RU2675561C1 - Способ получения синтез-газа - Google Patents
Способ получения синтез-газа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2675561C1 RU2675561C1 RU2017123236A RU2017123236A RU2675561C1 RU 2675561 C1 RU2675561 C1 RU 2675561C1 RU 2017123236 A RU2017123236 A RU 2017123236A RU 2017123236 A RU2017123236 A RU 2017123236A RU 2675561 C1 RU2675561 C1 RU 2675561C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixture
- conversion
- oxidizing agent
- cavity
- gas
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 31
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 28
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 28
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 19
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 21
- 239000004071 soot Substances 0.000 abstract description 9
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N Dimethyl ether Chemical compound COC LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 25
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 14
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 8
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002453 autothermal reforming Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу получения синтез-газа, который может быть использован в химической промышленности для производства метанола, диметилового эфира, синтетических жидких углеводородов и других продуктов. Способ включает горение смеси углеводородного сырья с окислителем с коэффициентом избытка окислителя менее 1, осуществляемое внутри полости, полностью или частично образованной объемной матрицей, проницаемой для смеси газа с окислителем, при этом в реакционную смесь предварительно примешивают водяной пар, нагретый до температуры 400-600 К, в количестве от 30 до 100 об.% от подаваемого углеводородного сырья. Изобретение обеспечивает более глубокую конверсию исходного углеводородного сырья, стабильный температурный режим конверсии и низкое сажеобразование. 2 пр.
Description
Изобретение относится к процессу получения синтез-газа путем конверсии углеводородов, а именно к процессам окислительной конверсии. Полученный синтез-газ может быть использован в химической промышленности для производства метанола, диметилового эфира, синтетических жидких углеводородов и других продуктов. Полученный водород после его выделения из смеси газов может быть использован для питания топливных элементов транспортных средств и автономных источников электроснабжения, а также в качестве сырья и восстановителя в химической, нефтехимической, металлургической и других отраслях промышленности.
Основными промышленными способами получения синтез газа в настоящее время являются паровой, парокислородный и автотермический риформинг природного газа или угля. В случае необходимости промышленного получения водорода его выделяют различными методами из полученного синтез-газа (смеси Н2 и СО). Дополнительное количество водорода получают, конвертируя СО в присутствии водяного пара в водород и CO2.
Однако эти способы требуют применения дорогостоящих катализаторов и отличаются высокой сложностью и громоздкостью оборудования, большими удельными капитальными затратами, что делает их малопригодными для создания небольших автономных источников синтез-газа и водорода.
Из уровня техники [патент RU 2320531 С2, опубл. 27.03.2008] известен способ получения синтез-газа, осуществляемый в проточном двухкамерном реакторе в турбулентном режиме при горении смеси углеводородного сырья и окислителя. Дополнительно к указанной смеси в проточный реактор подают перегретый водяной пар в количестве 5-20 мас. % по отношению к массе поданного углерода в виде углеводородного сырья. Производят воспламенение трехкомпонентной смеси в камере сгорания струей горячего газа из внешнего источника, давление в котором при воспламенении превышает давление в первой камере. Продукты сгорания из первой камеры реактора через сопло с критическим перепадом давления направляют во вторую камеру и продолжают процесс горения до содержания кислорода в продуктах горения не более 0,3 об. %.
К недостатку такого способа можно отнести его низкую эффективность, которая связана с высоким расходом окислителя и невозможностью конверсии углеводородных смесей с высоким содержанием негорючих компонентов, имеющих низкую теплотворную способность.
Также из уровня техники [патент RU 2374173 С1, опубл. 27.11.2009] известен способ получения синтез-газа при горении смеси углеводородного сырья с окислителем с коэффициентом избытка окислителя менее 1 при температуре менее 1400 K внутри одной или нескольких полостей, полностью или частично образованных материалом, проницаемым для смеси углеводородного сырья с окислителем. Причем ввод смеси углеводородного сырья с окислителем производят через проницаемое дно полости/полостей, или через проницаемые стенки полости/полостей, или через проницаемые стенки и дно полости/полостей, а вывод продуктов горения осуществляют через верхнее сечение полости/полостей.
Недостатком данного способа является его недостаточная эффективность, связанная с большой потерей тепла с отходящими газами и, как следствие, невозможностью конверсии углеводородных смесей с высоким содержанием негорючих компонентов, имеющих низкую теплотворную способность.
Известен способ получения синтез-газа при горении смеси углеводородного сырья с окислителем с коэффициентом избытка окислителя менее 1 при температуре менее 1400 K внутри полости, полностью или частично образованной объемной матрицей, проницаемой для смеси газа с окислителем. Ввод смеси углеводородного сырья с окислителем производят через проницаемое дно полости, или через проницаемые стенки полости, или через проницаемые стенки и дно полости, а вывод продуктов горения - через верхнее сечение полости. Смесь углеводородного сырья с окислителем или один из этих газов в полном объеме или частично перед вводом в полость нагревают за счет тепла, выделяемого продуктами горения. Матрицу дополнительно подогревают тепловым излучением, отраженным от проницаемого для продуктов горения экрана, размещенного в полости матрицы [патент RU 2374173 С1, опубл. 27.11.2009]. Данное техническое решение выбрано за прототип.
Недостатком прототипа является низкая конверсия исходного углеводородного сырья, нестабильность процесса конверсии, сопровождаемого большими колебаниями температуры рабочей поверхности матрицы и, соответственно, состава получаемого синтез-газа, что также приводит к повышенному сажеобразованию и необходимости мер по очистке получаемого синтез-газа от сажи.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка такого способа получения синтез-газа, при котором повысится конверсия исходного углеводородного сырья и будет достигаться стабильный температурный режим конверсии и низкое сажеобразования.
Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, заключается в достижении более глубокой конверсии исходного углеводородного сырья, более стабильного температурного режима конверсии углеводородного сырья и снижении сажеобразования по сравнению с прототипом.
Указанный технический результат достигается способом получения синтез-газа при горении смеси углеводородного сырья с окислителем с коэффициентом избытка окислителя менее 1, осуществляемым внутри полости, полностью или частично образованной объемной матрицей, проницаемой для смеси газа с окислителем, согласно которому для стабилизации процесса в реакционную смесь предварительно примешивают водяной пар, нагретый до температуры 400-600 K в количестве до 100 об. % от подаваемого углеводородного сырья.
Настоящее изобретение иллюстрируется следующим примером осуществления предлагаемого способа.
Пример 1
Матричную конверсию метана кислородом проводили в конверторе цилиндрической формы, внутри полости, образованной двумя матричными блоками. Исходная газовая смесь, в том числе и водяной пар, подавалась в торцы конвертора и нагревалась в камерах предварительного подогрева, затем через апертурное кольцо диаметром 150 мм направлялась на матрицы толщиной 8 мм и диаметром 250 мм, выполненные из прессованной фехралевой проволоки. Напротив каждой матрицы был установлен металлический экран с отверстием в центре диаметром 30 мм для выхода конвертированного газа.
Первоначально метанокислородную смесь (метан 56 об. %, кислород 44 об. %), с расходом 8 м.куб./час подвергали матричной конверсии в отсутствие подачи водяного пара. Колебания температуры на рабочей стороне матрицы составляли ±150 K. Температура обратной стороны матрицы (сторона на которой не протекает горение) колебалась от 600 до 700 K. Процесс проводили в течение 1 часа, при этом периодически горение начинало протекать на входной стороне матрицы. В результате конверсии получали газовую смесь в количестве 10,4 м.куб./час и сажу в количестве 273 г/час. После осушки газовая смесь содержит (% объемные): 52% водорода, 30% монооксида углерода, 5,3% диоксида углерода и 12,7% метана. Конверсия метана составляет 77,3%.
К исходной метанокислородной смеси добавили водяной пар нагретый до температуры 400±10 K, в количестве 67 об. % от подаваемого углеводородного сырья (объемное соотношение метан : водяной пар 1,5:1). Колебания температуры на рабочей стороне матрицы не превышали ±50 K. Температура обратной стороны матрицы (сторона на которой не протекает горение) составляла 550±10 K, горения на ее поверхности не наблюдалось. Процесс проводили в течение 5 часов.
В результате конверсии получали газовую смесь в количестве 11,2 м.куб./час и сажу в количестве 119 г/час. После осушки газовая смесь содержала (% объемные): 56% водорода, 33% монооксида углерода, 6,7% диоксида углерода и 4,3% метана. Конверсия метана составляет 92,3%.
Пример 2
Матричную конверсию метана кислородом проводили в конверторе, описанном в примере 1.
К исходной метанокислородной смеси добавили водяной пар нагретый до температуры 600±10 K, в количестве 100 об. % от подаваемого углеводородного сырья (объемное соотношение метан : водяной пар 1:1). Колебания температуры на рабочей стороне матрицы не превышали ±50 K. Температура обратной стороны матрицы (сторона на которой не протекает горение) составляла 520±10 K, горения на ее поверхности не наблюдалось. Процесс проводили в течение 3 часов.
В результате конверсии получали газовую смесь в количестве 10,9 м.куб./час и сажу в количестве 116 г/час. После осушки газовая смесь содержала (% объемные): 55% водорода, 32% монооксида углерода, 7,5% диоксида углерода и 5,5% метана. Конверсия метана составляет 90,1%.
Таким образом, заявленный способ обеспечивает более высокую конверсию исходного углеводородного сырья, достижение существенно более стабильного температурного режима конверсии углеводородного сырья и снижение сажеобразования по сравнению с прототипом.
Claims (1)
- Способ получения синтез-газа при горении смеси углеводородного сырья с окислителем с коэффициентом избытка окислителя менее 1, осуществляемый внутри полости, полностью или частично образованной объемной матрицей, проницаемой для смеси газа с окислителем, отличающийся тем, что для стабилизации процесса в реакционную смесь предварительно примешивают водяной пар, нагретый до температуры 400-600 К, в количестве от 30 до 100 об.% от подаваемого углеводородного сырья.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017123236A RU2675561C1 (ru) | 2017-06-30 | 2017-06-30 | Способ получения синтез-газа |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017123236A RU2675561C1 (ru) | 2017-06-30 | 2017-06-30 | Способ получения синтез-газа |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2675561C1 true RU2675561C1 (ru) | 2018-12-19 |
Family
ID=64753140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017123236A RU2675561C1 (ru) | 2017-06-30 | 2017-06-30 | Способ получения синтез-газа |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2675561C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU217582U1 (ru) * | 2022-12-27 | 2023-04-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (ФИЦ ХФ РАН) | Реактор автотермического риформинга природного газа |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997022547A1 (en) * | 1995-12-18 | 1997-06-26 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | A process for preparing synthesis gas |
| RU2320531C2 (ru) * | 2006-05-04 | 2008-03-27 | Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН (ИНХС РАН) | Способ получения синтез-газа при горении и устройство для его осуществления |
| RU2374173C1 (ru) * | 2008-06-17 | 2009-11-27 | Владимир Сергеевич Арутюнов | Способ получения синтез-газа |
| RU2574464C1 (ru) * | 2014-07-10 | 2016-02-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской академии наук (ИПХФ РАН) | Способ получения синтез-газа из водородсодержащего сырья в реакторе с обращаемым потоком и реактор для его осуществления |
-
2017
- 2017-06-30 RU RU2017123236A patent/RU2675561C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997022547A1 (en) * | 1995-12-18 | 1997-06-26 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | A process for preparing synthesis gas |
| RU2320531C2 (ru) * | 2006-05-04 | 2008-03-27 | Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН (ИНХС РАН) | Способ получения синтез-газа при горении и устройство для его осуществления |
| RU2374173C1 (ru) * | 2008-06-17 | 2009-11-27 | Владимир Сергеевич Арутюнов | Способ получения синтез-газа |
| RU2574464C1 (ru) * | 2014-07-10 | 2016-02-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской академии наук (ИПХФ РАН) | Способ получения синтез-газа из водородсодержащего сырья в реакторе с обращаемым потоком и реактор для его осуществления |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU217582U1 (ru) * | 2022-12-27 | 2023-04-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (ФИЦ ХФ РАН) | Реактор автотермического риформинга природного газа |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11701632B2 (en) | Method and reactor for producing one or more products | |
| Chun et al. | Hydrogen generation from biogas reforming using a gliding arc plasma-catalyst reformer | |
| RU2374173C1 (ru) | Способ получения синтез-газа | |
| JP2004224690A5 (ru) | ||
| UA63966C2 (en) | A partial oxidation of light carbohydrates with oxygen by means of electric discharge | |
| RU2320531C2 (ru) | Способ получения синтез-газа при горении и устройство для его осуществления | |
| CN106854127B (zh) | 烃制乙炔和/或合成气的方法及装置 | |
| WO2013095190A1 (ru) | Многостадийный способ получения водородосодержащего газообразного топлива и теплогазогенераторная установка | |
| US1965770A (en) | Production of acetylene | |
| RU2675561C1 (ru) | Способ получения синтез-газа | |
| Vostrikov et al. | Features of low-temperature oxidation of isobutane in water vapor and carbon dioxide with increased density of reagents | |
| RU2664526C2 (ru) | Энергосберегающий унифицированный способ генерации синтез-газа из углеводородов | |
| RU177152U1 (ru) | Устройство для получения синтез-газа | |
| AU2015276574B2 (en) | Process for heating and gasifying a carbonaceous fuel | |
| US1903845A (en) | Process of converting natural gas and similar gaseous hydrocarbons into a mixture ofcarbon monoxide and hydrogen in controlled proportions | |
| JP5886443B2 (ja) | 合成ガスの生成方法及び装置 | |
| AU2015243290B2 (en) | A process for heating an ATR | |
| JPS5817122B2 (ja) | ゴウセイガスノセイホウ | |
| US2135695A (en) | Process for producing a mixture of nitrogen and hydrogen | |
| RU2769311C1 (ru) | Способ получения водородсодержащего газа | |
| RU196737U1 (ru) | Устройство для получения водорода, монооксида углерода и этилена | |
| RU2571149C1 (ru) | Реактор конверсии метана | |
| US20250066190A1 (en) | Method and system for the production of synthesis gas, by means of an oxy-flame, from various sources of carbon and hydrogen | |
| RU2554577C2 (ru) | Способ получения синтез-газа | |
| US3415628A (en) | Apparatus for the thermal decomposition of saturated hydrocarbons to produce unsaturated hydrocarbons |