BG112796A - Получаване на сингаз за производство на водород, чрез паров реформинг на въглеводороди с прилагане на процес на пълно горене на поток горивни газове в автотермичен реформинг - Google Patents
Получаване на сингаз за производство на водород, чрез паров реформинг на въглеводороди с прилагане на процес на пълно горене на поток горивни газове в автотермичен реформинг Download PDFInfo
- Publication number
- BG112796A BG112796A BG112796A BG11279618A BG112796A BG 112796 A BG112796 A BG 112796A BG 112796 A BG112796 A BG 112796A BG 11279618 A BG11279618 A BG 11279618A BG 112796 A BG112796 A BG 112796A
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- combustion
- reforming
- stream
- syngas
- hydrocarbons
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
- C01B3/382—Multi-step processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
- C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
- C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
- C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
- C01B2203/0244—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being an autothermal reforming step, e.g. secondary reforming processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0283—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/1258—Pre-treatment of the feed
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P30/00—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
Изобретението се отнася към процесите на паров реформинг на въглеводороди и на частично и пълно окисление на въглеводороди. Сингаза е основен източник за производство на много продукти базирани на водород. Сингаза е газова смес получавана от въглеводороди, която съдържа водород и въглероден окис, както и въглероден двуокис и остатъчни количества нереформирани въглеводороди. Една от технологиите за получаване на сингаз е Автотермичен Реформинг АТР на леки въглеводороди. Вариант на АТР се използва като вторичен реформинг в двустепенния паров реформинг. Процесите на конвенционалния АТР протичат в реактор за АТР състоящ се от две зони. Една за процеса на частично горене и смесване който осигурява топлина за ендотермичния процес на паров реформинг в следващата втора зона с катализатор. Изобретението заменя процеса на частично горене на захранващия процесен газ в конвенционалния АТР с процес на пълно изгаряне на поток горивен газ. За осигуряване на процеса на АТР с пълно горене представен на фигура 4, в зоната за горене и смесване на реактора за АТР (16) се подава поток горивен газ (11), отделен от очистения в блока за сяроочистка (4) от серни съединения газ, смесен с поток водна пара (12). В зоната за горене се подава и поток окислител (8), смесен с поток водна пара (13). Продуктите на пълното горене отдават топлината си чрез смесване с поток (5) захранващ процесен газ и пара. Газовата смес постъпва в зоната с катализатор (16 В) на реактора за АТР с пълно горене (16), където протича процес на паров реформинг на въглеводородите доставени от поток (5) захранващ процесен газ и пара. Процеса на пълно горене на въглеводородите отделя повече топлина от процеса на частично горене и съответно осигурява топлина за паров реформинг на повече въглеводородна суровина. Осигурява се по-висок добив на водород от единица суровина и по-висока енергоефективност. Когато процеса на пълно горене на поток горивен газ се използва във вторичен реформинг, също се увеличава относителния добив на водород, понеже няма загуби от изгаряне на продукти постъпващи от първичния реформинг. Намаля и разхода на горивен газ за горелките на първичния реформинг, понеже топлообмена е директен чрез смесване и няма загуби на топлина от димните газове.
Description
' · ··· ···♦· ·· · Получаване на Сингаз за производство на водород, чрез паров^ф&(Л^||Г на в^даЪодррЙди с на процес на пълно горене на поток горивни газове в Автотермичен Реформинг
Описание
Наименование
Получаване на Сингаз за производство на водород, чрез наров реформинг на въглеводороди с прилагане на процес на пълно горене на поток горивни газове в Автотермичен Реформинг
Област на техниката
Изобретението се отнася до производството на сингаз чрез паров реформинг на въглеводороди.
Предшестващо състояние на техниката
Съществуващо ниво на технологиите за производство на водород.
Има различни технологии за производство на водород. Икономически най-ефективни и съответно най-разпространени са технологиите при които се получава сингаз от въглеводороди. Това са:
• Парциално окисление • Паров реформинг • Автотермичен реформинг АТР
Сингаза е газова смес съдържаща основно водород и въглероден окис, както,и въглероден двуокис и неконвертирани изходни въглеводороди.
В следващия етап на производството на водород - „Конверсия на въглероден окис“, въглеродния окис регира с водна пара до въглероден двуокис при което се получава още водород.
В зависимост от крайния продукт на производство - водород; амоняк; метанол; синтетично гориво; друг химичен продукт, са необходими различни съотношения между водорода и въглеродния окис в получения сингаз.
За производството на водород и амоняк, добивът на водород от единица суровина, трябва да е най-висок.
Преглед на технологиите за производство на сингаз.
Парциално окисление POX (Partial Oxidation)
Това е технология при която въглеводородите се подлагат на парциално окисление с кислород.
Page 1 of 14
Получаване на Сингаз за производство на водород, чрез napoi на втдоевоДОроди с ирипагапе на процес на пълно горене на поток горивни газове в Автотермичен Реформинг
Кислорода може да бъде доставен с подаване на въздух, на обогатен с кислород въздух, или на чист кислород.
Понеже за горене се подава цялото необходимо количество суровина, кислорода е в недостиг, не протича пълно окисление (изгаряне) на въглводородите до въглероден двуокис и вода. Окислението е частично РОХ до въглероден окис и водород, или до въглероден окис и вода, по следните реакции (тук и по-долу примерните реакции са с метан като суровина).
1. СН4+ 1.502 <=> CO+ 2Н2О
2. СНд + 0.5О2 <=> CO + 2Н2
ΔΗ298 к = -519 kJ/mol
ΔΗ298 к = -36 kJ/mol
Реакциите са екзотермични - отдават топлина и процеса не се нуждае от доставяне на топлина от външен източник.
В следващия етап - „Конверсия на въглероден окис“, при реакцията на въглеродния окис с водна пара върху катализатор се получава допълнително водород.
Технологията РОХ (парциално окисление) е с най-нисък относителен добив на водород от посочените три, но е практически единствената достатъчно ефективна, за получаване на сингаз от въглища, кокс и тежки остатъци от прерабоката на нефт. Тъй като не използва катрализатор, технологията РОХ е по-слабо чувствителна към сяра в изходните суровини, както и към образуване на сажди и въглерод.
Паров реформинг на въглеводороди.
При паровия реформинг се извършва окисление на природен газ, или леки въглеводороди с водна пара. Процеса протича в тръби запълнени с катализатор основно по ендотермична реакция (3).
3. СН4 + Н20 <=> CO + ЗН2
ΔΗ298 к — +206 kJ/mol
Процеса е с най-висок относителен добив на водород и е ендотермичен нуждае се от топлина, която се доставя от горелки извън тръбите.
Катализатора намаля своята активност при наличие на сяра в захранващия газ (природен газ, или леки въглеводороди), както и при отлагане върху него на сажди и/или въглерод.
За избягване на натравянето на катализаторите със сяра, захранващия процесен газ се подлага на сяроочистка при 350 - 400 °C.
Page 2 of 14
Получаване на Сингаз за производство на водород, чрез napoi на вк« еводароди с ириетагвие на процес на пълно горене на поток горивни газове в Автотермичен Реформинг
За избягване на образуването на сажди и/или въглерод процеса се провежда с излишък на водна пара, типичното молно съотношение пара към въглерод се поддържа около 3.
Когато на паров реформинг се подлагат въглеводороди с повече въглеродни атоми, захранващия процесен газ може да се подложи на предреформинг при температури 400 - 550 °C, където по-тежките от метан въглеводороди се конвертират до метан, водород, въглероден окис и въглероден двуокис.
Като апарат паровият реформинг е сложно техническо съоръжение с големи инвестиционни разходи. Провеждането на процеса в голям брой тръби, големите разлики на температурата и налягането вътре и извън тръбите, близостта на пламъка от горелките до стените на тръбите, налагат високи изисквания към материалите за изработка на тръбите, както и ограничения в температурата и налягането на процеса. Типичните стойности са: температура на изход около 800 - 850 °C, налягане до 30 - 35 бар.
За редуциране на размера и капиталовите разходи на паровия реформинг, редуциране разхода на гориво в горелките на пещта, както и за дозиране на необходимото количество азот при производството на амоняк, се използва двустепенен реформинг. Първа степен - първичен, тръбен, паров реформинг, и втора степен - вторичен, паро кислороден (въздушен) реформинг.
Вторичния реформинг се състои от две зони. Една в която постъпват окислителя и сингаза от първичния реформинг, съдържащ водород, въглероден окис, въглероден двуокис и остатъчен нереформиран метан. В тази зона част от горливите съставки на сингаза (водород,въглероден окис, метан) изгарят с кислорода от окислителя.
В зависимост от търсените цели - степен на редуциране на първичния реформинг; добив на водород; дозиране на стехиометрично за синтез на амоняк количество азот; определено съотношение водород към въглероден окис, окислителя може да бъде въздух, обогатен с кислород въздух, или кислород.
Тази зона освен горене трябва да осигури и добро смесване, и хомогенизиране на газовата смес с цел избягване на образуването на сажди и въглерод и тяхното отлагане върху катализатора.
След това сместта от сингаз и продуктите на горене постъпват в зона със слой катализатор, където протича ендотермичния процес на паров реформинг (реакция 3), и температурата на газовата смес бързо пада. Типичните температури на изход от вторичния реформинг са около 900 1000 °C.
Вторичния реформинг редуцира капиталовите и оперативните разходи (горивото за горелките на първичния реформинг), но намаля относителния добив на амоняк от единица въглеводородна суровина в захранващия газ,
Page 3 of 14
Получаване на Сингаз за производство на водород, чрез па potf gqfjJbiSiyijHr на въглеводороди с е рил а г« не на процес на пълно горене на поток горивни газове в Автотермичен Реформинг поради изгарянето на част от продуктите, или от остатъчния метан постъпващи от първичния реформинг.
Автотермичен реформинг АТР
При автотермичния реформинг, процесите протичат в един реактор с две зони. Една за частично изгаряне (РОХ) на изходните въглеводроди по реакции 1 и 2, и следваща зона с катализатор където протича процес на паров реформинг по реакция 3.
Изходната суровина преминава първо през блок за сяроочистка при 350 - 400 °C, ако суровината съдържа по-тежки от метан въглеводороди може да се подложи и на процеса на предварителен реформинг при температури 400 - 550 °C.
Тъй като количеството на въглеводородите е по-голямо от стехиометричното за пълно горене, изгарянето в зоната за изгаряне и смесване е непълно POX (Partial Oxidation). За да се осигури достатъчно топлина за следващия каталитичен, ендотермичен процес на паров реформинг, обикновенно за окислител се използва кислород, обогатен с кислород въздух, или по-голямо количество въздух (последното налага последващо отделяне на излишния азот).
Технологията АТР позволява конструиране и монтиране на икономически целесъобразни реактори с голям капацитет за сингаз. С монтиране на повече от един реактори за АТР свързани с една, или повече горивни камери, могат да се изградят инсталации за сингаз с практически неограничен капацитет.
Въпреки по-малките капиталови разходи, автотермичния реформинг не е така широко използван като двустепенния паров реформинг, поради относително по-ниската енергийна ефективност и по-ниския добив на водород от единица суровина.
По същество разгледания по-горе вторичен реформинг е автотермичен реформинг, но при него горят компоненти съдържащи се в сингаза постъпващ от първичния реформинг.
Иползват се различни варианти на паровия и на автотермичния реформинг, както и на комбинации от тях, например топлообменен реформинг (сингаза напускащ вторичния, автотермичен реформинг подгрява тръбите на първичния реформинг разположени в топлообменник).
Суровините също варират - метан, леки въглеводороди, отпадни и съпътстващи газове от рафинериите, кислород съдържащи съединения като алкохоли и етери, например за технологията горивна клетка (Fuel Cell).
Различни са и вариантите на окислителите - въздух, обогатен с кислород въздух, чист кислород.
Към настоящия момент най-широко използван метод за получаване на сингаз, остава двустепенния паров реформинг на метана.
Page 4 of 14
Получаване на Сингаз за производство на водород, чрез паро^ифЪ^цнг на въглеводороди с и рил а геи е на процес на пълно горене на поток горивни газове в Автотермичен Реформинг
Техническа същност на изобретението
Изобретението заменя процеса на частично РОХ окисление (горене) в автотермичния реформинг и процеса на изгаряне на продукти на суровия сингаз във вторичния реформинг, с процес на пълно окисление (изгаряне) на поток горивен газ.
В зоната за горене се подава окислител и горивен поток в количество, позволяващо максимално доближаване до реакцията (4.) на пълното горене (окисление). Протича следната реакция
4. СНд + 2О2 <=> СО2 + 2Н2О ΔΗ298 =-891 kJ/mol
В зависимост от търсения краен ефект - висок добив на водород, енергийна ефективност, производство на определен продукт, може да се използва окислител с различно съдържание на кислород - атмосферен въздух; обогатен на кислород въздух; обогатен на азот въздух; чист кислород.
Пълното изгаряне (реакция 4) отдава повече топлина за единица гориво, както и за единица кислород, в сравнение с реакции (1,2) на частично горене РОХ, както и от изгарянето във вторичния реформинг на водород до вода и на въглероден окис до въглероден двуокис. С пълното изгаряне на потока горивен газ, се осигурява топлина за реформирането на повече захранващ процесен газ и добива на повече водород от единица суровина по реакцията на паров реформинг (реакция 3), и съответно намаляне на разхода на захранващ процесен газ за единица краен продукт.
Изгарянето е вътре в реактора и след смесване със захранващия процесен газ, продуктите от горенето попадат на катализатора. Поради това потока горивен газ постъпващ за изгаряне в автотермичния реформинг, също трябва да бъде без сяросъдържащи компоненти.
Когато процеса автотермичен реформинг с пълно горене, се използва като вторичен реформинг в него също се използва горивен поток състоящ се от нереформирани в първичния реформинг въглеводороди. По този начин целия поток захранващ процесен газ участва в двете степени на паров реформинг и общия добив на водород е максималния за единица захранващ процесен газ, същия както при първичния тръбен паров реформинг. Това е така, понеже не изгарят и няма загуба на част от продуктите от първичния реформинг - както е при конвенционалния вторичен реформинг на сингаза постъпващ от първичния реформинг. В резултат се намаля разхода на захранващ процесен газ за единица продукт.
Page 5 of 14
Получаване на Сингаз за производство на водород, чрез паров*дв4>орч.иг на въглеводороди с ярияагвле на процес на пълно горене на поток горивни газове в Автотермичен Реформинг
От друга страна горивния газ след пълното изгаряне се смесва в същия апарат, с процесния захранващ газ, отдавайки изцяло и директно топлината си без загубите от топлообмена през стените на тръбите в първичния реформинг и от изнесената топлина от димните газове.
Това води до намаляне на разхода на потока горивен газ за реформирнето на едно и също количество захранващ процесен газ, в сравнение с конвенционалния двустепенен реформинг.
Изобретението намаля разхода за единица продукция, както на потока захранващ процесен газ, така и на газа за горене при двустепенния паров реформинг.
С намаляването на консумацията на газ, се редуцират в същата степен и емисиите на въглероден двуокис в атмосферата.
Относително повече намаляват емисиите на въглероден двуокис от димните газове след първичния реформинг, които са с атмосферно налягане и е технически сложно, и енергетически, и икономически неизгодно да се улавят.
Въглеродния двуокис в сингаза абсолютно също намалява и е по-малко за единица продукт, в сравнение с конвенционалните схеми на автотермичен и двустепенен паров реформинг. Отнесено към общите емисии на въглероден двуокис (сбора от емисии от процеса АТР и от горенето в пещта на първичния реформинг) при новата схема с пълно горене, емисиите на въглероден двуокис от процеса (от сингаза) са процентно повече от емисиите на въглероден двуокис от димните газове на пещта на първичния реформинг.
Тъй като процеса се провежда при налягане около 30 бара, това позволява да се улавя повече въглероден двуокис за единица продукт, с познатите и широко използвани технологии за очистване на сингаза от въглероден двуокис, след което този въглероден двуокис да се използва в производство на други продукти (например урея), или да се депонира.
Пояснение на фигурите
Представени са четири фигури.
Фигура 1 представя блок схема на конвенционален двустепенен паров реформинг.
Фигура 2 представя блок схема на конвенционален автотермичен реформинг
Page 6 of 14 ···· ·· · w - Получаване на Сингаз за производство на водород, чрез паров |»вфорл»1«чг на втяяеводороди с rtfJvftraгЯЛе на процес на пълно горене на поток горивни газове в Автотермичен Реформинг
Фигура 3 представя блок схема на двустепенен паров реформинг с вторичен реформинг с пълно изгаряне на поток горивен газ - обект на изобретението.
Фигура 4 представя блок схема на автотермичен реформинг с пълно изгаряне на поток горивен газ - обект на изобретението.
Означение на елементите във фигурите
1. Общ газов поток - суровина
2. Поток захранващ процесен газ за сяроочистка
3. Поток горивен газ за горелките на първичния паров реформинг
4. Блок за сяроочистка
5. Смес от захранващ процесен газ и пара
6. Първичен паров реформинг
7. Суров сингаз към вторичен реформинг
8. Окислител
9. Конвенционален вторичен реформинг
В. Зона с катализатор на вторичния реформинг
10. Сингаз
11. Горивен газ за пълно вътрешно изгаряне в автотермичен, или във вторичен реформинг - обект на изобретението
12. Пара за смесване със захранващия процесен газ . Пара за смесване с окислителя
14. Конвенционален автотермичен реформинг
В. Зона с катализатор на автотермичния реформинг
5.Вторичен реформинг с пълно горене - обект на изобретението
В. Зона с катализатор на вторичния реформинг с пълно горене .Автотермичен реформинг с пълно горене - обект на изобретението
В. Зона с катализатор на автотермичния реформинг с пълно горене
Забележки:
1. Във всички блок схеми, опционално след „4. Блок за сяроочистка“ може да бъде разположен предреформинг.
2. В блок схемите представени на фиг 2 и фиг. 4, не се използва „3. Поток горивен газ за горелките на първичния паров реформинг“. В тези фигури поток „1. Общ газов поток - суровина“, съвпада с поток „2. Поток захранващ процесен газ за сяроочистка“.
Page 7 of 14
Получаване на Сингаз за производство на водород, чрез паров реформинг на въглеводороди с гф^Лаг^-^ на процес на пълно горене на поток горивни газове в Автотермичен Реформинг
Примери за изпълнение на изобретението. Подробно описание.
1. Автотермичен реформинг с пълно горене
Разглеждаме схемата на процеса Автотермичен Реформинг с пълно горене изобразен на фигура 4.
Реактора за автотермичен реформинг с пълно горене е съд под налягане, който е футеровън с огнеупорни материали от вътрешната страна и е с водна риза от външната страна на якостния корпус.
Природния газ който съдържа основно метан е най-използваната суровина за получаване на сингаз.
Природния газ (1), подгрят до 350 - 400 °C постъпва в блок (4) за очистване от серни съединения.
Очистеният от сяросъдържащи компоненти газ се смесва с поток (12) прегрята водна пара.
След това парогазовата смес се разделя на два потока - поток (5) захранващ процесен газ, който постъпва в АТР (16) за смесване с продуктите на пълното горене и поток (11) горивен газ за пълно изгаряне, който постъпва в зоната за горене на ATP (16). Възможен е вариант на отделяне на поток (11) веднага след (4) блока за сяроочистка и преди смесването с пара (12).
В зоната за горене на АТР (16) се подава и окислителя (8), смесен с известно количество прегрята водна пара (13), и протича процеса на пълно горене по реакция 4. Възможен е вариант без подаване на пара (13) в потока окислител (8).
Продуктите на пълното горене се смесват със захранващия процесен газ (5) и газовата смес постъпва в зоната с катализатор (16 В). Там протича процеса на паров реформинг на метана по реакция 3.
В зависимост от крайния продукт, полученият сингаз (10) след охлаждане, се подава, или в блок за конверсия на въглероден окис с пара до въглероден двуокис и водород, или за производство в което въглеродния окис е суровина, например на метанол, или на продукти по синтеза на Фишер - Тропш.
Page 8 of 14
Получаване на Сингаз за производство на водород, чрез паров реформемнг на въглеводороди с п^ЛЯагЛЛ* на процес на пълно горене на поток горивни газове в Автотермичен Реформинг
2. Двустепенен паров реформинг с вторичен реформинг с пълно горене. Фиг. 3
Природния газ (1) се разделя на два потока - поток (3) горивен газ за горелките на първичния реформинг и поток (2) захранващ процесен газ, който след подгряване до 350 - 400 °C постъпва в блок (4) за очистване от серни съединения.
Очистеният от сяросъдържащи компоненти газ се смесва с поток (12) прегрята водна пара.
След това парогазовата смес се разделя на два потока.
Поток (5) захранващ процесен газ, постъпва в тръбите на първичния паров реформинг (6), където протича рекция 3 на паров реформинг. С цел редуциране на количеството на горивния газ (3) при тази схема може да се поддържа ниско топлинно натоварване, съответно ниска температура на реакцията в тръбите - под 750 °C и суровия сингаз (7) да съдържа повече остатъчен метан, който да се реформира в енергийно по-натоварения вторичен реформинг (15).
Поток (11) горивен газ за пълно вътрешно изгаряне, постъпва в зоната за горене на вторичния (АТР) паров реформинг (15). Възможен е вариант на отделяне на поток (11) веднага след (4) блока за сяроочистка и преди смесването с пара (12).
В зоната за горене на вторичния реформинг (15) се подава и окислителя поток (8), смесен с известно количество прегрята пара (13), и протича процеса на пълно горене по реакция 4. Възможен е вариант без подаване на пара (13) в потока окислител (8).
Продуктите на пълното горене се смесват със захранващия процесен газ (5) и газовата смес постъпва в зоната с катализатор (15 В). Там протича процеса на паров реформинг на метана по реакция 3.
Полученият сингаз (10) след охлаждане, се подава, или в блок за конверсия на въглероден окис с пара до въглероден двуокис и водород, или за производство в което въглеродния окис е суровина, например на метанол, или на продукти по синтеза на Фишер - Тропш.
Използване на изобретението
Изобретението може да се прилага във всички производства, които се базират на сингаз.
Изобретението е лесно изпълнимо. Конструктивна промяна в дизайна е необходима само на зоната за горене и смесване.
Използваните сега конвенционални реактори за автотермичен / вторичен реформинг се проектират за да осигурят частичното горене на постъпващите в реактора газове и смесването, и хомогенизирането на всички съдържащи
Page 9 of 14
Получаване на Сингаз за производство на водород, чрез паров рвформ^уг на въапеводв^оди с гцоилаган^ на процес на пълно горене на поток горивни газове в Автотермичен Реформинг се в тях вещества, в големи газови обеми и при високи налягане и температура.
Процеса на пълно горене в АТР протича при температура и налягане близки до тези на процеса на частично горене, и не поставя принципно нови технически изисквания за проектирането, производството, пуска, контрола на процеса и експлоатацията на реакторите за автотермичен и вторичен реформинг с пълно горене.
Всички знания и опит натрупани с конвенционалните процеси и реактори за автотермичен и вторичен реформинг, могат да се прилагат към новия процес на пълно горене и към апаратите за неговото приложение.
За съвременните системи за контрол на процесите, не представлява проблем управлението с висока степен на точност, надеждност и сигурност, на каквото и да е съотношение между горивния газ и окислитля, на другите необходими параметри на потоците постъпващи в реактора, както и мониторинга на процесите в самия реактор.
Изобретението може да се прилага както в новоизграждани инсталации, така и за реконструкция на съществуващи.
Подаването на горивен газ за пълно окисление в стехиометрично съотношение спрямо подавания окислител, максимизира добива на водород от единица въглеводородна суровина. Това е случая който носи най-висока ефективност за производството на водород и амоняк.
Подаването на горивен газ в различно извънстехиометрично за пълно окисление съотношение спрямо кислорода в подавания окислител („частично“ провеждане на частично горене), съчетано с методи за „настройване на състава“ на сингаза в следващите етапи на производство, позволява получаването на сингаз с оптимално съотношение на водорода спрямо въглеродния окис, за производството на необходимия краен продукт при подобрена ефективност.
Състава на сингаза и по-специално съдържанието на азота в него, може да се променя с използването на окислител с различно съотношение на азот към кислород в него (това съотношение във въздуха е 3.71). Окислителя може да бъде: чист кислород; обогатен на кислород въздух; обикновен въздух; обогатен на азот въздух.
По-високата ефективност на използване на суровина (гориво) и технически опростена схема, благоприятстват използването на автотермичния реформинг с пълно горене, за получаване на водород за използване в технологията горивна клетка (Fuel Cell), както и за получаване на водород за използване в локални малки, горивни, негоривни и производствени инсталации.
Page 10 of 14
Получаване на Сингаз за производство на водород, чрез паров^фЗр%чпь1г на въ^вод^роди с полагане на процес на пълно горене на поток горивни газове в Автотермичен Реформинг
Предимства на изобретението
В сравнение с конвенционалните схеми за получаване на сингаз от въглводороди, изобретението:
- Повишава добива на водород от единица суровина, съответно намаля консумацията на суровина за единица продукт.
- Намаля капиталовите разходи
- Намаля оперативните разходи
- Редуцира значително първичния паров реформинг, или за много приложения премахва необходимостта от двустепенен реформинг, като остава само една степен - автотермичен реформинг с пълно изгаряне на горивния газ.
- Схеми без първичен паров реформинг (без реакционни тръби), могат да работят с по-високо налягане на процеса над 40 бара; по-ниско съотношение пара към въглерод в захранващия процесен газ около и под 2; с повишен капацитет (производителност) за прозводство на сингаз.
Схемите без първичен реформинг, вече не са „тясно място“, пречка (Bottle neck), за увеличаване на капацитета на заводите.
- Редуцира атмосферните емисии на въглероден двуокис за единица продукт.
- Позволява улавяне и утилизиране в по-голяма степен на отделяния въглероден двуокис, поради увеличения дял на въглеродния двуокис в сингаза (при високо налягане), за сметка на дела на отделяния при атмосферно налягане от горелките в пещта на първичния реформинг.
- Увеличава възможностите за приложение на паровия реформинг за производство на водород за инсталации и „двигатели“ с горивна клетка (Fuel Cell).
- Увеличава възможностите за получаване на водород за локални, специфични „бутикови“ приложения.
- Реконструкция на съществуващи инсталации със замяна на конвенционалните реактори, или с малки промени в техните констукции и с малки инвестиции, постига значителен енергиен, икономически и екологичен ефект.
Page 11 of 14
Получаване на Сингаз за роизводство на водород чрез паров реформинг на въглеводороди с прилагане на процес на пълно горене на поток горивни газове в автотермичен реформинг .:
Приложения
Използвани източници:
1. Справочник Азотчика издание 2-е, переработанное Москва „Химия“ 1986
2. US5595719A Process for steam reforming of hydrocarbons
3. US6936082B2 Very large autothermal reformer
4. US7550215B2 Autothermal reformer-reforming exchanger arrangement for hydrogen production
5. EP 0 440 258 Bl Heat exchange reforming process and reactor system.
Page 1 of 3
Получаване на Сингаз за производство на водород, чрез паров реформинг на въглеводороди с прилагане на процес на пълно горене на поток горивни газове в Автотермичен Реформинг
Claims (9)
- Претенции1. Процес на автотермичен реформинг с пълно изгаряне за получавне на сингаз от въглеводороди, характеризиращ се с това, че в зона за горене на реактор за автотермичен реформинг с пълно изгаряне, чрез пълно изгаряне на поток горивен газ с кислорода от поток окислител и посредством смесване на продуктите на пълното изгаряне с поток захранващ процесен газ смесен с пара, се осигурява топлината за ендотермичния каталитичен процес на паров реформинг на въглеводородите в захранващия процесен газ, който процес протича в зоната с катализатор на рактора за автотермичен реформинг с пълно изгаряне.
- 2. Прилагане на процеса на пълно горене описан в претенция 1, в процес на вторичен паров реформинг с пълно изгаряне за получаване на сингаз, характеризиращ се с това, че в зона за горене на реактор за вторичен реформинг с пълно изгаряне, чрез пълно изгаряне на поток горивен газ с кислорода от поток окислител и след смесване на продуктите на пълното изгаряне с поток суров сингаз постъпващ от първичния паров реформинг, се осигурява топлината за ендотермичния каталитичен процес на паров реформинг на остатъчния метан в суровия сингаз, който процес протича в зоната с катализатор на реактори за вторичен реформинг с пълно изгаряне.
- 3. Прилагане на описаните в претенция 1 и претенция 2 процеси, за получавне на сингаз от природен газ, леки въглеводороди, съпътстващи и отпадни газове в рафинериите, алкохоли етери
- 4. Прилагане на описните в претенция 1 и претенция 2 процеси, след реконструкция на съществуващи конвенционални инсталации за получаване на сингаз, чрез замяна на съществуващите конвенционални реактори, с нови реактори с пълно изгаряне, или чрез модернизация на съществуващите реактори.
- 5. Подаване в зоните на горене и смесване на реакторите за автотермичен реформинг с пълно горене и на вторичния реформинг с пълно горене, на горивен газ в различни съотношения спрямо кислорода в окислителя и/или на окислител с различно съдържание на кислород, с цел протичане на реакции както на пълно, така и на частично горене, и получаване с подобрена ефективност на сингаз с необходимото за производството на крайния продукт съотношение между съдържащите се в сингаза компонентиPage 12 of 14Получаване на Сингаз за производство на водород, чрез паров реформинг на въглеводороди с прилагане на процес на пълно горене на поток горивни газове в Автотермичен Реформинг
- 6. Прилагане на описаните в претенция 1 и претенция 2 процеси, за изграждане на инсталации за автотермичен реформинг с голям капацитет, характеризиращи се с това, че се състоят от повече от един реактор за АТР свързани с една, или повече горивни камери за пълно горене.
- 7. Прилагане на описаните в претенция 1 и претенция 2 процеси, за производство на водород с цел използването му в стационарни и мобилни инсталации с горивни клетки (Fuel Cell).
- 8. Прилагане на описаните в претенция 1 и претенция 2 процеси, за производство на водород в локакни инсталации, с цел използването му като гориво, или като добавка в горивото за горене в пещи, котли, подгреватели, за горене в двигатели с вътрешно горене, за газови турбинни, или в други инсталации използващи горива, в случаи при които е нежелателно, или ограничено, използването на обикновенни (фосилни) горива.
- 9. Прилагане на описаните в претенция 1 и претенция 2 процеси, за производство на водород с цел използването му в локални стационарни и мобилни инсталации за негоривни приложения.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG112796A BG112796A (bg) | 2018-09-03 | 2018-09-03 | Получаване на сингаз за производство на водород, чрез паров реформинг на въглеводороди с прилагане на процес на пълно горене на поток горивни газове в автотермичен реформинг |
| PCT/BG2019/050001 WO2020047620A1 (en) | 2018-09-03 | 2019-08-27 | Generation of syngas for hydrogen production by steam reforming of hydrocarbons applying a process of complete combustion of a fuel gas stream in autothermal reforming |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG112796A BG112796A (bg) | 2018-09-03 | 2018-09-03 | Получаване на сингаз за производство на водород, чрез паров реформинг на въглеводороди с прилагане на процес на пълно горене на поток горивни газове в автотермичен реформинг |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BG112796A true BG112796A (bg) | 2020-04-15 |
Family
ID=67997945
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BG112796A BG112796A (bg) | 2018-09-03 | 2018-09-03 | Получаване на сингаз за производство на водород, чрез паров реформинг на въглеводороди с прилагане на процес на пълно горене на поток горивни газове в автотермичен реформинг |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| BG (1) | BG112796A (bg) |
| WO (1) | WO2020047620A1 (bg) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT202000022336A1 (it) * | 2020-09-22 | 2022-03-22 | Bwe Patents S R L | Processo di conversione di combustibile in correnti separate di anidride carbonica e di idrogeno |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5861441A (en) * | 1996-02-13 | 1999-01-19 | Marathon Oil Company | Combusting a hydrocarbon gas to produce a reformed gas |
| DE19955929C2 (de) * | 1999-11-20 | 2002-04-18 | Daimler Chrysler Ag | Verfahren zur autothermen Reformierung eines Kohlenwasserstoffs |
| US8273139B2 (en) * | 2003-03-16 | 2012-09-25 | Kellogg Brown & Root Llc | Catalytic partial oxidation reforming |
| EP1603995B1 (en) * | 2003-03-18 | 2018-05-30 | Kellogg Brown & Root, Inc. | Autothermal reformer-reforming exchanger arrangement for hydrogen production |
| JP6443405B2 (ja) * | 2016-07-04 | 2018-12-26 | トヨタ自動車株式会社 | 熱、水素生成装置 |
-
2018
- 2018-09-03 BG BG112796A patent/BG112796A/bg unknown
-
2019
- 2019-08-27 WO PCT/BG2019/050001 patent/WO2020047620A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2020047620A1 (en) | 2020-03-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2002231020B2 (en) | Dual stack compact fuel processor for producing a hydrogen rich gas | |
| RU2560363C2 (ru) | Способ риформинга углеводородов | |
| KR102341960B1 (ko) | Co2 막을 포함하는 개질기 디바이스 | |
| EP1977993B1 (en) | Catalytic steam reforming with recycle | |
| CN105820036B (zh) | 使用部分氧化生产甲醇的方法和系统 | |
| KR20210103677A (ko) | 수소 개질 시스템 | |
| US20230294985A1 (en) | Low carbon hydrogen fuel | |
| CA2938146A1 (en) | Method for producing a liquid hydrocarbon product from a fischer-tropsch process using a synthesis gas produced from an oxygen transport membrane based reforming reactor | |
| US20230174376A1 (en) | Production of Hydrocarbons | |
| EA030740B1 (ru) | Способ для производства богатых водородом газовых смесей | |
| Mosca et al. | Hydrogen in chemical and petrochemical industry | |
| US20230339747A1 (en) | Syngas stage for chemical synthesis plant | |
| EP2996984B1 (en) | Method for starting up a prereforming stage | |
| CA2842984C (en) | Process for producing synthesis gas | |
| BG112796A (bg) | Получаване на сингаз за производство на водород, чрез паров реформинг на въглеводороди с прилагане на процес на пълно горене на поток горивни газове в автотермичен реформинг | |
| Gaudernack | Hydrogen production from fossil fuels | |
| EA037465B1 (ru) | Способ получения синтез-газа для производства аммиака посредством риформинга углеводородов | |
| EP4371933A1 (en) | System and process for producing synthesis gas | |
| CN116057007B (zh) | 用于加热到蒸汽重整器的天然气进料的方法和系统及其用途 | |
| KR102323731B1 (ko) | 수소 생산용 다연료 개질 시스템 | |
| CA3218971A1 (en) | Heat exchange reactor for co2 shift | |
| JP2024521356A (ja) | 金属ダスティングを低減した熱交換反応器 | |
| EA046288B1 (ru) | Низкоуглеродное водородное топливо | |
| Al-Mulla | Syngas Technologies |