Способ углекислотной конверсии углеводородов и устройство для его осуществления

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 01 В 3/38

ГО СУДА Р СТВ Е ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4231278/26 (22) 04,05.87 (46) 15.09.92. Бюл. N 34 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт электротермического оборудования (72) С.Ç.Васильев, И.И.Маергойз и

Ю.Н.Тельник (56) Иоффе В.Б, Основы производства водорода, Л.: Химия, 1969, с. 152. (54) СПОСОБ УГЛЕКИСЛОТНОЙ КОНВЕРСИИ УГЛЕВОДОРОДОВ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к способам и устройствам для получения газовых смесей углекислотной конверсией метана и может применяться в химической, нефтехимической и машиностроительной промышленности. Для обеспечения возможности использования целевого продукта в качестИзобретение относится к способам и устройствам для получения газовых смесей углекислотной конверсией метана и может применяться в химической, нефтехимической и машиностроительной промышленности.

Целью изобретения является обеспечение возможности использования целевого продукта в качестве контролируемой атмосферы за счет снижения остаточного содержания двуокиси углерода и метана.

Изобретение осуществляют следующим образом.

Смесь углеводородного газа с двуокисью углерода направляют в слой нагретого до 1000 — 1100 С катализатора

„„SU „„1761663 А1 ве контролируемой атмосферы в результате снижения в ней остаточного содержания двуокиси углерода и метана предложен способ, в котором в качестве окислителя используют двуокись углерода при количественном отношении ее к углеводородному газу 1:(0,25 — 1,0), а конверсию проводят при удельной мощности 1,0 — 1,4 кВт на 1 м/ч готового продукта. Предложено

3 также устройство, содержащее реторту с катализатором, нагревательные элементы и смеситель. При этом устройство снабжено емкостью с двуокисью углерода, соединенной со смесителем, а нагревательные элементы расположены по длине реторты таким образом, что соотношение мощностей нагревательных элементов на каждой половине высоты слоя катализатор- по ходу газа составляет соответственно 1:(0,25—

0,45). Изобретение позволяет снизить содержание СО2 и СН4 с 1,3 до 0,097. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. (например, никелевого катализатора типа

ГИАП-З), В присутствии катализатора происходит высокотемпературная конверсия углеводорода двуокисью углерода. Отношение объемных количеств подаваемых в слой двуокиси углерода и углеводородного газа составляет соответственно 1:(0,25 — 1,0), Удельная мощность нагрева, отнесенная к 1 м /ч готового продукта составляет 1,0 — 1,4 з кВт.

В результате конверсии образуется газовая смесь, содержащая 50,0 — 61,50(, СО и

38,5 — 50,0% Нг. Полученная газовая смесь представляет собой готовую контролируемую атмосферу, которую, при необходимости осушив, направляют потребителю, 1761663

Примеры осуществления способа.

Пример 1. Требуется получить 6,5 м /ч газовой смеси, содержащей 61,5% СО з и 38,5% Нг.

Газовую смесь, содержащую 0,5 м /ч 5 бутана и 2 м двуокиси углерода(СО, C4H1o= з

= 1; 0,25), направляют в слой катализатора

ГИАП-3, нагретый до 1100 С при удельной мощности 1,4 кВт на 1 м /ч готового продукта. В результате конверсии образуется 6,5 10 м /ч газовой смеси, содержащей 4 м /ч СО з и 2,5 м /ч Н2, т.е. 61,5% СО и 38,5% Н2.

Пример 2. Требуется получить 10,5 м /ч газовой смеси, содержащей 57% окиси з углерода и 43% Н2. 15

Газовую смесь, содержащую 1,5 м /ч этана и 3 м /ч двуокиси углерода (C02: C2Hs з

= 1: 0,5), подают в слой нагретого до 1000 С никелевого катализатора при удельной мощности 1 кВт на 1 м /ч готового продук- 20 з та, В результате конверсии углеводорода образуется 105 м /ч контролируемой атмосз феры, содержащей 6 м /ч СО и 4,5 м /ч Нг, т.е. 57% СО и 43 / Hz.

Пример 3, Требуется получить 8 м /ч 25 контролируемой атмосферы, содержащей по 50% водорода и окиси углерода.

Готовую смесь, содержащую 2 м /ч метана и 2 м /ч двуокиси углерода (C02: CH4= з

=- 1; 1), направляют в слой катализатора 30 тип а ГИАП-3, на грето го до 1050 С и р и удельной мощности 1,2 кВт на 1 м /ч готового продукта. В результате конверсии углеводорода образуется 16 м /ч готового продукта, содержащего4м /ч окисиуглеро- 35 да и 4 м /ч водорода, т.е. по 50% каждого з компонента при расходе 8 м /ч.

Пример 4, Условия и осуществление способа аналогичны примеру 1. Отличие состоит в том, что исходная смесь содержит 40

0,4 м /ч бутана, т.е. COz: С4Н1о= 1: 0,2.

В результате конверсии заданный состав готового продукта не достигается и в нем содержится 0,4 м /ч двуокиси углерода, т.е. более 6%. 45

Пример 5. Условия и осуществление способа аналогичны примеру 3. Отличие заключается в том, что исходная газовая смесь содержит 2,2 м /ч метана, т,е. COz: СН4 = 1:

: 1,1. 50

В результате конверсии углеводорода заданный состав газовой смеси не достигается и в нем содержится 0,2 м /ч метана, т.е, 1,25%, что совершенно не допустимо.

Пример 6. Условия и осуществление способа аналогичны примеру 1. Отличие в том, что удельная мощность нагрева составляет 1,5 кВт на 1 м /ч готового продукта, т.е, з

9,75 кВт.

В результате высокотемпературной конверсии заданный состав готового продукта не достигается и в нем содержится

1,5% бутана и 6% двуокиси углерода, Это связано с перегревом части катализатора.

Пример 7. Условия осуществления способа аналогичны примеру 2. Отличие состоит в том, что удельная мощность нагрева составляет 0,9 кВт на 1 м /ч готового проз дукта, т.е. 9,45 кВт.

В результате высокотемпературной конверсии этана двуокисью углерода заданный состав не достигнут. Вследствие недогрева катализатора в продуктах конверсии содержатся непрореагировавшие 2,5% этана и 5% двуокиси углерода.

Иэ приведенных выше примеров следует, что указанные в формуле интервалы значений справедливы.

На чертеже представлено устройство, предложенное для осуществления способа.

Устройство состоит из емкости 1 с двуокисью углерода, соединенной с входным патрубком 2 смесителя 3, снабженного также патрубком 4 подвода углеводородного газа. Смеситель соединен с патрубком 5 реторты 6, заполненной катализатором 7, Роторта размещена в футерован нам корпусе 8, внутри которого установлены нагревательные элементы 9 и 10. Реторта на выходе снабжена патрубком 11 готового продукта.

Работа устройства для получения газовой смеси осуществляется следующим образом.

Из емкости 1 двуокись углерода по герметичному трубопроводу поступает через патрубок 2 в смеситель 3, Туда же через патрубок 4 подается и углеводородный газ, например, метан, Смесь двуокиси углерода в соотношении соответственно 1: (0,25 — 1,0) из смесителя 3 через патрубок 5 подается в реторту 6, заполненную катализатором 7.

Реторта 6, размещенная в футерованном металлическом корпусе 8, обогревается нагревательными элементами 9 и 10. Нагревательные элементы размещены и рассчитаны таким образом, что мощность нагревательного элемента tO, обогревающего вторую по ходу газа половину высоты слоя катализатора, составляет 0,25 — 0,45 мощности нагревательного элемента 9, обогревающего первую половину слоя. Газовая смесь, проходя слой нагретого до 1000 — 1100 С никелевого катализатора, вступает в реакцию конверсии, в результате которой образуется газовая смесь, состоящая из диоксида углерода и водорода, Например, при использовании в качестве углеводородного газа метана образуется газовая смесь, содержащая 50% СО и 50% Hz.

1761663

50

Готовый продукт, покидая реторту через патрубок 11, направляется к потребителю. Результаты экспериментов, подтверждающих правильность указанных в формуле изобретения параметров, приведены ниже в виде примеров, Пример 8. Требуется получить 32 м /ч газовой смеси, содержащей 50% Н и 50 %

СО.

Из емкости 1 (фиг. 1) 8 м"/ч двуокиси углерода через патрубок 2 поступают в смеситель 3. Туда же по патрубку 4 подается природный газ (100 СН4) с расходом 8 м /ч. Образовавшаяся смесь через патрубок 5 поступает в реторту 6 и слой катализатора 7. На внутренней поверхности футеровки корпуса 8 размещены две секции нагревателей 9 и 10 общей мощностью 38,4 кВт, т.е. удальная мощность составляет 1,2 кВт на 1 м /ч готового продукта. При этом мощность секции нагревательного элемента 9, обогревающего первую по ходу газа половину слоя катализатора 7 составляет

30,7 кВт, а секции нагревательного элемента 10 — 7,7 кВт, т.е. отношение их составляет

1: 0,25, В результате конверсии в слое катализатора образуется готовый продукт, содержащий 50% СО и 50% Hz. Эта газовая смесь, содержащая по 0,09% следов СН4 и

COz, через патрубок 11 поступает к потребителю.

Пример 9. Условия и осуществление работы устройства соответствуют примеру

8. Отличие состоит в распределении мощности на нагревательных элементах. На элементе 9 она составляет 28,4 кВт, а на элементе 10 — 10 кВт, т.е. их отношение составляет 1,0 : 0,35. В готовом продукте содержится 50% СО и 50 Hz, а остаточное содержание СР4 и СО снизилось до 0,07% каждого компонента.

Пример 10. Условия и осуществление работы устройства аналогичны примеру 8.

Отличие состоит в распределении мощности на нагревательных элементах. На нагревательном элементе 9 она составляет 26,5 кВт, а на элементе 10 — 11,9 кВт, т.е. их отношение составляет 1: 0,45.

Содержание следов метана и двуокиси углерода снизилось до 0,1 по 0,05% каждого компонента.

Пример 11. Условия и работа устройства соответствуют примеру 8, Отличие состоит в распределении мощностей: на нагревательном элементе 9 25,6 кВт, а на

35 элементе 10 12,8 кВт, что соответствует их соотношению 1: 0,5.

Содержание СО и Hz по 50%, а содержание следов не изменилось по сравнению с примером 10 (0,1% СН4 и COz; по 0,05 каждого компонента). Таким образом отсутствует дальнейшее увеличение положительного эффекта.

Пример 12. Условия и работа устройства аналогичны примеру 8. Отличие состоит в распределении мощностей по высоте слоя катализатора. Мощность нагревательного элемента 9 составляет 32 кВт, а нагревательного элемента 10 — 6,4 кВт. При этом отношение мощностей составляет 1: 0,2.

Конверсия метана двуокисью углерода прошла не до конца. В результате конверсии образовалась газовая смесь, содержащая

48,9% СО, 48,9 Hz, 1,1% СН4 и 1,1% СО2, при этом наблюдалось сажеобразование.

Таким образом, поставленная цель не достигнута, Изобретение позволяет получить газовую смесь с повышенными науглероживающими и восстановительными свойствами, являющуюся контролируемой атмосферой для многих высокотемпературных процессов и, в том числе, для процесса цементации металлических деталей; содержание COz u

СН< в целевом продукте < 0,09% (по прототипу содержание СОг = 1,3 ).

Формула изобретения

1. Способ углекислотной конверсии углеводородов при повышенной температуре на никелевом катализаторе, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности использования целевого продукта в качестве контролируемой атмосферы за счет снижения остаточного содержания двуокиси углерода и углеводорода, процесс осуществляют при массовом соотношении двуокиси углерода к углеводороду, равном 1;

: (0.25-1,0) соответственно, и конверсию проводят при удельной мощности 1,0-1,4 кВт на 1 м /ч готового продукта.

2. Устройство для углекислотной конверсии углеводородов, содержащее реторту с катализатором, нагревательные элементы и смеситель, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено емкостью с двуокисью углерода, соединенной со смесителем, а нагревательные элементы расположены по длине реторты с соотношением мощностей нагревательных элементов на каждой половине высоты слоя катализатора по ходу газа, составляющим соответственно 1: (0,25-0.45), 1761663

Составитель Е.Корниенко

Техред M.Ìîðãåíòàë

Редактор С,Соколова

Корректор Л.Лукач

Заказ 3228 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101