Способ получения синтез-газа

Авторы патента:

C01B3/34 - Неметаллические элементы; их соединения

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.

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.

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.

Настоящее изобретение относится к способу введения одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок в состав адгезионных добавок для асфальтового покрытия.

Способ получения графена, пленок и покрытий из графена // 2675146

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении композитов, электрохимических и электрофизических устройств. В электролите, содержащем источник углерода, размещают электроды.

Способ интерактивной сушки теплоизолированной печи каталитического окисления природного газа // 2675014

Изобретение относится к технологии обработки в печи каталитического окисления, а именно к способу интерактивной сушки адиабатической печи каталитического окисления природного газа.

Аппарат и способ получения водородсодержащего газа // 2674971

Изобретение относится к аппарату и способу получения водородсодержащего газа. Способ включает в себя подачу парометановой смеси в межтрубное пространство коаксиального смесителя, установленного на верхнем корпусе реактора.

Способ получения порошка карбида хрома // 2674526

Изобретение относится к получению нанодисперсного порошка карбида хрома. Проводят восстановительную обработку оксидного соединения хрома микроволновым излучением в атмосфере аргона.

Способ и устройство для производства синтез-газа // 2674427

Изобретение относится к способу и устройству производства синтез-газа. Способ производства синтез-газа (5) осуществляется посредством парового риформинга, при котором для получения обедненного азотом загружаемого сырья (4) для парового риформера (D), обогреваемого горелкой, из исходного вещества (1), содержащего углеводороды и азот, выделяют азот с образованием содержащего углеводороды остаточного газа (2), который впоследствии служит топливом (6).

Способ получения ячеистого пеноуглерода // 2674201

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении сорбентов, катализаторов, композитных материалов. Углеводородное сырьё разлагают в кварцевом реакторе при 850-900°C в присутствии инертного газа.

Установка для получения водорода // 2674123

Изобретение относится к установкам для получения водорода паровым риформингом. Предложена установка, включающая реактор с катализатором парового риформинга, в котором размещены узел селективного выделения водорода с водородселективной перегородкой и узел нагрева реактора с катализатором окисления, также содержащая устройство нагрева сырьевой смеси, состоящее из узла окисления и узла теплообмена, и систему подачи кислородсодержащего газа с газодувкой, холодильником и рекуперационным теплообменником.

Устройство и способ получения ацетилена и синтез-газа // 2673890

Изобретение относится к устройству для получения ацетилена и синтез-газа путем частичного окисления углеводородов кислородом. Устройство включает: реактор, снабженный блоком горелки с топочной камерой, для получения состава Z1, содержащего по меньшей мере ацетилен и замещенный ацетилен, первый скруббер, выполненный для смешивания состава Z1 с растворителем с получением состава Z2, второй скруббер, выполненный для смешивания состава Z2 с растворителем с получением состава Z3, первый отпарной аппарат, выполненный для отпаривания состава Z3 с получением состава Z4, содержащего замещенный ацетилен, ацетилен и растворитель, а также для выделения ацетилена, первую колонну, выполненную для частичной дегазации состава Z4 под давлением от 1,0 до 1,5 бар с получением состава Z5, состава Z10 и первой части А1 растворителя, второй отпарной аппарат, в который можно подавать состав Z5 для отпаривания состава Z9 с получением второй части А2 растворителя и состава Z6, третий отпарной аппарат, выполненный для отпаривания растворителя из первого скруббера с получением состава Z9, причем для подачи состава Z9 во второй отпарной аппарат третий отпарной аппарат соединен со вторым отпарным аппаратом.

Каталитическая установка // 2673839

Изобретение относится к каталитической установке, пригодной для использования в трубчатом реакторе, в сочетании с зернистым катализатором, в частности, с катализаторами, пригодными для использования в процессах каталитического потокового риформинга.

Способ получения активного угля на основе древесного сырья // 2675569

Изобретение относится к области производства активных углей. Предложен способ получения активного угля на основе древесного сырья, включающий измельчение исходного сырья до фрагментов 3-7 мм, его карбонизацию и парогазовую активацию. В качестве исходного сырья используют древесину железного дерева. Карбонизацию осуществляют при температуре 420-450°С со скоростью подъема температуры 10-12°С/мин, а активацию ведут при температуре 850±20°С и расходе водяного пара, равном 3-5 кг на 1 кг карбонизата. Способ позволяет получать активный уголь с высокой адсорбционной способностью по извлечению токсичных паров метанола из сигаретного дыма. 3 пр.

Способ получения активного угля на основе растительных отходов // 2675576

Изобретение относится к области получения активных углей, используемых в процессах очистки жидкостей. Предложен способ получения активного угля, включающий карбонизацию и парогазовую активацию растительного сырья. В качестве сырья используют предварительно подсушенные и измельченные оболочки семян манго. Карбонизацию осуществляют нагреванием сырья со скоростью 10-15°С/мин до температуры 550-600°С и изотермической выдержкой при конечной температуре в течение 20-40 минут. Активацию проводят при 800-820°С. Технический результат изобретения: получение активного угля на основе растительных отходов, обладающего эффективностью при осветлении растворов желатина. 3 пр.

Способы и системы получения железа прямого восстановления и газообразного топлива для сталелитейного завода // 2675581

Изобретение относится к способу получения железа прямого восстановления (DRI) и газообразного топлива для сталелитейного завода с применением коксового газа (COG) и газа основной сталеплавильной печи с подачей кислорода (BOFG). Способ включает следующие стадии: сжатие потока COG в компрессоре; пропускание сжатого потока COG через слой активированного древесного угля с удалением смол из сжатого потока COG; отделение потока газа, обогащенного водородом, от сжатого очищенного потока COG с применением блока адсорбции с перепадом давления (PSA). Далее подачу потока газа, обогащенного водородом, в шахтную печь прямого восстановления в качестве восстановительного газа и подачу потока оставшегося газа из блока PSA в сталелитейный завод в качестве газообразного топлива. При этом способ дополнительно включает рециркулирование потока колошникового газа из шахтной печи прямого восстановления обратно в восстановительный газ. Технический результат изобретения заключается в снижении уровня углеводородов в COG. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ производства пористых металлоуглеродных материалов // 2675582

Изобретение может быть использовано при изготовлении электродов топливных элементов, двухслойных конденсаторов, литий-ионных или литий-полимерных батарей, а также катализаторов или адсорбентов. На электропроводящую подложку, например стеклоуглеродную пластину, наносят слой полимерного комплекса переходного металла с основанием Шиффа вида [M(Shiff)]n, имеющего повторяющийся фрагмент следующей структуры: где n - целое число в интервале от 2 до 50000; М - переходный металл, выбранный из группы, состоящей из никеля, палладия, платины, кобальта, меди, железа; Shiff - тетрадентатный лиганд, выбранный из группы, состоящей из Salen (остаток бис-(салицилальдегид)-этилендиамина), Saltmen (остаток бис-(салицилальдегид)-тетраметилэтилендиамина), Salphen (остаток бис-(салицилальдегид)-о-фенилендиамина); R - заместитель в основании Шиффа, выбранный из группы, состоящей из Н- и углеродсодержащих заместителей, предпочтительно СН3-, С2Н5-, СН3О-, С2Н5O-; и Y - диаминовый мостик в основании Шиффа, имеющий следующую структуру: для основания Шиффа Salen, для основания Шиффа Saltmen, для основания Шиффа Salphen. Затем проводят нагрев в инертной атмосфере до 500-750°С в течение 1-4 ч до завершения процесса карбонизации полимерного комплекса. Инертную атмосферу создают одним или несколькими газами, выбранными из группы, включающей азот, аргон и гелий. Перед нагреванием подложку с нанесенным на нее слоем указанного комплекса можно промыть, используя ацетонитрил. Полученный электрохимически активный металлуглеродный материал имеет высокую электронную проводимость, удельную поверхность, контролируемые элементный состав и распределение размера пор, при этом атомы металла распределены внутри него равномерно. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 пр.

Способ получения фуллеренов и устройство для его осуществления // 2675865

Изобретение относится к нанотехнологии. Углеродосодержащий материал обрабатывают в электрическом поле между электродом в виде иглы 1, подключенным к источнику высокого напряжения 2, и жидкостным проточным осадительным электродом 3. Электрод в виде иглы 1 изготовлен из графита и его заостренное под иглу окончание обращено в сторону осадительного электрода 2. Электрод в виде иглы 1 размещен внутри трубки 4, выполненной из металлического катализатора, выбранного из Pt, Pd, Ni, Cr, Mn, Fe или стали, легированной Ni, Cr, Mn, а конец этой трубки, обращенный к осадительному электроду 3, сформирован с острой кромкой, примыкающей к графиту. Полученные фуллерены собирают на осадительном электроде 3. Изобретение позволяет снизить энергозатраты при получении фуллеренов. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Водород-аккумулирующие материалы и способ их получения // 2675882

Изобретение относится к водородным технологиям и водородной энергетике. Водород-аккумулирующие материалы содержат следующие компоненты, мас.%: 97-75 MgH2 и 3-25 никель-графенового катализатора гидрирования, представляющего собой 10 или 25 мас.% наночастиц Ni размером 1-10 нм, равномерно закрепленных на графеновой поверхности. Указанные материалы получают механохимической обработкой металлического магния с никель-графеновым катализатором гидрирования при комнатной температуре и давлении водорода 10-30 атм. Полученные водород-аккумулирующие материалы обладают большим содержанием обратимого водорода и высокой циклической стабильностью при уменьшении содержания и размеров наночастиц никеля. 2 н.п. ф-лы, 5 пр.

Способ получения и очистки синтез-газа // 2675892

Изобретение относится к способу получения и очистки синтез-газа, содержащего CO, H2, CO2, CH4, H2O и N2. Способ включает стадии получения CO- и H2-содержащего потока синтез-газа из углеводородсодержащего сырья, отделения по меньшей мере CO2 от потока синтез-газа и криогенного выделения CO из потока синтез-газа. СО2 с помощью адсорбции при переменной температуре отделяется от потока синтез-газа выше по потоку относительно криогенного отделения СО до уровня менее 10 млн-1 по объему. Насыщенный адсорбент регенерируется путем косвенного теплопереноса от среды теплоносителя к адсорбенту. Десорбция СО2 происходит при давлении в диапазоне от 0,5 до 9 МПа, предпочтительно от 1,5 до 6 МПа. CO2 после десорбции возвращается в устройство для получения синтез-газа в качестве реагента. Ниже по потоку относительно адсорбции при переменной температуре может проводиться дополнительная адсорбция при переменной температуре, чтобы отделить от потока синтез-газа оставшийся СО2. Обеспечивается экономичное получение синтез-газа без необходимости в газовом промывании. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ получения модифицированного активного угля // 2676044

Предложен способ модифицирования активного угля. Промышленный активный уголь промывают дистиллированной водой. Затем его обрабатывают раствором гидрокарбоната натрия с массовой долей растворенного вещества 5%. Далее осуществляют прогрев при температуре 100°С в течение 1 часа. Изобретение обеспечивает повышение сорбционной емкости угля по отношению к диметилформамиду. 3 табл., 3 пр.

Способ и система для производства жидкого углеводородного продукта с помощью процесса фишера-тропша с использованием синтез-газа, произведенного в реакторе риформинга на основе мембраны транспорта кислорода // 2676062

Изобретение относится к способам производства синтез-газа в системе риформинга на основе мембраны транспорта кислорода и жидкого углеводородного продукта с помощью процесса Фишера-Тропша. Способ включает риформинг питающего потока в реакторе риформинга в присутствии пара, лучистой теплоты от элементов мембраны транспорта кислорода и катализатора риформинга с получением потока преобразованного синтез-газа, содержащего водород, окись углерода и непреобразованный газообразный углеводород. Поток преобразованного синтез-газа дополнительно преобразуется в реакторе риформинга на основе мембраны транспорта кислорода и кондиционируется с получением потока продуктового синтез-газа. Поток продуктового синтез-газа затем подвергается синтезу с использованием процесса Фишера-Тропша с получением жидкого углеводородного продукта и отходящего газа Фишера-Тропша. Питающий поток содержит содержащее метан питание и питание в виде части отходящего газа Фишера-Тропша. Обеспечивается улучшение эффективности и рентабельности производства жидких углеводородных продуктов с помощью процесса Фишера-Тропша. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 6 ил., 4 табл.

Сетчатая структура углеродного материала и способ для ее производства // 2676287

Изобретение может быть использовано при изготовлении углеродсодержащих композиционных и конструкционных материалов. Поверхность углеродного материала галогенируют путём его обработки галогенсодержащим газом от 1 с до 24 ч при температуре 0–600 °C. Углеродный материал выбирают из группы, состоящей из активированного угля, углеродного нанорога, углеродного наносвитка, графита, сажи, алмазоподобного углерода, углеродного волокна, графена, аморфного углерода, фуллерена и углеродной нанотрубки. Обработанный углеродный материал контактируют с нуклеофильным соединением, в молекуле которого содержатся две или более нуклеофильных групп, от 1 с до 24 ч с образованием сетчатой структуры, в которой углеродные материалы поперечно сшиты друг с другом через связывающую группу, получаемую из указанного нуклеофильного соединения. Нуклеофильное соединение представляет собой по меньшей мере одно из группы, состоящей из алиароматического амина, ароматического амина, реактива Гриньяра, алкиллития, алкоксида металла, дитиола и органической перекиси. Галогенирование и обработку для образования сетчатой структуры можно выполнять одновременно или непрерывно в произвольном порядке. Полученная сетчатая структура обладает высокой механической прочностью, например прочностью при растяжении. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 7 ил., 2 табл., 20 пр.