения использования жидкого теплоносителя путем размещения в риформере каталитического нагревателя, отделенного от реакционной зоны водородселективной теплопроводящей перегородкой, а также обеспечение взрывобезопасности устройства за счет подачи кислородсодержащего газа непосредственно в слой катализатора окисления водорода. Дополнительных эффектом является повышение выхода и оптимизация состава синтез-газа за счет удаления из зоны реакции избыточного количества водорода и смещения равновесия химической реакции в сторону образования целевого продукта - синтез-газа.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой установке, включающей резервуар с нагреваемым материалом и устройство нагрева с каталитическим нагревателем, заполненным катализатором окисления, газодувкой и линиями подачи воздуха и вывода отходящего газа, особенностью является то, что в качестве резервуара с нагреваемым материалом установлен риформер с реакционной зоной, заполненной катализатором, каталитический нагреватель размещен в риформере, отделен от его реакционной зоны водородселективой и теплопроводящей перегородкой, оснащен линией ввода кислородсодержащего газа, на которой расположен теплообменник, а на линии вывода отходящего газа размещены теплообменник, холодильник и газодувка, на входе в которую к линии вывода отходящего газа примыкает линия подачи воздуха, а на выходе - линия вывода балансового газа, образуя линию подачи кислородсодержащего газа, при этом риформер оснащен линиями ввода сырьевой смеси и вывода синтез-газа из реакционной зоны, соединенными с рекуперационным теплообменником, перед которым на линии ввода сырьевой смеси установлен холодильник.

Холодильник может быть оснащен системой сепарации и вывода воды. Для подогрева сырья перед входом в реактор на линии вывода отходящего газа может быть установлен дополнительный теплообменник. При недостатке тепла, выделяющегося при окисления водорода для поддержания температуры риформинга, каталитический нагреватель может быть оснащен линией подачи топлива.

Каталитический нагреватель может быть выполнен, например, в виде трубчатых элементов с газопроницаемой стенкой, на которую нанесена водородселективная (например, палладийсодержащая) мембрана, внутри которых размещен катализатор окисления. При этом риформер, теплообменники и газодувка могут быть изготовлены в любом исполнении, известном из уровня техники, работоспособном при термобарических условиях протекающих каталитических процессов.

Размещение в риформере каталитического нагревателя, отделенного от реакционной зоны водородселективой и теплопроводящей перегородкой, позволяет, во-первых, передавать тепло в реакционную зону непосредственно через теплопроводящую перегородку, исключив использование жидкого теплоносителя и насоса для его циркуляции, за счет чего исключить расходование энергии на циркуляцию теплоносителя и повысить температуру нагрева реакционной зоны вследствие отсутствия ограничений по термостабильности теплоносителя, а, во-вторых, позволяет вывести из реакционной зоны через водородселективную перегородку часть водорода, окислить его кислородсодержащим газом, а затем нагреть реакционную зону за счет тепла, выделяющегося при этом. Контакт водорода и кислорода в этом случае происходит в слое катализатора окисления, что исключает опасность взрыва и обеспечивает взрывобезопасность установки.

Кроме того, из-за удаления водорода из зоны реакции, равновесие риформинга смешается в сторону образования целевых продуктов, позволяя повысить глубину протекания риформинга и выход синтез-газа, а также оптимизировать его состав за счет приближения объемного соотношения водород: оксид углерода в синтез-газе к оптимальному соотношению, равному 2:1.

Предлагаемая установка включает риформер 1 с реакционной зоной 2, заполненной катализатором парового риформинга, в котором размещен каталитический нагреватель с водородселективной теплопроводящей перегородкой 3 и катализатором окисления 4, рекуперационный теплообменник 5, а также систему подачи кислородсодержащего газа с газодувкой 6, холодильником 7 и теплообменником 8.

При работе установки водно-углеводородную сырьевую смесь, подаваемую по линии 9, нагревают в холодильнике 7, теплообменнике 5 и направляют в риформер 1, где при контакте с катализатором в реакционной зоне 2 образуется синтез-газ, выводимый через теплообменник 5 по линии 10. Водород из синтез-газа диффундирует через перегородку 3 и в присутствии катализатора окисления 4 контактирует с кислородсодержащим газом, подаваемым по линии 11 с помощью газодувки 6 после нагрева в теплообменнике 8. Тепло, выделяющееся при окислении водорода, нагревает катализатор риформинга в реакционной зоне 2, а полученный отходящий газ выводят по линии 12, охлаждают в аппаратах 8, 7 и смешивают с воздухом, подаваемым по линии 13, для восполнения кислорода, израсходованного на окисление водорода. Балансовый газ выводят по линии 14 после газодувки 6. При необходимости на линии 12 после риформера 1 установлен дополнительный теплообменник 15, а каталитический нагреватель оснащен линией подачи топлива 16 (показано пунктиром).

Таким образом, предлагаемая установка позволяет повысить температуру нагрева, снизить расход энергии и обеспечить взрывобезопасность, а также увеличить выход и оптимизировать состав синтез-газа и может быть использована в промышленности.

1. Установка для получения синтез-газа, включающая резервуар с нагреваемым материалом и устройство нагрева с каталитическим нагревателем, заполненным катализатором окисления, газодувкой и линиями подачи воздуха и вывода отходящего газа, отличающаяся тем, что в качестве резервуара с нагреваемым материалом установлен риформер с реакционной зоной, заполненной катализатором, каталитический нагреватель размещен в риформере, отделен от его реакционной зоны водородселективой и теплопроводящей перегородкой, оснащен линией ввода кислородсодержащего газа, на которой расположен теплообменник, а на линии вывода отходящего газа размещены теплообменник, холодильник и газодувка, на входе в которую к линии вывода отходящего газа примыкает линия подачи воздуха, а на выходе - линия вывода балансового газа, образуя линию подачи кислородсодержащего газа, при этом риформер оснащен линиями ввода сырьевой смеси и вывода синтез-газа из реакционной зоны, соединенными с рекуперационным теплообменником, перед которым на линии ввода сырьевой смеси установлен холодильник.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что на линии вывода отходящего газа из реактора установлен дополнительный теплообменник нагрева сырьевой смеси перед подачей в риформер.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для осуществления эндотермических каталитических процессов, протекающих с получением водородсодержащего катализата: риформинга, ароматизации легкого углеводородного сырья, паровой конверсии углеводородов, и может найти применение в нефтегазовой промышленности.

Изобретение относится к области материаловедения и может быть использовано при изготовлении наноматериалов. Однородную смесь порошков наноалмазов в количестве 20-35 вес.

Изобретение относится к нанотехнологии. В герметичную взрывную камеру помещают заряд взрывчатого вещества, содержащего исходный материал синтеза, например смесь тротила и гексогена, в форме диска с толщиной, близкой к критическому диаметру заряда, в ледяной оболочке.

Изобретение относится к устройству и трубе риформера для получения синтез-газа, в частности для получения водорода. Устройство имеет трубу (10) риформера для направления течения эдуктов и по меньшей мере одного продукта реакции в объемных потоках с целью получения синтез-газа.

Изобретение может быть использовано при изготовлении углеродсодержащих композиционных и конструкционных материалов. Поверхность углеродного материала галогенируют путём его обработки галогенсодержащим газом от 1 с до 24 ч при температуре 0–600 °C.

Изобретение относится к способам производства синтез-газа в системе риформинга на основе мембраны транспорта кислорода и жидкого углеводородного продукта с помощью процесса Фишера-Тропша.

Предложен способ модифицирования активного угля. Промышленный активный уголь промывают дистиллированной водой.

Изобретение относится к способу получения и очистки синтез-газа, содержащего CO, H2, CO2, CH4, H2O и N2. Способ включает стадии получения CO- и H2-содержащего потока синтез-газа из углеводородсодержащего сырья, отделения по меньшей мере CO2 от потока синтез-газа и криогенного выделения CO из потока синтез-газа.
Изобретение относится к водородным технологиям и водородной энергетике. Водород-аккумулирующие материалы содержат следующие компоненты, мас.%: 97-75 MgH2 и 3-25 никель-графенового катализатора гидрирования, представляющего собой 10 или 25 мас.% наночастиц Ni размером 1-10 нм, равномерно закрепленных на графеновой поверхности.

Изобретение относится к нанотехнологии. Углеродосодержащий материал обрабатывают в электрическом поле между электродом в виде иглы 1, подключенным к источнику высокого напряжения 2, и жидкостным проточным осадительным электродом 3.

Изобретение относится к устройствам для осуществления эндотермических каталитических процессов, протекающих с получением водородсодержащего катализата: риформинга, ароматизации легкого углеводородного сырья, паровой конверсии углеводородов, и может найти применение в нефтегазовой промышленности.

Изобретение относится к технике пожаротушения, а именно к установкам, применяемым при тушении загораний на промышленных и других предприятиях, а также в общественных и иных зданиях, на транспорте и других объектах.

Изобретение относится к устройству для получения ацетилена и синтез-газа путем частичного окисления углеводородов кислородом. Устройство включает: реактор, снабженный блоком горелки с топочной камерой, для получения состава Z1, содержащего по меньшей мере ацетилен и замещенный ацетилен, первый скруббер, выполненный для смешивания состава Z1 с растворителем с получением состава Z2, второй скруббер, выполненный для смешивания состава Z2 с растворителем с получением состава Z3, первый отпарной аппарат, выполненный для отпаривания состава Z3 с получением состава Z4, содержащего замещенный ацетилен, ацетилен и растворитель, а также для выделения ацетилена, первую колонну, выполненную для частичной дегазации состава Z4 под давлением от 1,0 до 1,5 бар с получением состава Z5, состава Z10 и первой части А1 растворителя, второй отпарной аппарат, в который можно подавать состав Z5 для отпаривания состава Z9 с получением второй части А2 растворителя и состава Z6, третий отпарной аппарат, выполненный для отпаривания растворителя из первого скруббера с получением состава Z9, причем для подачи состава Z9 во второй отпарной аппарат третий отпарной аппарат соединен со вторым отпарным аппаратом.

Изобретение относится к способу окислительной конденсации метана для получения углеводородных соединений, содержащих по меньшей мере два атома углерода (соединения C2+).

Изобретение относится к газогенератору непрерывного действия. При этом газогенератор характеризуется тем, что в цилиндрической части корпуса установлен поршень со штоком, на верхнем торце которого установлен магнит и закреплен гибкий трос, соединенный с электроприводом подъемного механизма; на крышке корпуса газогенератора установлена штанга с закрепленными на ней датчиками нижнего и верхнего положения уровня топлива, а на верхнем торце штанги установлен стопорный механизм; сбоку от корпуса газогенератора установлен механизм загрузки топлива, включающий в себя бункер, соединенный с корпусом газогенератора шнековым каналом, причем конец канала, присоединенный к бункеру, содержит приводной шнек, шток которого соединен с валом электродвигателя, а конец канала, присоединенный к корпусу газогенератора, - электромеханическую заслонку, снабженную электроприводом; выходы датчиков нижнего и верхнего положения уровня топлива подключены к измерительным входам блока управления, а силовые выходы последнего подключены соответственно к электроприводу подъемного механизма, стопорному механизму, электродвигателю приводного шнека и электроприводу электромеханической заслонки.

Изобретение относится к химическому машиностроению в области переработки углеводородного сырья и может быть использовано в производстве для получения синтез-газа, синтетической нефти, топлива для двигателей внутреннего сгорания.

Группа изобретений относится к способу получения водородсодержащего газа для производства метанола из углеводородных газов (метана, природного газа, попутных нефтяных газов, сланцевых газов) и устройству для осуществления способа, и могут быть использованы в химической, нефте- и газохимической отраслях промышленности, в том числе при создании малотоннажных газохимических производств.

Группа изобретений относится к неорганической химии и может быть использована для получения сероводорода с содержанием сульфанов, не превышающим 600 млн-1. Для получения сероводорода путем проведения экзотермической реакции серы с водородом при повышенных температуре и давлении обеспечивают наличие расплава (3) серы в нижней части (2) реактора (1).

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для генерирования газов, и может быть использовано для наддува подушек безопасности, авиажелобов для эвакуации пассажиров, спасательных плотов и т.п.

Группа изобретений относится к неорганической химии и может быть использована для получения сероводорода с содержанием сульфанов, не превышающим 600 млн-1. Для получения сероводорода путем проведения экзотермической реакции серы с водородом при повышенных температуре и давлении обеспечивают наличие расплава (3) серы в нижней части (2) реактора (1).
Изобретение относится к способам получения катализаторов на основе активированных углей и каталитических добавок в виде водных растворов переходных металлов и может быть использовано в индивидуальных и коллективных устройствах защиты органов дыхания для удаления из отходящих газов токсичных химических веществ, преимущественно фосфина (РН3). Осуществляют пропитку активированного угля моносолевыми водными растворами ацетата цинка, оксалатохромата аммония (III) и оксалатокупрата аммония (II), которые берут с концентрацией соответственно 0,7-0,9 г/л Zn, 0,5-0,7 г/л Cr, 1,0-1,2 г/л Cu. Пропитку моносолевыми растворами ведут многократно до обеспечения массового соотношения оксидов в получаемом катализаторе ZnO:Cr2O3:CuO=1:1,5-2,8:13,8-24,5. После каждой пропитки моносолевым раствором проводят сушку угля при температуре 120-140°С в течение 20-30 минут. После последней сушки угля осуществляют его прокаливание при температуре 260-295°С. Технический результат заключается в получении катализатора, который содержит пониженное число металлсодержащих добавок и не содержит токсичных компонентов, при этом время защитного действия по фосфину в течение двух циклов очистки составляет в среднем 160 минут. 2 з.п. ф-лы, 3 пр.

Изобретение относится к установкам получения синтез-газа паровым риформингом и может найти применение в нефтегазовой промышленности. Предложена установка, включающая риформер 1 с реакционной зоной 2, заполненной катализатором парового риформинга 4, в котором размещен каталитический нагреватель 3 с водородселективной теплопроводящей перегородкой и катализатором окисления 4, рекуперационный теплообменник 5, а также систему подачи кислородсодержащего газа с газодувкой 6, холодильником 7 и теплообменником 8. При работе установки водно-углеводородную сырьевую смесь 9 нагревают в холодильнике 7, рекуперационном теплообменнике 5 и направляют в риформер 1, где при контакте с катализатором 4 в реакционной зоне 2 образуется синтез-газ, выводимый через рекуперационный теплообменник 5. Водород из синтез-газа диффундирует через перегородку и в присутствии катализатора окисления 4 контактирует с кислородсодержащим газом, подаваемым с помощью газодувки 6 после нагрева в теплообменнике 8. Тепло, выделяющееся при окислении водорода, нагревает катализатор риформинга 4 в реакционной зоне 2, а полученный отходящий газ 12 охлаждают в теплообменнике 8 и холодильнике 7 и смешивают с воздухом 13 для восполнения кислорода, израсходованного на окисление водорода. После газодувки 6 выводят балансовый газ 14. Технический результат - повышение температуры нагрева, снижение расхода энергии и обеспечение взрывобезопасности, а также увеличение выхода и оптимизация состава синтез-газа. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх