Способ термокаталитического получения водорода

 

Использование: в нефтеперерабатывающей , химической и нефтехимической отраслях промышленности. Сущность изобретения: решает проблему расширения ресурсов сырья и снижения энергоемкости технологической схемы получения водорода . Конверсию углеводородного сырья осуществляют в движущемся слое гранулированного катализатора в трех реакторах , работающих в сменно-циклическом режиме по стадиям реакции и двухступенчатой регенерации, первая ступень - при подаче водяного пара, вторая - при подаче воздуха. Применение двухступенчатой регенерации катализатора от отложения кокса позволяет не только восстановить каталитическую активность катализатора, но и увеличить выработку водородсодержащего газа, а также обеспечить подвод тепла на реакцию . 1 табл.. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5н5 С 01 В 3/38

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1(,p",л,фдК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4900757/26 (22) 22.11,90 (46) 07.06.93. Бюл. М 21 (71) Грозненский нефтяной научно-исследовательский институт (72) Ю,З.Вотлохин, М.Б,Басин, И,В,Топоркова, P.Þ,Âoòëîõèí и И.Л.Александрова (56) Справочник азотчика. M., Химия, т.1.

1967, стр. 98 — 99 (прототип). (54) С1 ЭСОБ ТЕРМОКАТАЛИТИЧЕСКОГО

ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА (57) Испол зование: в нефтеперерабатывающей, химической и нефтехимической отраслях промышленности. Сущность изобретения: решает проблему расширения

Изобретение относится к способам производстваа водорода и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, химической и нефтехимической отраслях промышленности.

Целью изобретения является расширение ресурсов сырья при одновременном значительном сокращении расхода топлива на процесс и соответственно затрат на эксплуатацию установки при обеспечении стабильности работы установки в целом.

Поставленная цель достигается путем использования трех реакторов с.движущимся слоем гранулированного катализатора (типа ГИАП или KCH), работающих в сменно-циклическом режиме по стадиям реакции и регенерации. При этом проведение реакции без водяного пара или с незначительным его количеством (дозирование водяного пара обусловлено молекулярной массой сырья и тепловым эффектом реак- Ж, 1819848 А1 ресурсов сырья и снижения энергоемкости технологической схемы получения водорода. Конверсию углеводородного сырья осуществляют в движущемся слое гранулированного катализатора в трех реакторах, работающих в сменно-циклическом режиме по стадиям реакции и двухступенчатой регенерации. первая ступень — при подаче водяного пара, вторая — при подаче воздуха, Применение двухступенчатой регенерации катализатора от отложения кокса позволяет не только восстановить каталитическую активность катализатора, но и увеличить выработку водородсодержащего газа, а также обеспечить подвод тепла на реакцию. 1 табл., 1 ил. ции, величина которого при сокращении подачи пара значительно уменьшается сопровождается образованием кокса на поверхности катализатора. Последующая CO двухступенчатая регенерация катализатора:! стадия — при подаче водяного пара, в . К:) период которой образующийся водородсо- Q() держащий газ (см. табл.1) выводится совме- ф стно с потоком газа из реактора на стадии р реакции, и 2 стадия — воздухом; позволяет, с одной стороны, восстановить каталитическую активность катализатора и увеличить выработку водородсодержащего газа, а с другой стороны, генерировать тепло. аккумулирование которого слоем катализатора перед подачей сырья в стадии реакции обеспечит проведение последней и позволит свести тепловой баланс стадий реакция— регенерация к нулю. Кроме того, путем варьирования времени циклов реакции регене- . рации и расхода водяного пара создаются

1819848 условия, позволяющие вести процесс кон- Всхеметакжепредусмотрены:теплообверсии широкой гаммы нефтепродуктов менное устройство 10, циклонный сепара(природного газа, водородсодержащего га- тор 11, насос 12, газодувка 13, а также за, газового конденсата, низкосортных бен- линии; жидкого сырья 14, газообразного зинов, низкесортных керосинов, дизельных 5 сырья 15, воздуха 16, водяного лара 17, дыфракций и гудронов в растворителях) без мовых газов18, газов конверсии 19, отрабодополнительной, кроме неглубокой серо- танного катализатора 20, транспортного очистки, подготовки к переработке и с зам- воздуха 21, свежего катализатора 22, необкнутым тепловым балансом, ходимые для нормальной эксплуатации усПредлагаемый способ может быть осу- "0 тановки. ществлвн по представленной ниже схеме Установка работает следующим обра(фиг.1), в которОй термокаталитический про- зом: жидкое сырье 14 после насоса 12, нацесс производства водорода проводят в гретое. до. температуре 600 С в вертикальных реакторах 1," загруженных теплообменнике 10 в.парогаэообразном согранулированным.катализатором; движу- "5 стоянии поступает в реактор 1, где прохощимсясверхувниз. дит паровая конверсия углеводородов.

Равномерность распределения возду- . Переключением реакторов чередуются стаха, водянога пара,."гaaa или паров по сече-: дии {несколько минут) реакции и регенера; нию . каталйзатора ц реакторах . ции. При переработке газообразного сырья обеспечивается внешними. распределитель- 20- используется линия 15. После стадии окисными 2 и сборными 3 коллекторами. :. - лительной.реге ннерации катализатора кратНа линиях подачи сьгрья, водяного пара ковременно (0,5-1 мин) возобновляется и воздуха,установлены специальные пере- .. - подача водяного пара для.осуществления ключающиеСя. устройства 4,: -обеспечиваю- продувки:слоя катализатора перед стадией щйе сменно-циклический режим работы 25 .реакции;-.Водяной пар 17 или воздух 16, реакторов;,5- промежуточная емкОст ката- .. подаваемые в реактор 1;:подогревают в ре-. лизатора; ...:.: ; . .:- ::: .. генеративных. теллообменниках 10 до

Циркуляция . катализатора осуществ- . 600 C. ляется с помощью системы ..атсекающих Использованивтрехреакторов,работа. клапанов б, обеспечивающих его.периоди- 80 ющих по схеме:2:1 или 1:2, позволяет в заческое движение. При.этом движение каж- висимости: г качества сырья и выбранного дой порции каталйзатора осуществляется . режима варьировать соотношение времени при последовательном: открь1тйи одного из реакции.и регенерации, Газы конверсии 19, шести клапанов лрй йяти закрытых, что . содержащие70-80 водорода,пройдятеппредотвращаЕт переток газов по трэнсйор- 5 .лообменное устройство 10 и циклонный сетнымлиниямиподдерживавтэаданновдав- .. паратор: 11, поступают на дальнейшую ление в.реакторах.:: Очистку и Концентрирование водорода, анаУказайная сйствма транспорта диспер- . логйчные прототипу; сных контактов используется в промышлен-. На специальной установке. моделируюности на установках риформинга при 40 щей реактор, работающий в Циклическом давлении до 16 атм и повышенных темпера- режиме, были проведены эксперименты, устурах, .: .. ловия и результаты которых представлены в

В .условиях рассматриваемой схемы таблице и примерах, характеризующих раэциркуляция также необходима для периоди- личные технологические режимы процесса. ческой замены беэ остановки установки ка- 45 Пример 1. Каталитическая конверсия тализатора в реакторах в связи с.его углеводородного газа, содержащего, об. (,: постепенной дезактивацией и измельчени- СН 86,95: CQH6 10;7: СзНв 1,04; С4 1,25; Сч ем. - .. 0,09 М =20, в сменно-циклическом режиме

Для отделения мелочи и возврата рабо- (1:2) по стадиям реакции (6 мин) и окисличей фракции в реакционную систему уста- 5î тельной регенерации(12 мин) при темперановленосепарационноеустройство7, . туре реакции 870 С и обьемной скорости

Для догрузки свежего катализатора подачи газа, ч 325. предусматривается загрузочный бункер 8. Водяной пар в реактор подавался в сосоединенный транспортной линией с верх- отношении 0,1;1 моль на 1 моль сырья. ним бункером 9. Сопоставление экспериментальных

Кроме того, движение катализатора в данных (табл.1) с показателями прототипа плотном слое способствует улучшению рас- свидетельствует, что в отдельных примерах пределения газоларовых потоков по сече- (3 и 7) выход водорода ниже. Последнее не нию .реакторов и снижению перепада является недостатком предлагаемого продавления в них, цесса производства водорода. а обусловле1819848

10 стадии реакции;

20

30

55 но отсутствием водяного пара в стадии реакции,. подача которого увеличивает выход водорода. Укаэанное подтверждается примерами 4 и 5, кроме того. необходимо отметить, что, несмотря на уменьшение потенциального содержания водорода в тяжелых сырьевых фракциях, используемых в предлагаемом процессе, достигается (примеры 5 и 6) больше, чем в прототипе выход водорода.

Пример 2. Каталитическая конверсия углеводородного газа в режиме примера 1 с использованием водяного пара при соотношении пар/газ — 3:1 (моль/моль),.

Пример 3, Каталитическая конверсия бензина (плотность — 0,7618; массовое содержание, %: ароматических углеводородов 16,84; непредельных углеводородов

19,71; серы 0,63; начало кипения (OGC) 50, конец кипения 205), М = 108. Объемная.скорость подачи бензина, ч 0.54, остальные

-1 параметры по примеру 1.

Водяной пар в систему не подавался.

Пример 4. Кэталитическая конверсия бензина в режиме примера 3 при подаче водяного пара с соотношением пар/бензин — t,3:1 (моль/моль), Пример 5. Каталитическая конверсия керосина (плотность 0.8185; массовое содержание, %; ароматических углеводородов 21,02; непредельных углеводородов

0,06; серы 0,021; начало кипения (ООC) 175, конец кипения 307) в режиме примера 3.

Водяной пар в систему не подавался.

Пример 6, Каталитическая конверсия керосина в режиме примера.5 при подаче водяного пара с соотношением пар/керосин — 1,2:1 (моль/моль).

Пример 7. Каталитическая конверсия дизельного топлива М = 200 (плотность

0,8363; массовое содержание, %: ароматических углеводородов 30, непредельньв углеводородов 1,12; серы 0.13: начало кипения (О С) — 185. конец кипения — 363) в режиме примера 3..

Водяной пар не подавался.

Пример 8. Каталитическая конверсия дизельного топлива в режиме примера 7 при подаче водяного пара с соотношением пар/дизельное топливо — 1.2:1 (моль/моль).

Пример 9. Каталитическая конверсия дизельного топлива в режиме примера 8.

Цикл реакции 5 мин, регенерация водяным паром, подаваемом B соотношении 2 кг/кг кокса, 10 мин и воздухом 5 мин.

Таким образом в соответствии с представленным описанием и экспериментальными данными предлагаемый способ термокаталитического производства водорода позволяет: перерабатывать углеводородное сырье широкого фракционного состава, содержащее непредельные, ароматические углеводороды и смолы; упростить технологическую схему получения водорода и сократить расход водяного пара, уменьшить потребление тепла в уменьшить количество балластного газа (С02) и тем самым сократить мощность блоков очистки и концентрирования водорода; увеличить выработку водорода в стадии дожига СО в СОр в связи с возрастанием отношения СО/С02; осуществлением стадии регенерации катализатора s две ступени увеличить выработку водорода при подаче водяного пара на 1 ступень регенерации и обеспечить тепловой режим стадии каталитической конверсии сырья за счет аккумулирования слоем катализатора тепла, вь.делившегося в период t! ступени окислительной регенерации катализатора воздухом; использовать аппараты иэ слаболегированных сталей; обеспечить стабильную работу реакторного блока вне зависимости от термостойкости катализатора, Экономический эффект от использования предлагаемого способа в сравнении с базовым обьектом (установкой Г-43-107

ГНПЗ им. Ленина) составит ориентировочно

476 тыс.руб. в год (эа счет снижения затрат на топливо).

Формула изобретения

Способ термокаталитического получения водорода. включающий паровую каталитическую конверсию углеводородного сырья, двухступенчатую конверсию окиси углерода, очистку конвертированного газа от двуокиси углерода и метанирование окислов углерода, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат и обеспечения воэможности использования углеводородного сырья с мол,м. 20-200, паровую конверсию осуществляют в движущемся слое гранулированного катализатора, подаваемого в параллельные реакторы, работающие в циклическом режиме, причем на стадии конверсии в поток сырья подают перегретый водяной пар в отношении 0,1-3 моль на 1 моль сырья, при этом проводят адиабатическую регенерацию катализатора в две ступени, на первую из них подают водяной пар. а на вторую — воздух. с последующей продувкой слоя катализатора водяным паром.

1819848

I»

2i с о

Ф

« о о

Е о (Щ

Е .2

5 о (О

Б

=т

6)

O.

Ф и

Ф

Ф

О.

S

1"о

CO

1

СР

t»

1819848

Составитель Ю.Вотлохин

Редактор И.Никольская Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М.Шароши

Заказ 2004 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

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