RU2571147C1 - Способ конверсии метана - Google Patents
Способ конверсии метана Download PDFInfo
- Publication number
- RU2571147C1 RU2571147C1 RU2014123392/05A RU2014123392A RU2571147C1 RU 2571147 C1 RU2571147 C1 RU 2571147C1 RU 2014123392/05 A RU2014123392/05 A RU 2014123392/05A RU 2014123392 A RU2014123392 A RU 2014123392A RU 2571147 C1 RU2571147 C1 RU 2571147C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- methane
- containing gas
- gas
- hydrogen
- oxygen
- Prior art date
Links
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 110
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 96
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 30
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 29
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical class O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 27
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 26
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 238000013021 overheating Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 21
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 19
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 6
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 5
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 claims description 3
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 16
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N Dimethyl ether Chemical compound COC LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 abstract description 6
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 abstract description 6
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 abstract description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 abstract description 4
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 4
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 11
- 239000000047 product Substances 0.000 description 10
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 5
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 description 4
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 3
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 3
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- 229910000505 Al2TiO5 Inorganic materials 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910052878 cordierite Inorganic materials 0.000 description 2
- JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N dimagnesium dioxido-bis[(1-oxido-3-oxo-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3-disila-5,7-dialuminabicyclo[3.3.1]nonan-7-yl)oxy]silane Chemical compound [Mg++].[Mg++].[O-][Si]([O-])(O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2)O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2 JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- -1 methane Chemical class 0.000 description 2
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AABBHSMFGKYLKE-SNAWJCMRSA-N propan-2-yl (e)-but-2-enoate Chemical compound C\C=C\C(=O)OC(C)C AABBHSMFGKYLKE-SNAWJCMRSA-N 0.000 description 2
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004939 coking Methods 0.000 description 1
- 239000013065 commercial product Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 1
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 1
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 1
- 229910052566 spinel group Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Catalysts (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу получения водорода, водород-метановой смеси, синтез-газа, содержащего в основном H2 и CO, для производства водорода, спиртов, аммиака, диметилового эфира, этилена, для процессов Фишера-Тропша и может быть использовано в химической промышленности для переработки углеводородных газов, а также в технологиях применения водород-метановой смеси. Способ конверсии метана с получением водородсодержащего газа, в котором в качестве источника сырья используют метансодержащий газ, проводят его адиабатическое окисление в каталитической реакции парциального окисления водяным паром и кислородсодержащим газом, перед смешением с метансодержащим газом и кислородсодержащим газом проводят электрический перегрев водяного пара до температуры 750-950°С. Получение водяного пара производят в нагревающем теплообменнике за счет отвода тепла от продуктов парциального окисления метансодержащего газа к конденсату, образующемуся при охлаждении продуктов парциального окисления метансодержащего газа. Изобретение позволяет повысить эффективность конверсии метана и других низжих алканов и термодинамическую эффективность способа, снизить металлоемкость, а также уменьшить содержание балластных газов (азот, аргон) в продуцируемом газе. 8 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к способу получения водородсодержащего газа, водорода, водород-метановой смеси, синтез-газа, содержащего в основном H2 и CO, для производства водорода, спиртов, аммиака, диметилового эфира, этилена, для процессов Фишера-Тропша и может быть использовано в химической промышленности для переработки углеводородных газов, а также в технологиях применения водород-метановой смеси.
Известен способ получения синтез-газа, содержащего в основном H2 и CO, для производства спиртов, аммиака, диметилового эфира, этилена, для процессов Фишера-Тропша, описанный в патенте RU №2228901, дата публ. 2004.05.20, МПК C01B 3/38. Известный способ получения синтез-газа с заданным соотношением H2/CO в диапазоне от 1,0 до 2,0 включает две стадии: стадию А) парциального окисления и стадию Б) конверсии остаточного метана с продуктами стадии А) на катализаторе. Стадию А) парциального окисления проводят в две ступени: а) некаталитического парциального окисления природного газа кислородом с получением в продуктах реакции неравновесного содержания H2O и CH4 при мольном соотношении кислорода и метана, примерно равном 0,76-0,84, б) конверсии продуктов реакции ступени а) с корректирующими добавками CO2 и H2O или H2O и CH4 с получением газовой смеси, которая проходит конверсию остаточного метана водяным паром на катализаторе. Способ позволяет производить синтез-газ с составом, который отвечает заданному соотношению CO/H2. Способ можно использовать для получения водорода, а также исходного сырья для дальнейших процессов синтеза спиртов, диметилового эфира, аммиака или других крупнотоннажных химических продуктов.
Однако описанный способ обладает рядом недостатков, к которым можно отнести функциональные и экономические ограничения применения способа, связанные с необходимостью подачи больших расходов кислорода (превышающих по массе расход конвертируемого природного газа), производство которого требует больших энергетических (до 1000 кВт·ч/т) и капитальных затрат (до 1500 дол. США/кг·ч-1). Серьезной проблемой также является сажеобразование, резко снижающее активность катализаторов.
Известен способ получения водородсодержащего газа из углеводородного сырья, водяных паров, воздуха, который включает компримирование и очистку сырья от соединений серы, паровую и паровоздушную каталитическую конверсию метана, конверсию оксида углерода, очистку полученной азотоводородной смеси от кислородсодержащих соединений, компримирование, использование неочищенного от соединений серы сырья в качестве топлива, утилизацию тепла дымовых газов и выделение их в окружающую среду и отличается тем, что часть сырья, равную 0,001-0,048 от количества углеводородного сырья, прошедшего очистку от соединений серы, сжигают в смеси с компримированным воздухом, а полученные дымовые газы в количестве 0,0146-1,685 от количества воздуха, направляемого на паровоздушную каталитическую конверсию метана, подают на паровоздушную каталитическую конверсию метана (патент RU 2196733, дата публ. 20.01.2003 - прототип).
К недостаткам способа следует отнести высокие капитальные затраты и металлоемкость процесса, сниженная эффективность использования сырья, низкая термодинамическая эффективность способа, связанная с затратами на компримирование воздуха, низкая степень конверсии метана и высокое содержание балластных газов (азот, аргон) в продуцируемом газе.
Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать новый способ, позволяющий повысить эффективность конверсии метана и других низших алканов и термодинамическую эффективность способа, снизить капитальные затраты и металлоемкость, уменьшить содержание балластных газов (азот, аргон) в продуцируемом газе.
Поставленная задача решается тем, что
в способе конверсии метана с получением водородсодержащего газа, в котором в качестве источника сырья используют метансодержащий газ, проводят его адиабатическое окисление в каталитической реакции парциального окисления водяным паром и кислородсодержащим газом, перед смешением с метансодержащим газом и кислородсодержащим газом проводят электрический перегрев водяного пара до температуры 750-950°С.
Кроме того,
- получение водяного пара производят в нагревающем теплообменнике за счет отвода тепла от продуктов парциального окисления метансодержащего газа к конденсату, образующемуся при охлаждении продуктов парциального окисления метансодержащего газа,
- в качестве кислородсодержащего газа используют кислород, который получают путем электролиза конденсата, образующегося при охлаждении продуктов парциального окисления метансодержащего газа,
- при перегреве водяного пара в качестве нагревающего элемента используют дуговой или высокочастотный плазматрон или элементы, нагреваемые за счет электрического сопротивления,
- проводят получение водяного пара за счет охлаждения водородсодержащего газа,
- в реакторе адиабатического окисления метансодержащего газа водяным паром и кислородсодержащим газом поддерживают температуру в диапазоне от 500°С до 800°С,
- метансодержащий газ содержит низшие алканы, включая метан,
- давление метансодержащего газа выбирают в диапазоне от 0.1 до 9.0 МПа,
- температуру перегрева водяного пара увеличивают при уменьшении нагрузки в электрической сети,
- парциальное окисление кислородсодержащим газом ведут в реакторе парциального окисления в присутствии катализатора окисления, выбранного из ряда никель, рутений, родий, палладий, иридий, нанесенных на огнеупорные оксиды, такие как кордиерит, муллит, оксид хрома, титанат алюминия, шпинели, диоксид циркония и оксид алюминия,
- объемное содержание водяного пара перед адиабатической реакцией поддерживают в диапазоне, от 4 до 12 раз большем, чем объемное содержание метана в метансодержащем газе,
- после отделения конденсата от продуктов парциального окисления метансодержащего газа получают синтез-газ, который направляют на синтез метанола или моторного топлива.
На чертеже дана схема реализации способа, где 1 - метансодержащий газ, 2 - смеситель, 3 - кислород, 4 - перегретый водяной пар, 5 - пароперегреватель, 6 - поток реакционного газа, 7 - реактор, 8 - катализаторная насадка, 9 - нагретый синтез-газ, 10 - теплообменник, 11 - влажный синтез-газ, 12 - питательная вода, 13 - водяной пар, 14 - сепаратор, 15 - конденсат, 16 - синтез-газ, 17 - нагревающий элемент, 18 - подвод электроэнергии, 19 - подвод электроэнергии к электролизеру, 20 - электролизер, 21 - кислород, 22 - емкость кислорода, 23 - водород, 24 - емкость водорода, 25 - товарный водород, 26 - кислородсодержащий газ.
Примером реализации изобретения служит способ конверсии метансодержащего газа, описанный ниже. В излагаемом примере осуществления изобретения в качестве метансодержащего газа 1 применяется природный газ - метан, что позволяет охарактеризовать особенности реализации изобретения применительно к процессам переработки природного и попутного газов.
Общий поток метансодержащего газа 1 с давлением 3.0 МПа подвергают очистке от соединений серы (если они содержатся в виде примесей в природном газе) в пересчете на серу до массовой концентрации серы менее 0.5 мг/нм3, смешивают в смесителе 2 с перегретым потоком водяного пара высокого давления 4, а также с кислородсодержащим газом 3, в качестве которого может применяться воздух или кислород, и полученную реакционную парогазовую смесь 6 подают в адиабатический реактор конверсии 7, в котором на катализаторной насадке 8 проводят конверсию парогазовой смеси с образованием нагретого синтез-газа 9, который потом могут направить на каталитическую конверсию монооксида углерода с последующим выводом из синтез-газа 9 диоксида углерода, используемого как товарный продукт или для захоронения в соответствии с Киотскими соглашениями. В последнем случае технология не имеет выброса парниковых газов.
После отделения конденсата 15 от продуктов парциального окисления метансодержащего газа 11 получают синтез-газ 16, который направляют на синтез метанола или моторного топлива в установке синтеза.
Перед смешением с метансодержащим газом 1 и кислородсодержащим газом 3 проводят электрический перегрев водяного пара до температуры 750-950°С, в качестве нагревающего элемента 17 используют дуговой или высокочастотный плазматрон или элементы, нагреваемые за счет электрического сопротивления, при подводе электроэнергии 18.
В реакторе парциального окисления 7 реакцию ведут в зернистом слое в присутствии катализатора окисления, выбранного из ряда никель, рутений, родий, палладий, иридий, нанесенных на огнеупорные оксиды, такие как кордиерит, муллит, оксид хрома, титанат алюминия, шпинели, диоксид циркония и оксид алюминия.
В качестве кислородсодержащего газа 26 используют сжатый воздух или выхлопные газы газовой турбины высокого давления, а также кислород 3, который подают из емкости кислорода 22.
Объемное содержание водяного пара 4 перед адиабатической реакцией поддерживают в диапазоне, от 4 до 12 раз большем, чем объемное содержание метана в метансодержащем газе 1. При снижении отношения пар/газ ниже 2 снижается эффективность процесса и растут капитальные затраты, что связано либо с необходимостью увеличить поток рециркуляции газов в связи с низкой степенью конверсии при указанной ниже температуре нагрева потока, либо с необходимостью увеличить температуру нагрева потока свыше 1000-1200°С, что заставит использовать более дорогие материалы для теплообменника. Повышение отношения пар-газ свыше 8 также вызовет снижение эффективности процесса в связи с необходимостью производить избыточный водяной пар.
В адиабатическом реакторе 7, соответственно, поддерживают температуру в диапазоне ориентировочно от 500°С до 800°С. Насадка катализатора адиабатического реактора конверсии 8 содержит в качестве активных компонентов металл, выбранный из группы родий, никель, платина, иридий, палладий, железо, кобальт, рений, рутений, медь, цинк, железо, их смеси или соединения. В качестве катализатора адиабатического реактора конверсии 8 предпочтительно использовать никелевый катализатор типа НИАП-03-01 или катализаторы марки KATALCO 25-4Q и KATALCO 57-4Q компании Johnson Matthey. Состав катализатора с изменением содержания платиноидов, а также металлов, влияющих на кинетику окисления оксида углерода водяным паром (реакция сдвига), позволит управлять содержанием водорода в конечном продукте.
В метансодержащем газе 1 содержатся низшие алканы, включая метан, что позволяет использовать для получения продукта легкие углеводороды различного типа: попутные газы, газы коксования, газ угольных пластов, продукты ферментации сельскохозяйственных или муниципальных отходов и газообразные потоки нефтепереработки, что расширяет сферу применения предложенного способа. Давление потоков выбирают в диапазоне ориентировочно от 0.1 до 9.0 МПа, что позволяет уменьшить размеры аппаратов, снизить газодинамические потери и затраты на компримирование.
Из синтез-газа 16 в узле выделения водорода (не показан) могут выделять водород с помощью мембранной диффузии, короткоцикловой адсорбции или высокотемпературного электрохимического фильтра с протонной проводимостью. Задачи извлечения и концентрирования водорода в циклах нефте- и газоперерабатывающих производств успешно решаются с помощью мембранных и адсорбционных водородных установок. В частности, адсорбционные установки ГРАСИС, работающие на сверхкоротком цикле, предназначены для производства высокочистого водорода из газовых потоков и позволяют получать водород с чистотой до 99,9995% при минимальном падении давления в процессе разделения.
Дополнительные потоки водорода 23 производят в электролизере 20 за счет подвода электроэнергии 19, которую можно получать из электрической сети в периоды провала ее нагрузки. Производимый в этом процессе кислород 21 накапливают в емкости кислорода 22.
В таблице «Материальный баланс процесса» представлены расчеты процесса, выполненные по типовой методике (Комарькова С.В., МГОУ, М., 2010).
Коррекцию температуры и состава газов в реакторе парциального окисления 7 могут проводить путем изменения расхода парогазовой смеси 6 и соотношения ее компонентов. В то же время температуру перегрева водяного пара увеличивают при уменьшении нагрузки в электрической сети, что позволяет достичь снижения экономических затрат за счет использования дешевой «провальной» электроэнергии, а также снижения расхода кислорода и/или воздуха, а следовательно, и снижения затрат на получение кислорода и снижения содержания балластных азота и воздуха в синтез-газе, что, в свою очередь, позволяет снизить капитальные затраты и расходы на компримирование газовых потоков. Таким образом, в предложенном изобретении удалось снизить капитальные затраты и металлоемкость производства водородсодержащего газа, повысить коэффициент конверсии низших алканов и термодинамическую эффективность способа, снизить содержание балластных газов (азот, аргон) в продуцируемом газе.
Полученные продукты - водородсодержащий газ и его производные (водород, метановодородная смесь) могут затем использовать в химической промышленности и металлургии, для переработки углеводородов, а также в системах аккумулирования и транспорта энергии и как топливо в транспортных и стационарных энергоустановках.
Claims (9)
1. Способ конверсии метана с получением водородсодержащего газа, в котором в качестве источника сырья используют метансодержащий газ, проводят его адиабатическое окисление в каталитической реакции парциального окисления водяным паром и кислородсодержащим газом, отличающийся тем, что перед смешением с метансодержащим газом и кислородсодержащим газом проводят электрический перегрев водяного пара до температуры 750-950°C, давление метансодержащего газа выбирают в диапазоне от 0.1 до 9.0 МПа, а объемное содержание водяного пара перед адиабатической реакцией поддерживают в диапазоне, от 4 до 12 раз большем, чем объемное содержание метана в метансодержащем газе.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что получение водяного пара производят в нагревающем теплообменнике за счет отвода тепла от продуктов парциального окисления метансодержащего газа к конденсату, образующемуся при охлаждении продуктов парциального окисления метансодержащего газа.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве кислородсодержащего газа используют кислород, который получают путем электролиза конденсата, образующегося при охлаждении продуктов парциального окисления метансодержащего газа.
4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что при перегреве водяного пара в качестве нагревающего элемента используют дуговой или высокочастотный плазматрон или элементы, нагреваемые за счет электрического сопротивления.
5. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что проводят получение водяного пара за счет охлаждения водородсодержащего газа.
6. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в реакторе адиабатического окисления метансодержащего газа водяным паром и кислородсодержащим газом поддерживают температуру в диапазоне от 500°C до 800°C.
7. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что метансодержащий газ содержит низшие алканы, включая метан.
8. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что температуру перегрева водяного пара увеличивают при уменьшении нагрузки в электрической сети.
9. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что после отделения конденсата от продуктов парциального окисления метансодержащего газа получают синтез-газ, который направляют на синтез метанола или моторного топлива.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014123392/05A RU2571147C1 (ru) | 2014-06-09 | 2014-06-09 | Способ конверсии метана |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014123392/05A RU2571147C1 (ru) | 2014-06-09 | 2014-06-09 | Способ конверсии метана |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2571147C1 true RU2571147C1 (ru) | 2015-12-20 |
Family
ID=54871264
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014123392/05A RU2571147C1 (ru) | 2014-06-09 | 2014-06-09 | Способ конверсии метана |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2571147C1 (ru) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2664063C1 (ru) * | 2017-08-08 | 2018-08-14 | Публичное акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" (ПАО "НК "Роснефть") | Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом |
| RU2694033C1 (ru) * | 2018-03-26 | 2019-07-08 | Акционерное общество "НИИЭФА им. Д.В. Ефремова" (АО "НИИЭФА") | Способ и устройство для выделения водорода из метана |
| RU2730829C1 (ru) * | 2020-02-20 | 2020-08-26 | Анатолий Яковлевич Столяревский | Способ получения метано-водородной смеси |
| RU2755267C1 (ru) * | 2020-04-28 | 2021-09-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Томск" (ООО "Газпром трансгаз Томск") | Устройство для получения метано-водородного топлива из углеводородного газа |
| RU2769311C1 (ru) * | 2020-10-15 | 2022-03-30 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Способ получения водородсодержащего газа |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2117627C1 (ru) * | 1997-11-28 | 1998-08-20 | Сосна Михаил Хаймович | Способ получения метанола |
| RU2123471C1 (ru) * | 1993-06-18 | 1998-12-20 | Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. | Способ каталитического частичного окисления углеводородов |
| RU2196733C1 (ru) * | 2001-05-23 | 2003-01-20 | Московский государственный университет инженерной экологии | Способ получения аммиака |
| WO2003045841A1 (en) * | 2001-11-29 | 2003-06-05 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Low-temperature hydrogen production from oxygenated hydrocarbons |
| WO2011034891A1 (en) * | 2009-09-16 | 2011-03-24 | Greatpoint Energy, Inc. | Two-mode process for hydrogen production |
| EP2586743A1 (en) * | 2001-11-29 | 2013-05-01 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Low-temperature hydrogen production from oxygenated hydrocarbons |
-
2014
- 2014-06-09 RU RU2014123392/05A patent/RU2571147C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2123471C1 (ru) * | 1993-06-18 | 1998-12-20 | Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. | Способ каталитического частичного окисления углеводородов |
| RU2117627C1 (ru) * | 1997-11-28 | 1998-08-20 | Сосна Михаил Хаймович | Способ получения метанола |
| RU2196733C1 (ru) * | 2001-05-23 | 2003-01-20 | Московский государственный университет инженерной экологии | Способ получения аммиака |
| WO2003045841A1 (en) * | 2001-11-29 | 2003-06-05 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Low-temperature hydrogen production from oxygenated hydrocarbons |
| EP2586743A1 (en) * | 2001-11-29 | 2013-05-01 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Low-temperature hydrogen production from oxygenated hydrocarbons |
| WO2011034891A1 (en) * | 2009-09-16 | 2011-03-24 | Greatpoint Energy, Inc. | Two-mode process for hydrogen production |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2664063C1 (ru) * | 2017-08-08 | 2018-08-14 | Публичное акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" (ПАО "НК "Роснефть") | Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом |
| RU2694033C1 (ru) * | 2018-03-26 | 2019-07-08 | Акционерное общество "НИИЭФА им. Д.В. Ефремова" (АО "НИИЭФА") | Способ и устройство для выделения водорода из метана |
| RU2730829C1 (ru) * | 2020-02-20 | 2020-08-26 | Анатолий Яковлевич Столяревский | Способ получения метано-водородной смеси |
| WO2021167491A1 (ru) * | 2020-02-20 | 2021-08-26 | Анатолий Яковлевич СТОЛЯРЕВСКИЙ | Способ получения метано-водородной смеси |
| DE112021000181T5 (de) | 2020-02-20 | 2022-09-29 | Anatoly Yakovlevich Stolyarevsky | Verfahren zur herstellung eines methan-wasserstoff-gemisches |
| RU2755267C1 (ru) * | 2020-04-28 | 2021-09-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Томск" (ООО "Газпром трансгаз Томск") | Устройство для получения метано-водородного топлива из углеводородного газа |
| RU2769311C1 (ru) * | 2020-10-15 | 2022-03-30 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Способ получения водородсодержащего газа |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nikolaidis et al. | A comparative overview of hydrogen production processes | |
| US11492254B2 (en) | Hydrogen production with membrane reformer | |
| JP2024524089A (ja) | Ｎｏｘ除去を有するグリーン水素のためのアンモニア分解 | |
| RU2571147C1 (ru) | Способ конверсии метана | |
| US8945488B2 (en) | Gas-to-liquid technology | |
| CA3112531A1 (en) | Process for the production of methanol from gaseous hydrocarbons | |
| CN113165883A (zh) | 用于将二氧化碳转化为一氧化碳的方法及反应器 | |
| JP2008528423A (ja) | 二酸化炭素放出の少ない合成ガス製造方法 | |
| EP3419929B1 (en) | Carbon monoxide production process optimized by soec | |
| RU2011101927A (ru) | Устройство и способы обработки водорода и моноксида углерода | |
| US20170145330A1 (en) | Method and system for converting flare gas | |
| Trangwachirachai et al. | Recent progress on ammonia cracking technologies for scalable hydrogen production | |
| CA3195610A1 (en) | Syngas stage for chemical synthesis plant | |
| RU2520482C1 (ru) | Способ получения водорода и водород-метановой смеси | |
| RU2530066C1 (ru) | Способ получения водородсодержащего газа | |
| Bernardo et al. | Evaluation of membrane reactor with hydrogen-selective membrane in methane steam reforming | |
| RU2396204C2 (ru) | Способ получения синтез-газа и продуктов органического синтеза из диоксида углерода и воды | |
| RU2478078C1 (ru) | Способ получения метановодородной смеси | |
| RU2730829C1 (ru) | Способ получения метано-водородной смеси | |
| US9334454B2 (en) | Method for producing synthesis natural gas using straw gas | |
| WO2022104015A1 (en) | Methods and systems for converting carbon oxides to olefins | |
| RU2571149C1 (ru) | Реактор конверсии метана | |
| JPH04261130A (ja) | 核熱を利用したメタノール製造方法 | |
| Iaquaniello et al. | Integrated membrane systems for ultrapure hydrogen production | |
| Niamboonnum et al. | Thermal Self-Sufficient Operation of Hydrogen Production from Used Vegetable Oil |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20161031 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170610 |