Способ получения синтез-газа

 

Изобретение относится к области химической технологии, в частности, к получению синтез-газа. Сущность изобретения: процесс осуществляют конверсией углеводородного сырья в струе плазмы путем подачи водяного пара в плазмотрон с последующим введением плазмы и углеводородов в камеру смешения и подачей полученной смеси в реактор. При этом часть водяного пара вводят в камеру смешения и/или часть углеводородов вводят в плазмотрон.

Изобретение относится к области химической технологии, в частности, к получению синтез-газа, который находит широкое применение при получении метанола, оксопродуктов и других органических соединений.

К настоящему времени предложено и реализовано большое число способов получения синтез-газа из углеводородного сырья, основанных на взаимодействии углеводородов с водяным паром, кислородом, диоксидом углерода, а также с их смесями [1] Данные процессы реализуются как за счет тепла, выделяющегося в результате экзотермических реакций углеводородов с кислородом (автотермическая конверсия углеводородов), а также за счет внешнего источника энергии для эндотермических реакций углеводородов с водяным паром (паровая конверсия углеводородов). Для увеличения производительности и увеличения выхода процессы конверсии осуществляют также в присутствии гетерогенных катализаторов.

Основными недостатками данных способов являются получение синтез-газа, требующего дополнительных сложных методов очистки (кислородная конверсия), повышенное саже- и смолообразование (закоксовывание катализаторов) и высокие энергетические затраты.

Известен способ получения синтез-газа паровой конверсией углеводородов в струе плазмы. Поток водяного пара подают в дуговой плазмотрон, где он нагревается до температуры несколько тысяч градусов, и затем в виде частично диссоциированной струи плазмы подают в камеру смешения, где его смешивают с потоком углеводородов и направляют в реактор [2] Основными недостатками данного способа являются ограниченный ресурс работы электродугового плазмотрона (200 ч) и образование ацетилена (до 8 об.), наличие значительного количества которого в продуктах требует использования специальных методов его выделения [2] Техническим решением задачи является увеличение ресурса работы электродугового плазмотрона и снижение содержания непредельных соединений в продуктах реакции.

Данная задача решается конверсией углеводородного сырья водяным паров в струе плазмы при подаче водяного пара в плазмотрон и углеводородов в камеру смешения с плазмой, с последующей подачей смеси в реактор, отличительной особенностью которого является то, что часть от общего количества водяного пара подают в камеру смешения и/или часть от общего количества углеводородов подают в плазмотрон.

Следующие примеры иллюстрируют способ.

Пример 1.

В электродуговой плазмотрон мощностью 50 кВт подают 5 кг/час водяного пара и 4,44 кг/ч метана. Плазменный поток, выходящий из плазмотрона, смешивают в камере смешения с 5 кг/ч водяного пара и 4,44 кг/ч метана. Полученную смесь подают в реактор, выполненный в виде футерованного канала. Время контакта 0,1 с. Давление ата. Температура продуктов реакции на выходе из реактора 1300 К. Состав продуктов реакции, об. H₂ 67,2; CO 18,4; H₂O 9,3; CH₄ 1,0; C₂H₂ 4,1. Ресурс работы медного цилиндрического анода 400 часов.

Пример 2.

В электродуговой плазмотрон мощностью 50 кВт подают 9 кг/ч водяного пара и 1 кг/ч метана. Плазменный поток, выходящий из плазмотрона, смешивают в камере смешения с 1 кг/ч водяного пара и 7,88 кг/ч метана. Полученную смесь подают в реактор, выполненный в виде футерованного канала. Время контакта - 0,05 с. Давление 1 ата. Температура продуктов реакции на выходе из реактора 1500 К. Состав продуктов реакции, об. H₂ 71,5; CO 22,6; H₂O 3,7; CH₄ 1,0; C₂H₂ 1,2. Ресурс работы медного цилиндрического анода 300 часов.

Пример 3.

В электродуговой плазмотрон мощностью 50 кВт подают 10 кг/ч водяного пара и 4,44 кг/ч метана. Плазменный поток, выходящий из плазмотрона, смешивают в камере смешения с 4,44 кг/ч метана. Полученную смесь подают в реактор, выполненный в виде футерованного канала. Время контакта 0,05 с. Давление 1 ата. Температура продуктов реакции на выходе из реактора 1500 К. Состав продуктов реакции, об. H₂ 69,5; CO 20,5; H₂O 6,4; CH₄ 1,0; C₂H₂ 2,6. Ресурс работы медного цилиндрического анода 350 часов.

Пример 4.

В электродуговой плазмотрон мощностью 50 кВт подают 10 кг/ч водяного пара и 1 кг/ч метана. Плазменный поток, выходящий из плазмотрона, смешивают в камере смешения с 7,88 кг/ч метана. Полученную смесь подают в реактор, выполненный в виде футерованного канала. Время контакта 0,05 с. Давление 1 ата. Температура продуктов реакции на выходе из реактора 1500 К. Состав продуктов реакции, об. H₂ 67,0; CO 18,5; H₂O 94,4; CH₄ 0,9; C₂H₂ 4,2. Ресурс работы медного цилиндрического анода 380 часов.

Пример 5.

В электродуговой плазмотрон мощностью 50 кВт подают 7 кг/ч водяного пара. Плазменный поток, выходящий из плазмотрона, смешивают в камере смешения с 3 кг/ч водяного пара и 8,88 кг/ч метана. Полученную смесь подают в реактор, выполненный в виде футерованного канала. Время контакта 0,1 ч. Давление 1 ата. Температура продуктов реакции на выходе из реактора 1300 К. Состав продуктов реакции, об. H₂ 71,0; CO 23,1; H₂O 3,2; CH₄ 1,5; C₂H₂ 1,2. Ресурс работы медного цилиндрического анода 300 часов.

Пример 6.

В электродуговой плазмотрон мощностью 50 кВт подают 9 кг/ч водяного пара. Плазменный поток, выходящий из плазмотрона, смешивают в камере смешения с 1 кг/ч водяного пара и 8,88 кг/ч метана. Полученную смесь подают в реактор, выполненный в виде футерованного канала. Время контакта 0,05 ч. Давление 1 ата. Температура продуктов реакции на выходе из реактора 1500 К. Состав продуктов реакции, об. H₂ 66,2; CO 20,0; H₂O 9,0; CH₄ 0,9; C₂H₂ 3,9. Ресурс работы медного цилиндрического анода 350 часов.

Пример 7.

В электродуговой плазмотрон мощностью 50 кВт подают 9 кг/ч водяного пара и 1 кг/ч метана. Плазменный поток, выходящий из плазмотрона смешивают, в камере смешения с 1 кг/ч водяного пара и 4,9 кг/ч метана. Полученную смесь подают в реактор, выполненный в виде футерованного канала. Время контакта - 0,05 ч. Давление 1 ата. Температура продуктов реакции на выходе из реактора 1500 К. Состав продуктов реакции, об. H₂ 66,2; CO 20,4; H₂O 12,3; CH₄ 0,8; C₂H₂ 0,3. Ресурс работы медного цилиндрического анода 350 часов.

Пример 8.

В электродуговой плазмотрон мощностью 50 кВт подают 10 кг/ч водяного пара и 0,5 кг/ч углеводородов (УВ) общей формулы C_nH_m, где n 4; m 8,3. Плазменный поток, выходящий из плазмотрона смешивают в камере смешения с 5,7 кг/ч углеводородов. Полученную смесь подают в реактор, выполненный в виде футерованного канала. Время контакта 0,05 ч. Давление 1 ата. Температура продуктов реакции на выходе из реактора 1500 К. Состав продуктов реакции, об. H₂ 52,6; CO 25,9; H₂O 19,2; УВ 1,8; C₂H₂ 0,5. Ресурс работы медного цилиндрического анода 350 часов.

Пример 9.

В электродуговой плазмотрон мощностью 50 кВт подают 8 кг/ч водяного пара. Плазменный поток, выходящий из плазмотрона, смешивают в камере смешения с 2 кг/ч водяного пара и 6,2 кг/ч УВ. Полученную смесь подают в реактор, выполненный в виде футерованного канала. Время контакта 0,05 ч. Давление 1 ата. Температура продуктов реакции на выходе из реактора 1500 К. Состав продуктов реакции, об. H₂ 52,0; CO 25,5; H₂O 19,4; УВ - 2,1; C₂H₂ 1,0. Ресурс работы медного цилиндрического анода - 350 часов.

Пример 10.

В электродуговой плазмотрон мощностью 50 кВт подают 8 кг/ч водяного пара и 1 кг/ч УВ. Плазменный поток, выходящий из плазмотрона смешивают в камере смешения с 2 кг/ч водяного пара и 5,2 кг/ч УВ. Полученную смесь подают в реактор, выполненный в виде футерованного канала. Время контакта 0,05 с. Давление 1 ата. Температура продуктов реакции на выходе из реактора 1500 К. Состав продуктов реакции, об. H₂ 5,2; CO 26,0; H₂O 19,0; УВ 1,7; C₂H₂ 0,1. Ресурс работы медного цилиндрического анода 350 часов.

Проведение процесса описанным способом позволяет увеличить ресурс работы медного цилиндрического анода с 200 до 300 400 часов и снизить содержание ацетилена в продуктах реакции до 0,3 4,2 об.

Формула изобретения

Способ получения синтез-газа конверсией углеводородного сырья с водяным паром в струе плазмы, включающий подачу водяного пара в плазмотрон с последующим введением полученной плазмы и углеводородов в камеру смешения, подачу полученной смеси в реактор, отличающийся тем, что часть водяного пара вводят в камеру смешения и/или часть углеводородов вводят в плазмотрон.