початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2274600

СПОСІБ багатостадійну ОТРИМАННЯ синтетичного ГАЗУ

Ім'я винахідника: Столяревський Анатолій Якович
Ім'я патентовласника: ТОВ "Центр Кортес"
Адреса для листування: 123098, Москва, вул. Максимова, 4, ТОВ "Центр Кортес"
Дата початку дії патенту: 2004.09.03

Винахід відноситься до способу отримання синтез-газу, що містить в основному Н ₂ і СО, для виробництва водню, спиртів, аміаку, диметилового ефіру, етилену, для процесів Фішера-Тропша і може бути використано в хімічній промисловості для переробки вуглеводневих газів, а й в хемотерміческіх системах акумулювання і транспорту енергії і метан-метанольних термохімічних циклах розкладання води. Згідно винаходу в способі многостадийного отримання синтетичного газу проводять, як мінімум, дві послідовні стадії, в кожній з яких потік, що містить нижчі алкани, які мають орієнтовно від одного до чотирьох атомів вуглецю, пропускають через нагріває теплообмінник, а потім через адіабатичний реактор, заповнений насадкою каталізатора . Після останньої стадії з потоку видаляють водяна пара. Перед першою стадією і між стадіями потік змішують з водяною парою і / або діоксиду вуглецю і в кінці кожної стадії проводять охолодження. Винахід дозволяє підвищити коефіцієнт конверсії нижчих алканів і зменшити відношення Н ₂ / СО в виробничому синтез-газі.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до способу отримання синтез-газу, що містить в основному H ₂ і СО, для виробництва водню, спиртів, аміаку, диметилового ефіру, етилену, для процесів Фішера-Тропша і може бути використано в хімічній промисловості для переробки вуглеводневих газів, а й в хемотерміческіх системах акумулювання і транспорту енергії і метан-метанольних термохімічних циклах розкладання води.

Відомий спосіб отримання синтез-газу, що містить в основному H ₂ і СО, для виробництва спиртів, аміаку, диметилового ефіру, етилену, для процесів Фішера-Тропша, описаний в патенті РФ №2228901, дата публ. 2004.05.20, МПК С 01 В 3/38. Відомий спосіб отримання синтез-газу з заданим співвідношенням H ₂ / CO в діапазоні від 1,0 до 2,0 включає дві стадії: стадію А) парціального окислення і стадію Б) конверсії залишкового метану з продуктами стадії А) на каталізаторі. Стадію А) парціального окислення проводять в дві ступені: а) некаталітичного парціального окислення природного газу киснем з одержанням в продуктах реакції неравновесного змісту H ₂ O і CH ₄ при мольному співвідношенні кисню і метану, приблизно рівному 0,76-0,84, б) конверсії продуктів реакції ступені а) з коригуючими добавками CO ₂ і Н ₂ О або Н ₂ O і CH ₄ з отриманням газової суміші, яка проходить конверсію залишкового метану водяною парою на каталізаторі. Спосіб дозволяє виробляти синтез-газ зі складом, який відповідає заданому співвідношенню СО / Н _2. Спосіб можна використовувати для отримання вихідної сировини для подальших процесів синтезу спиртів, диметилового ефіру, аміаку або інших великотоннажних хімічних продуктів.

Однак описаний спосіб має ряд недоліків, до яких можна віднести функціональні і економічні обмеження застосування способу, пов'язані з необхідністю подачі великих витрат кисню (що перевищують за масою витрата конвертованого природного газу), виробництво якого вимагає великих енергетичних (до 1000 кВт.год / т) і капітальних витрат (до 1500 дол. США / кг.ч ^-1). Серйозною проблемою і є сажеобразование, різко знижує активність каталізаторів.

Відомий спосіб отримання синтез-газу, що містить в основному H ₂ і СО, описаний в монографії "Ядерно-технологічні комплекси на основі високотемпературних реакторів", А.Я.Столяревскій - Москва: "Вища школа", 1988. - 152 с. (ISBN 5-283-03750-9), с.107-109. Цей спосіб технологічної конверсії вуглеводневої сировини включає багатостадійну отримання синтез-газу, що містить в основному H ₂ і СО, в якому проводять як мінімум дві послідовні стадії, в кожній з яких потік, що містить нижчі алкани, які мають орієнтовно від одного до чотирьох атомів вуглецю, пропускають через що нагріває теплообмінник, а потім через адіабатичний реактор, заповнений насадкою каталізатора, і після останньої стадії з потоку видаляють водяна пара - прототип. Недоліками даного рішення є відносно низький коефіцієнт конверсії алканів (до 90%) і відносно високе відношення H ₂ / СО в синтез-газі як продукті процесу, що погіршує умови подальшого синтезу похідних продуктів з синтез-газу.

Мета цього винаходу полягає в тому, щоб створити новий спосіб, що дозволяє підвищити коефіцієнт конверсії нижчих алканів і створити технологічні можливості щодо зменшення співвідношення Н ₂ / СО в виробленому синтез-газі.

Поставлена ​​задача вирішується тим, що:

- В багатостадійному отриманні синтез-газу, в якому проводять як мінімум дві послідовні стадії, в кожній з яких потік, що містить нижчі алкани, які мають орієнтовно від одного до чотирьох атомів вуглецю, пропускають через нагріває теплообмінник, а потім через адіабатичний реактор, заповнений насадкою каталізатора , і після останньої стадії з потоку видаляють водяна пара, причому потік, що містить нижчі алкани, перед першою стадією і між стадіями змішують з водяною парою і / або діоксиду вуглецю і в кінці кожної стадії проводять охолодження потоку. Коефіцієнт конверсії алканів при такому способі підвищується понад 90%, а відношення H ₂ / СО може змінюватися від 2 до 4 в зависмости від цільового кінцевого продукту;

- Охолодження потоку проводять з утилізацією тепла для нагріву і випаровування води;

- Після виведення з потоку водяної пари проводять видалення з потоку діоксиду вуглецю і / або водню, щонайменше, частина яких направляють на змішання з потоком перед і / або між стадіями;

- Перед стадіями проводять очистку потоку від сполук сірки;

- В нагрівається теплообміннику нагрів потоку ведуть за рахунок конвективного охолодження теплоносія через герметичні теплообмінні поверхні;

- Нагрів потоку теплоносієм на кожній стадії ведуть паралельно іншій стадії по ходу охолодження теплоносія;

- В адіабатичному реакторі підтримують температуру в діапазоні орієнтовно від 600 ° С до 900 ° С;

- Каталізатор містить в якості активних компонентів метал, вибраний з групи родій, нікель, платина, іридій, паладій, залізо, кобальт, реній, рутеній, мідь, цинк, залізо, їх суміші або сполуки;

- Нижчий алкан є метан;

- Тиск потоку вибирають в діапазоні орієнтовно від 2.0 до 9.0 МПа;

- Об'ємний вміст діоксиду вуглецю перед першою стадією підтримують в діапазоні орієнтовно від 10 до 30% від об'ємного вмісту алканів;

- Об'ємний вміст водяної пари перед першою стадією підтримують в діапазоні орієнтовно від 4 до 12 разів більшому, ніж об'ємний вміст алканів;

- В якості теплоносія застосовують гелій, нагрітий в ядерному реакторі.

Прикладом реалізації винаходу служить спосіб многостадийного отримання синтез-газу, описаний нижче.

У излагаемом прикладі здійснення винаходу в якості нижчого алкана застосовується метан, що дозволяє охарактеризувати особливості реалізації винаходу стосовно до процесів переробки природного і попутного газів.

Метан з тиском вище 4.0 МПа змішують зі стисненим до тиску метану реціркуліруемих газом, що містить водень, монооксид і діоксид вуглецю, підігрівають до температури близько 400 ° C і утворився потік газу подають на стадію очищення від сірчистих сполук (якщо вони містяться у вигляді домішок в метані ), яку проводять в дві ступені: спочатку ведуть, наприклад, на алюмокобальтмолібденовом каталізаторі гідрування органічних сполук сірки, наприклад меркаптанів, в сірководень, а потім потік направляють на поглинання утворився сірководню активованим оксидом цинку в реакторах поглинання, включених в роботу послідовно або паралельно. Потік газу, очищений (в перерахунку на сірку) до масової концентрації сірки менше 0.5 мг / нм ^3, змішують з перегрітою потоком пара до співвідношення пар / газ, наприклад, рівного 5.0. З метою збільшення ступеня конверсії метану об'ємний вміст водяної пари перед першою стадією підтримують в діапазоні орієнтовно від 4 до 12 разів більшому, ніж об'ємний вміст алканів. При зниженні відносини пар / газ нижче 4 знижується ефективність процесу і ростуть капітальні витрати, що пов'язано або з необхідністю збільшити потік рециркуляції газів в зв'язку з низьким ступенем конверсії при вказаній нижче температурі нагріву потоку або з необхідністю збільшити температуру нагрівання потоку понад 1000-1200 ° С , що змусить використовувати більш дорогі матеріали для теплообмінника. Підвищення відносини пар-газ понад 12 та викличе зниження ефективності процесу в зв'язку з необхідністю виробляти надлишкову водяну пару.

Утворився потік направляють в першу секцію нагріває теплообмінника, в якому нагрівають, наприклад, до температури близько 650 ° С і направляють в перший адіабатичний реактор, заповнений насадкою каталізатора, в якості якого, наприклад, переважно використовувати нікелевий каталізатор типу ГИАП-16. Можуть і застосовуватися і каталізатори на основі інших активних металів, вибраних з групи родій, платина, іридій, паладій, залізо, кобальт, реній, рутеній, мідь, цинк, залізо, їх суміші або сполуки. Склад каталізатора зі зміною змісту платиноїдів, а й металів, які впливають на кінетику окислення оксиду вуглецю водяною парою (реакція зсуву) дозволить управляти вмістом водню в кінцевому продукті.

В адіабатичному реакторі без підведення тепла виробляють часткову конверсію метану до об'ємної частки метану не більше 33%, після чого потік з температурою близько 600 ° С направляють на охолодження в котлі-утилізатори для отримання водяної пари. Охолодження потоку дозволяє поліпшити роботу нагріває теплообмінника за рахунок збільшення среднелогаріфміческого теплового напору. Перед наступною стадією процесу, яка повторює за складом дій першу стадію, в потік дозують водяна пара.

Збагачений по компонентах потік направляють в другу секцію нагріває теплообмінника, де температуру потоку підвищують до 750 ° С, а потім направляють у другій адіабатичний реактор, за конструкцією повторює перший адіабатичний реактор, заповнений насадкою каталізатора, в якому виробляють подальшу конверсію метану зі зменшенням його змісту до 17% при температурі потоку на виході близько 660 ° С. Потім потік знову охолоджують в котлі-утилізатори, змішують з додатковою кількістю водяної пари і направляють на остаточну доконверсія метану в третю стадію, в якій порядок і зміст операцій не відрізняються від перших двох стадій, а температура нагріву становить близько 870 ° С. Вибір температури нагріву визначається, в першу чергу, температурним потенціалом теплового джерела, наприклад, нагрітого в ядерному реакторі гелію, а й можливостями створення теплообмінників з відносно недорогими жароміцними теплообмінними поверхнями на основі сталей і сплавів з низьким вмістом дорогих компонентів (нікелю, кобальту, хрому, молібдену і т.д.), що зумовлює кращий рівень верхньої можливої ​​температури 900 ° С. З іншого боку, рівноважна ступінь і швидкість перетворення метану нижче 600 ° С навіть при відносно високих співвідношеннях водяна пара / газ стає практично неприйнятною.

Після виходу з третьої стадії з температурою на виході понад 750 ° С потік з вмістом метану близько 3% направляють послідовно в пароперегреватель, котел-утилізатор, підігрівач живильної води, а потім в теплообмінник теплофикационной води, в яких потік охолоджують до 170 ° С, після чого остаточно охолоджують до 40 ° С в водяних теплообмінниках нагріву недеаерірованной води. Ступінь конверсії метану в описаному процесі становить близько 80%, а співвідношення Н ₂ / (СО + CO ₂₎ дорівнює близько 2.9.

Отриманий синтез-газ можуть потім використовувати для виробництва товарного водню, для чого з потоку видаляють CO ₂ в абсорбційної очищення, наприклад, водним розчином активованого моно- і діетаноламіну, а потім остаточно виділяють водень шляхом короткоцикловой адсорбції на активованому вугіллі або цеолітах, в процесі чого отримують продукти десорбції, які направляють частково на спалювання і використовують в якості реціркуліруемого газу.

У другому прикладі, в варіантах виробництва метанолу та / або диметилового ефіру, після сіркоочистки метан змішують зі стисненим до тиску потоку діоксидом вуглецю, джерелом якого можуть бути димові гази, технологічні процеси, в тому числі бродіння, декарбонізації або, як на Оренбурзькому родовищі, складова частина підземного природного газу, а й рециркуляция потоків самого виробництва. Утворився потік направляють в першу секцію нагріває теплообмінника, в якому нагрівають, наприклад, до температури близько 650 ° С, і направляють в перший адіабатичний реактор, заповнений насадкою каталізатора, в якості якого, наприклад, переважно використовувати нікелевий каталізатор. Можуть і застосовуватися і каталізатори на основі інших активних металів. Склад каталізатора впливає на кінетику процесів за участю діоксиду вуглецю, що дозволить управляти вмістом водню в кінцевому продукті.

В адіабатичному реакторі без підведення тепла виробляють часткову конверсію метану до об'ємної частки метану не більше 40%, після чого потік з температурою близько 600 ° С направляють на охолодження в котлі-утилізатори. Перед наступною стадією процесу, яка повторює за складом дій першу стадію, в потік дозують додаткову кількість діоксиду вуглецю, зрушуючи тим самим термодинамічна рівновага процесу в бік більшої конверсії метану в синтез-газ.

Збагачений по компонентах потік направляють в другу секцію нагріває теплообмінника, де температуру потоку підвищують до 750 ° С, а потім направляють у другій адіабатичний реактор, за конструкцією повторює перший адіабатичний реактор, заповнений насадкою каталізатора, в якому виробляють подальшу конверсію метану зі зменшенням його змісту нижче 20% при температурі потоку на виході близько 650 ° С. Потім потік знову охолоджують в котлі-утилізатори, змішують з додатковою кількістю діоксиду вуглецю і направляють на остаточну доконверсія метану в третю стадію, в якій порядок і зміст операцій не відрізняються від перших двох стадій, а температура нагріву становить близько 860 ° С. Вибір температури нагріву визначається, в першу чергу, температурним потенціалом теплового джерела, наприклад, продуктів згоряння технологічних газів або нагрітого в ядерному реакторі гелію, а й можливостями створення теплообмінників з відносно недорогими жароміцними теплообмінними поверхнями на основі сталей і сплавів з низьким вмістом дорогих компонентів (нікелю , кобальту, хрому, молібдену і т.д.), що зумовлює кращий рівень верхньої можливої ​​температури 900 ° С. З іншого боку рівноважна ступінь і швидкість перетворення метану нижче 600 ° С навіть при відносно високих співвідношення водяна пара / газ стає практично неприйнятною.

Після виходу з третьої стадії з температурою на виході понад 750 ° С потік з вмістом метану близько 3% направляють послідовно в котел-утилізатор, а потім в теплообмінник теплофикационной води, в яких потік охолоджують до 170 ° С, після чого остаточно охолоджують до 40 ° З в водяних теплообмінниках нагріву недеаерірованной води.

Можливий і третій варіант реалізації процесу, в якому замість трьох ступенів нагріву потік пропускають через дворазовий цикл нагрівання-охолодження. Такий варіант можливий при збільшенні температури нагріву потоку на першій і другій стадіях до 900 ° С з одночасним збільшенням відносини пар-газ понад 8. У цьому випадку і вдається отримати необхідні значення ступеня конверсії метану (близько 90%) або інших нижчих алканів з одночасним зниженням витрат металу на теплообмінник, але при збільшених витратах металу на генерацію водяного пара. При використанні діоксиду вуглецю для конверсії метану для двухстадийного процесу буде потрібно збільшити вміст CO _2, що спричинить за собою зростання енерговитрат і потужності на виділення надлишкового CO ₂ і його рециркуляцію.

Можливий четвертий приклад реалізації способу, при якому основним агентом конверсії метану використовують водяну пару, але, одночасно, в даному прикладі для зниження відносини Н ₂ / (СО + CO ₂₎ в кінцевому синтез-газі об'ємний вміст діоксиду вуглецю перед першою стадією підтримують в діапазоні орієнтовно від 10 до 30% від об'ємного вмісту алканів. В цьому випадку всі стадії проводять аналогічно першому описаного прикладу, але співвідношення Н ₂ / (СО + CO ₂₎ отримують орієнтовно рівним 2.1, тобто нижчим, ніж в першому прикладі, що сприятливо для виробництва деяких продуктів. Зокрема, в разі використання отриманого осушенного синтез-газу для подальшого синтезу метанолу або диметилового ефіру потік можуть без очищення від CO ₂ і виділення водню відразу направити в колони каталітичного синтезу, куди і направляють не прореагував газ, що виходить з відділення синтезу.

З огляду на необхідність зниження роботи стиснення, процес ведуть при тиску, мінімально відмінному від тиску синтезу подальшої товарної продукції, що становить в різних технологіях від 6 до 10 МПа, або тиску, що видається для подальшого використання водню або конвертованого газу (від 2 до 9 МПа), як це має місце в ядерних хемотерміческіх системах, описаних в джерелі, цитованому вище. Аналогічно вибирають тиск в виробництвах спиртів, аміаку, диметилового ефіру, етилену, для процесів Фішера-Тропша і інших технологіях, де може ефективно застосовуватися спосіб відповідно до винаходу.

Процеси виробництва синтез-газу з потоків, що містять інші нижчі алкани (етан, пропан, бутан), наприклад, на основі попутних газів нафтовидобутку, проводять аналогічно викладеним вище прикладів.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб многостадийного отримання синтетичного газу, в якому проводять, як мінімум, дві послідовні стадії, в кожній з яких потік, що містить нижчі алкани, які мають орієнтовно від одного до чотирьох атомів вуглецю, пропускають через нагріває теплообмінник, а потім через адіабатичний реактор, заповнений насадкою каталізатора, і після останньої стадії з потоку видаляють водяна пара, що відрізняється тим, що потік, що містить нижчі алкани, перед першою стадією і між стадіями змішують з водяною парою і / або діоксиду вуглецю і в кінці кожної стадії проводять охолодження.

2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що охолодження потоку проводять з утилізацією тепла для нагріву і випаровування води.

3. Спосіб за п.1 або 2, який відрізняється тим, що після виведення з потоку водяної пари проводять видалення з потоку діоксиду вуглецю і / або водню, щонайменше, частина яких направляють на змішання з потоком перед і / або між стадіями.

4. Спосіб за п.1 або 2, який відрізняється тим, що перед стадіями проводять очистку потоку від сполук сірки.

5. Спосіб за п.1 або 2, який відрізняється тим, що в нагрівається теплообміннику нагрів потоку ведуть за рахунок конвективного охолодження теплоносія через герметичні теплообмінні поверхні.

6. Спосіб за п.1 або 2, який відрізняється тим, що нагрівання в теплообміннику потоку теплоносієм на кожній стадії ведуть паралельно іншій стадії по ходу охолодження теплоносія.

7. Спосіб за п.1 або 2, який відрізняється тим, що в адіабатичному реакторі підтримують температуру в діапазоні орієнтовно від 600 до 900 ° С.

8. Спосіб за п.1 або 2, який відрізняється тим, що нижчий алкан є метан.

9. Спосіб за п.1 або 2, який відрізняється тим, що тиск потоку вибирають в діапазоні орієнтовно від 2,0 до 9,0 МПа.

10. Спосіб за п.1 або 2, який відрізняється тим, що об'ємний вміст діоксиду вуглецю перед першою стадією підтримують в діапазоні орієнтовно від 10 до 30% від об'ємного вмісту алканів.

11. Спосіб за п.1 або 2, який відрізняється тим, що об'ємний вміст водяної пари перед першою стадією підтримують в діапазоні орієнтовно від 4 до 12 разів більшому, ніж об'ємне утримання алканів.

12. Спосіб за п.1 або 2, який відрізняється тим, що в якості теплоносія застосовують гелій, нагрітий в ядерному реакторі.

Версія для друку
Дата публікації 02.03.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів