BG112796A - Syngas production for producing hydrogen through steam reforming of hydrocarbons applying a full combustion process of fuel gas stream in autothermal reforming - Google Patents

Syngas production for producing hydrogen through steam reforming of hydrocarbons applying a full combustion process of fuel gas stream in autothermal reforming Download PDF

Info

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
Application number
BG112796A
Other languages
Bulgarian (bg)
Inventor
Тодор ТОДОРОВ
Атанасов Тодоров Тодор
Original Assignee
Тодор ТОДОРОВ
Атанасов Тодоров Тодор
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Тодор ТОДОРОВ, Атанасов Тодоров Тодор filed Critical Тодор ТОДОРОВ
Priority to BG112796A priority Critical patent/BG112796A/en
Priority to PCT/BG2019/050001 priority patent/WO2020047620A1/en
Publication of BG112796A publication Critical patent/BG112796A/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32Production 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
    • C01B3/34Production 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
    • C01B3/38Production 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
    • C01B3/382Multi-step processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0244Processes 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0283Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1258Pre-treatment of the feed
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P30/00Technologies 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

The invention relates to the processes of steam reforming of hydrocarbons and of partial and complete oxidation of hydrocarbons. The syngas is a major source for the production of many hydrogen-based products. The syngas is a gas mixture obtained from hydrocarbons, which contains hydrogen and carbon monoxide, as well as carbon dioxide and residues of unreformed hydrocarbons. One of the technologies for obtaining syngas is Autothermal Reforming ATR of light hydrocarbons. An ATR variant is used as a secondary reforming in the two-step steam reforming. The processes of the conventional ATR take place in an ATR reactor consisting of two zones. One of them is for the partial combustion and mixing process, which provides heat for the endothermic steam reforming process in the next, second catalyst zone. The invention replaces the process of partial combustion of the feed process gas in the conventional ATR with a process of complete combustion of a fuel gas stream. In order to ensure the full combustion ATR process shown in Figure 4, a stream of fuel gas (11) is fed into the combustion and mixing zone of the ATR reactor (16), separated from the sulfur compounds purified gas in the sulfur treatment unit (4) mixed with a stream of steam (12). A stream of oxidant (8) mixed with a stream of water vapour (13) is also fed into the combustion zone. The products of complete combustion give off their heat by mixing with a flow (5) supplying process gas and steam. The gas mixture enters the catalyst zone (16 B) of the ATR full combustion reactor (16), where a process of steam reforming of the hydrocarbons supplied by a stream (5) feeding process gas and steam takes place. The process of complete combustion of hydrocarbons emits more heat than the process of partial combustion and accordingly provides heat for steam reforming of more hydrocarbon feedstock. Higher hydrogen production per unit of raw material and higher energy efficiency are ensured. When the process of complete combustion of a fuel gas stream is used in secondary reforming, the relative hydrogen production also increases, because there are no losses from combustion of products coming from the primary reforming. It also reduces the consumption of fuel gas for the burners of the primary reforming, because the heat exchange is direct by mixing and there are no heat losses from the flue gases whatsoever.

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'· ··· ··· ♦ · ·· · Preparation of Syngas for hydrogen production, by steam ^ f & (L ^ || D of the process of full combustion of a stream of fuel gases in Autothermal Reforming

ОписаниеDescription

НаименованиеName

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 РеформингObtaining Syngas for hydrogen production by pomegranate reforming of hydrocarbons by applying a process of complete combustion of a stream of fuel gases in Autothermal Reforming

Област на техникатаField of technology

Изобретението се отнася до производството на сингаз чрез паров реформинг на въглеводороди.The invention relates to the production of syngas by steam reforming of hydrocarbons.

Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION

Съществуващо ниво на технологиите за производство на водород.Existing level of hydrogen production technologies.

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:There are different technologies for hydrogen production. The most economically efficient and, accordingly, the most widespread are the technologies that produce syngas from hydrocarbons. These are:

• Парциално окисление • Паров реформинг • Автотермичен реформинг АТР• Partial oxidation • Steam reforming • Autothermal reforming of ATP

Сингаза е газова смес съдържаща основно водород и въглероден окис, както,и въглероден двуокис и неконвертирани изходни въглеводороди.Syngas is a gas mixture containing mainly hydrogen and carbon monoxide, as well as carbon dioxide and unconverted starting hydrocarbons.

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.In the next stage of hydrogen production - "Carbon monoxide conversion", carbon monoxide registers with water vapor to carbon dioxide, which produces more hydrogen.

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.Depending on the final product of production - hydrogen; ammonia; methanol; synthetic fuel; another chemical product, different ratios of hydrogen and carbon monoxide are required in the resulting syngas.

За производството на водород и амоняк, добивът на водород от единица суровина, трябва да е най-висок.For the production of hydrogen and ammonia, the yield of hydrogen per unit of raw material must be the highest.

Преглед на технологиите за производство на сингаз.Review of syngas production technologies.

Парциално окисление POX (Partial Oxidation)Partial Oxidation POX

Това е технология при която въглеводородите се подлагат на парциално окисление с кислород.This is a technology in which hydrocarbons are subjected to partial oxidation with oxygen.

Page 1 of 14Page 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 РеформингObtaining Syngas for hydrogen production by means of full combustion of a stream of fuel gases in Autothermal Reforming

Кислорода може да бъде доставен с подаване на въздух, на обогатен с кислород въздух, или на чист кислород.Oxygen can be supplied by supplying air, oxygen-enriched air, or pure oxygen.

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).Because all the necessary amount of raw material is supplied for combustion, oxygen is in short supply, complete oxidation (combustion) of the hydrocarbons to carbon dioxide and water does not take place. The oxidation is partial POX to carbon monoxide and hydrogen, or to carbon monoxide and water, by the following reactions (hereinafter the exemplary reactions are with methane as feedstock).

1. СН4+ 1.502 <=> CO+ 2Н2О1. CH4 + 1.502 <=> CO + 2H 2 O

2. СНд + 0.5О2 <=> CO + 2Н2 2. CIS + 0.5O 2 <=> CO + 2H 2

ΔΗ298 к = -519 kJ/molΔΗ 2 98 k = -519 kJ / mol

ΔΗ298 к = -36 kJ/molΔΗ 2 98 k = -36 kJ / mol

Реакциите са екзотермични - отдават топлина и процеса не се нуждае от доставяне на топлина от външен източник.The reactions are exothermic - they give off heat and the process does not need to supply heat from an external source.

В следващия етап - „Конверсия на въглероден окис“, при реакцията на въглеродния окис с водна пара върху катализатор се получава допълнително водород.In the next step - "Conversion of carbon monoxide", the reaction of carbon monoxide with water vapor on a catalyst produces additional hydrogen.

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.The ROX (partial oxidation) technology has the lowest relative hydrogen yield of these three, but is practically the only one efficient enough to produce syngas from coal, coke and heavy oil refining residues. Because it does not use a catalyst, the ROX technology is less sensitive to sulfur in the feedstocks, as well as to the formation of soot and carbon.

Паров реформинг на въглеводороди.Steam reforming of hydrocarbons.

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).In steam reforming, oxidation of natural gas or light hydrocarbons with steam is performed. The process takes place in tubes filled with catalyst mainly by endothermic reaction (3).

3. СН4 + Н20 <=> CO + ЗН2 3. CH4 + H 2 0 <=> CO + CH 2

ΔΗ298 к +206 kJ/molΔΗ 2 98 k - +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.The process has the highest relative hydrogen yield and is endothermic in need of heat, which is supplied by burners outside the pipes.

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.The catalyst reduces its activity in the presence of sulfur in the feed gas (natural gas or light hydrocarbons), as well as in the deposition of soot and / or carbon.

За избягване на натравянето на катализаторите със сяра, захранващия процесен газ се подлага на сяроочистка при 350 - 400 °C.To avoid poisoning the catalysts with sulfur, the feed process gas is subjected to desulphurization at 350 - 400 ° C.

Page 2 of 14Page 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 РеформингObtaining Syngas for the production of hydrogen by means of hydrocarbons with a process of complete combustion of a stream of fuel gases in Autothermal Reforming

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.To avoid the formation of soot and / or carbon, the process is carried out with an excess of water vapor, the typical molar ratio of vapor to carbon is maintained around 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.When hydrocarbons with more carbon atoms are subjected to steam reforming, the feed process gas may be subjected to pre-reforming at temperatures of 400-550 ° C, where hydrocarbons heavier than methane are converted to methane, hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide.

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.As an apparatus, steam reforming is a complex technical facility with high investment costs. Carrying out the process in a large number of pipes, large differences in temperature and pressure inside and outside the pipes, the proximity of the flame from the burners to the walls of the pipes, impose high requirements on pipe materials, as well as limitations in process temperature and pressure. Typical values are: outlet temperature around 800 - 850 ° C, pressure up to 30 - 35 bar.

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.To reduce the size and capital costs of steam reforming, to reduce the fuel consumption in the furnace burners, as well as to dose the required amount of nitrogen in the production of ammonia, a two-stage reforming is used. First degree - primary, pipe, steam reforming, and second degree - secondary, steam oxygen (air) reforming.

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.The secondary reform consists of two zones. One in which the oxidant and the syngas from the primary reforming containing hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide and residual unreformed methane enter. In this area, some of the flammable components of the syngas (hydrogen, carbon monoxide, methane) are burned with oxygen by the oxidant.

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.Depending on the desired goals - degree of reduction of the primary reform; hydrogen extraction; dosing a stoichiometric amount of nitrogen for ammonia synthesis; a certain ratio of hydrogen to carbon monoxide, the oxidant may be oxygen-enriched air, or oxygen.

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.In addition to combustion, this zone must ensure good mixing and homogenization of the gas mixture in order to avoid the formation of soot and carbon and their deposition on the catalyst.

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.The syngas mixture and the combustion products then enter a catalyst bed zone where the endothermic steam reforming process (reaction 3) takes place and the temperature of the gas mixture drops rapidly. Typical temperatures at the exit of the secondary reforming are about 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,Secondary reforming reduces capital and operating costs (fuel for primary reforming burners), but reduces the relative ammonia yield per unit of hydrocarbon feedstock,

Page 3 of 14Page 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.Obtaining Syngas for the production of hydrogen by means of hydrocarbons in the process of complete combustion of a stream of fuel gases in Autothermal Reforming due to the combustion of part of the products or from the residual methane coming from the primary reforming.

Автотермичен реформинг АТРAutothermal ATP reforming

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.In autothermal reforming, the processes take place in a two-zone reactor. One for partial combustion (POX) of the starting hydrocarbons in reactions 1 and 2, and another zone with a catalyst where a steam reforming process under reaction 3 takes place.

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.The feedstock first passes through a desulphurisation unit at 350 - 400 ° C, if the feedstock contains hydrocarbons heavier than methane, it may also be subjected to a pre-reforming process at temperatures of 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).As the amount of hydrocarbons is greater than the stoichiometric one for complete combustion, the combustion in the combustion and mixing zone is incomplete POX (Partial Oxidation). To provide enough heat for the next catalytic, endothermic steam reforming process, oxygen-enriched air or a larger amount of air is usually used as the oxidizer (the latter requires subsequent removal of excess nitrogen).

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.ATP technology allows the construction and installation of cost-effective reactors with high capacity for syngas. By installing more than one ATP reactors connected to one or more combustion chambers, syngas installations with practically unlimited capacity can be built.

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.Despite the lower capital costs, autothermal reforming is not as widely used as two-stage steam reforming, due to the relatively lower energy efficiency and lower hydrogen yield per unit of feedstock.

По същество разгледания по-горе вторичен реформинг е автотермичен реформинг, но при него горят компоненти съдържащи се в сингаза постъпващ от първичния реформинг.In essence, the secondary reforming discussed above is autothermal reforming, but it burns components contained in the syngas coming from the primary reforming.

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).Different variants of steam and autothermal reforming are used, as well as combinations of them, for example heat exchange reforming (syngas leaving the secondary, autothermal reforming heats the pipes of the primary reforming located in a heat exchanger).

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).Raw materials also vary - methane, light hydrocarbons, waste and associated gases from refineries, oxygen-containing compounds such as alcohols and ethers, for example for Fuel Cell technology.

Различни са и вариантите на окислителите - въздух, обогатен с кислород въздух, чист кислород.There are also different variants of oxidants - air enriched with oxygen, pure oxygen.

Към настоящия момент най-широко използван метод за получаване на сингаз, остава двустепенния паров реформинг на метана.At present, the most widely used method for producing syngas is the two-stage steam reforming of methane.

Page 4 of 14Page 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 РеформингObtaining Syngas for hydrogen production, by steam hydrocarbons with hydrocarbons is in the process of complete combustion of a stream of fuel gases in Autothermal Reforming

Техническа същност на изобретениетоTechnical essence of the invention

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.The invention replaces the process of partial ROX oxidation (combustion) in the autothermal reforming and the process of combustion of crude syngas products in the secondary reforming, with a process of complete oxidation (combustion) of a fuel gas stream.

В зоната за горене се подава окислител и горивен поток в количество, позволяващо максимално доближаване до реакцията (4.) на пълното горене (окисление). Протича следната реакцияOxidizer and fuel flow are fed into the combustion zone in an amount allowing maximum approach to the reaction (4.) of complete combustion (oxidation). The following reaction takes place

4. СНд + 2О2 <=> СО2 + 2Н2О ΔΗ298 =-891 kJ/mol4. CH Ar + 2O 2 <=> CO 2 + 2H 2 O ΔΗ 2 98 = -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.Depending on the desired end effect - high hydrogen yield, energy efficiency, production of a particular product, an oxidizer with different oxygen content can be used - atmospheric air; oxygen-enriched air; nitrogen-enriched air; pure oxygen.

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.Complete combustion (reaction 4) gives off more heat per unit of fuel as well as per unit of oxygen, compared to reactions (1,2) of partial combustion of POX, as well as from combustion in the secondary reforming of hydrogen to water and carbon monoxide to carbon dioxide. With the complete combustion of the fuel gas stream, heat is provided for the reforming of more feed process gas and the extraction of more hydrogen per unit feedstock by the steam reforming reaction (reaction 3), and a corresponding reduction in feed process gas consumption per unit final product.

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.The combustion is inside the reactor and after mixing with the feed process gas, the combustion products fall on the catalyst. Therefore, the flow of fuel gas entering the combustion in the autothermal reforming must also be free of sulfur-containing components.

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.When the full-combustion autothermal reforming process is used as a secondary reforming, a fuel stream consisting of hydrocarbons not reformed in the primary reforming is also used. Thus, the entire feed process gas stream participates in both stages of steam reforming and the total hydrogen yield is the maximum per unit feed process gas, the same as for the primary tubular steam reforming. This is because they do not burn and there is no loss of some of the products of the primary reform - as in the conventional secondary reform of the syngas coming from the primary reform. As a result, the consumption of feed process gas per unit of product is reduced.

Page 5 of 14Page 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 РеформингObtaining Syngas for production of hydrogen, by steam * dv4> orch.ig of hydrocarbons with yariaagvle of the process of complete combustion of a stream of fuel gases in Autothermal Reforming

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.On the other hand, the fuel gas after complete combustion is mixed in the same apparatus with the process feed gas, giving off its heat completely and directly without heat loss through the walls of the pipes in the primary reforming and from the heat from the flue gases.

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.This reduces the fuel gas flow rate for reforming the same amount of feed process gas compared to conventional two-stage reforming.

Изобретението намаля разхода за единица продукция, както на потока захранващ процесен газ, така и на газа за горене при двустепенния паров реформинг.The invention reduces the cost per unit of production of both the feed process gas stream and the combustion gas in the two-stage steam reforming.

С намаляването на консумацията на газ, се редуцират в същата степен и емисиите на въглероден двуокис в атмосферата.As gas consumption decreases, carbon dioxide emissions into the atmosphere are reduced to the same extent.

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.Carbon dioxide emissions from flue gases, which are at atmospheric pressure and are technically difficult, and energetically and economically unprofitable to capture, are reduced relatively more.

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.The carbon dioxide in the syngas is also absolutely reduced and is less per unit of product compared to conventional autothermal and two-stage steam reform schemes. Relative to total carbon dioxide emissions (the sum of ATP process emissions and combustion in the primary reforming furnace) in the new full combustion scheme, the carbon dioxide emissions from the process (from syngas) are a percentage higher than the carbon dioxide emissions from flue gas of the primary reforming.

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.As the process takes place at a pressure of about 30 bar, this allows more carbon dioxide to be captured per unit of product, with known and widely used technologies for purification of syngas from carbon dioxide, and then this carbon dioxide to be used in the production of other products. (eg urea), or to be deposited.

Пояснение на фигуритеExplanation of the figures

Представени са четири фигури.Four figures are presented.

Фигура 1 представя блок схема на конвенционален двустепенен паров реформинг.Figure 1 shows a block diagram of a conventional two-stage steam reforming.

Фигура 2 представя блок схема на конвенционален автотермичен реформингFigure 2 shows a block diagram of conventional autothermal reforming

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 РеформингPage 6 of 14 ···· ·· · w - Obtaining Syngas for production of hydrogen by steam | »vforl» 1 «hg of hydrogen in the process of complete combustion of a stream of fuel gases in Autothermal Reforming

Фигура 3 представя блок схема на двустепенен паров реформинг с вторичен реформинг с пълно изгаряне на поток горивен газ - обект на изобретението.Figure 3 shows a block diagram of a two-stage steam reforming with a secondary reforming with complete combustion of a fuel gas stream - object of the invention.

Фигура 4 представя блок схема на автотермичен реформинг с пълно изгаряне на поток горивен газ - обект на изобретението.Figure 4 shows a block diagram of autothermal reforming with complete combustion of a fuel gas stream - object of the invention.

Означение на елементите във фигуритеDesignation of the elements in the figures

1. Общ газов поток - суровина1. Total gas flow - raw material

2. Поток захранващ процесен газ за сяроочистка2. Process feed gas stream for desulphurization

3. Поток горивен газ за горелките на първичния паров реформинг3. Fuel gas flow for primary steam reformers

4. Блок за сяроочистка4. Sulfur treatment unit

5. Смес от захранващ процесен газ и пара5. A mixture of feed process gas and steam

6. Първичен паров реформинг6. Primary steam reform

7. Суров сингаз към вторичен реформинг7. Crude syngas to secondary reform

8. Окислител8. Oxidizer

9. Конвенционален вторичен реформинг9. Conventional secondary reform

В. Зона с катализатор на вторичния реформингC. Secondary reforming catalyst zone

10. Сингаз10. Syngas

11. Горивен газ за пълно вътрешно изгаряне в автотермичен, или във вторичен реформинг - обект на изобретението11. Fuel gas for complete internal combustion in autothermal or secondary reforming - object of the invention

12. Пара за смесване със захранващия процесен газ . Пара за смесване с окислителя12. Steam for mixing with the feed process gas. Steam for mixing with the oxidizer

14. Конвенционален автотермичен реформинг14. Conventional autothermal reforming

В. Зона с катализатор на автотермичния реформингC. Zone with a catalyst for autothermal reforming

5.Вторичен реформинг с пълно горене - обект на изобретението5. Secondary reforming with full combustion - object of the invention

В. Зона с катализатор на вторичния реформинг с пълно горене .Автотермичен реформинг с пълно горене - обект на изобретениетоC. Area with catalyst of the secondary reforming with full combustion. Autothermal reforming with full combustion - object of the invention

В. Зона с катализатор на автотермичния реформинг с пълно горенеC. Full combustion autothermal reforming catalyst zone

Забележки:Notes:

1. Във всички блок схеми, опционално след „4. Блок за сяроочистка“ може да бъде разположен предреформинг.1. In all block diagrams, optionally after “4. A desulphurisation unit may be pre-reformed.

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“.2. In the block diagrams shown in FIG. 2 and FIG. 4, not used “3. Fuel gas flow for primary steam reformers. In these figures, the flow “1. Total gas flow - raw material ", coincides with flow 2. Process feed gas stream for desulphurization.

Page 7 of 14Page 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 РеформингObtaining Syngas for hydrogen production by steam reforming of hydrocarbons with gf ^ Lag ^ - ^ in the process of complete combustion of a stream of fuel gases in Autothermal Reforming

Примери за изпълнение на изобретението. Подробно описание.Examples of the invention. Detailed description.

1. Автотермичен реформинг с пълно горене1. Autothermal reforming with full combustion

Разглеждаме схемата на процеса Автотермичен Реформинг с пълно горене изобразен на фигура 4.We consider the scheme of the process Autothermal Reforming with full combustion shown in Figure 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.The full-combustion autothermal reforming reactor is a pressure vessel that is lined with refractory materials on the inside and has a water jacket on the outside of the strength hull.

Природния газ който съдържа основно метан е най-използваната суровина за получаване на сингаз.Natural gas, which contains mainly methane, is the most used raw material for the production of syngas.

Природния газ (1), подгрят до 350 - 400 °C постъпва в блок (4) за очистване от серни съединения.The natural gas (1), heated to 350 - 400 ° C enters the block (4) for purification from sulfur compounds.

Очистеният от сяросъдържащи компоненти газ се смесва с поток (12) прегрята водна пара.The gas purified of sulfur-containing components is mixed with a stream (12) of superheated steam.

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).The vapor-gas mixture is then divided into two streams - a stream (5) of feed process gas, which enters the ATP (16) for mixing with the products of complete combustion and a stream (11) of fuel gas for complete combustion, which enters the combustion zone. ATP (16). A variant of flow separation (11) is possible immediately after (4) the desulphurisation unit and before mixing with steam (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).The oxidant (8) mixed with a certain amount of superheated steam (13) is also fed into the combustion zone of the ATP (16), and the process of complete combustion by reaction 4 takes place. A variant without supply of steam (13) in the stream is possible. oxidant (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.The products of complete combustion are mixed with the feed process gas (5) and the gas mixture enters the catalyst zone (16 V). There is a process of steam reforming of methane by reaction 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.Depending on the final product, the resulting syngas (10) after cooling is fed either to a unit for the conversion of carbon monoxide by steam to carbon dioxide and hydrogen, or to a production in which carbon monoxide is a raw material, for example methanol, or products according to the Fischer-Tropsch synthesis.

Page 8 of 14Page 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 РеформингObtaining Syngas for hydrogen production by steam reforming of hydrocarbons with a process of complete combustion of a stream of fuel gases in Autothermal Reforming

2. Двустепенен паров реформинг с вторичен реформинг с пълно горене. Фиг. 32. Two-stage steam reforming with secondary reforming with full combustion. FIG. 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.The natural gas (1) is divided into two streams - a stream (3) of fuel gas for the burners of the primary reforming and a stream (2) of feed process gas, which after heating to 350 - 400 ° C enters the block (4) for desulfurization. compounds.

Очистеният от сяросъдържащи компоненти газ се смесва с поток (12) прегрята водна пара.The gas purified of sulfur-containing components is mixed with a stream (12) of superheated steam.

След това парогазовата смес се разделя на два потока.The vapor-gas mixture is then divided into two streams.

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).A process gas supply stream (5) enters the tubes of the primary steam reforming (6), where reaction 3 of the steam reforming takes place. In order to reduce the amount of fuel gas (3), this scheme can maintain a low heat load, respectively a low reaction temperature in the pipes - below 750 ° C and the crude syngas (7) to contain more residual methane to be reformed. in the more energy-intensive secondary reform (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).A stream (11) of fuel gas for complete internal combustion enters the combustion zone of the secondary (ATP) steam reform (15). A variant of flow separation (11) is possible immediately after (4) the desulphurisation unit and before mixing with steam (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).The oxidant stream (8) mixed with a certain amount of superheated steam (13) is also fed into the combustion zone of the secondary reforming (15), and the process of complete combustion by reaction 4 takes place. A variant without supply of steam (13) in oxidant flow (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.The products of complete combustion are mixed with the feed process gas (5) and the gas mixture enters the catalyst zone (15 V). There is a process of steam reforming of methane by reaction 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.The resulting syngas (10), after cooling, is fed either to a unit for the conversion of carbon monoxide by steam to carbon dioxide and hydrogen, or to a production in which carbon monoxide is a raw material, for example methanol, or Fischer-Tropsch synthesis products. .

Използване на изобретениетоUse of the invention

Изобретението може да се прилага във всички производства, които се базират на сингаз.The invention can be applied in all productions which are based on syngas.

Изобретението е лесно изпълнимо. Конструктивна промяна в дизайна е необходима само на зоната за горене и смесване.The invention is easily feasible. A constructive design change is only required for the combustion and mixing area.

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 съдържащиThe conventional autothermal / secondary reforming reactors currently in use are designed to ensure the partial combustion of the gases entering the reactor and the mixing and homogenization of all containing

Page 9 of 14Page 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.Obtaining Syngas for the production of hydrogen by steam reforming of water pipes with the process of complete combustion of a stream of fuel gases in Autothermal Reforming substances in them, in large gas volumes and at high pressure and temperature.

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.The process of full combustion in ATP takes place at a temperature and pressure close to those of the process of partial combustion, and does not set fundamentally new technical requirements for the design, production, commissioning, process control and operation of reactors for autothermal and secondary reforming with full combustion.

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.All knowledge and experience gained with conventional processes and reactors for autothermal and secondary reforming can be applied to the new full combustion process and to the apparatus for its application.

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.For modern process control systems, it is not a problem to manage with a high degree of accuracy, reliability and safety, any ratio between fuel gas and oxidizer, the other necessary parameters of the flows entering the reactor, as well as the monitoring of the processes in the reactor. the reactor itself.

Изобретението може да се прилага както в новоизграждани инсталации, така и за реконструкция на съществуващи.The invention can be applied both in newly constructed installations and for the reconstruction of existing ones.

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.The supply of fuel gas for complete oxidation in a stoichiometric ratio to the supplied oxidant maximizes the yield of hydrogen per unit of hydrocarbon feedstock. This is the case that brings the highest efficiency for the production of hydrogen and ammonia.

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.The supply of fuel gas in a different off-stoichiometric ratio for complete oxidation to oxygen in the supplied oxidizer ("partial" conduct of partial combustion), combined with methods for "adjusting the composition" of the syngas in the next stages of production, allows to obtain syngas with optimal ratio of hydrogen relative to carbon monoxide, for the production of the required end product with improved efficiency.

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.The composition of the syngas, and in particular the nitrogen content in it, can be varied by the use of an oxidant with a different ratio of nitrogen to oxygen in it (this ratio in air is 3.71). The oxidant can be: pure oxygen; oxygen-enriched air; ordinary air; nitrogen-enriched air.

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.The higher efficiency of raw material (fuel) use and technically simplified scheme favor the use of autothermal reforming with full combustion, for obtaining hydrogen for use in fuel cell technology (Fuel Cell), as well as for obtaining hydrogen for use in local small, fuel, non-fuel and production installations.

Page 10 of 14Page 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 РеформингPreparation of Syngas for hydrogen production, by steam of hydrogen in the production of a process of complete combustion of a stream of fuel gases in Autothermal Reforming

Предимства на изобретениетоAdvantages of the invention

В сравнение с конвенционалните схеми за получаване на сингаз от въглводороди, изобретението:Compared to conventional schemes for the production of syngas from hydrocarbons, the invention:

- Повишава добива на водород от единица суровина, съответно намаля консумацията на суровина за единица продукт.- Increases the yield of hydrogen per unit of raw material, respectively reduces the consumption of raw material per unit of product.

- Намаля капиталовите разходи- Reduces capital costs

- Намаля оперативните разходи- Reduces operating costs

- 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.- Significantly reduces primary steam reforming, or for many applications eliminates the need for two-stage reforming, leaving only one stage - autothermal reforming with complete combustion of the fuel gas.

- 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.- Schemes without primary steam reforming (without reaction tubes), can work with higher process pressure over 40 bar; a lower steam to carbon ratio in the feed process gas around and below 2; with increased capacity (productivity) for syngas production.

Схемите без първичен реформинг, вече не са „тясно място“, пречка (Bottle neck), за увеличаване на капацитета на заводите.Schemes without primary reform are no longer a bottleneck to increase plant capacity.

- Редуцира атмосферните емисии на въглероден двуокис за единица продукт.- Reduces atmospheric carbon dioxide emissions per unit of product.

- 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.- Allows capture and utilization of carbon dioxide to a greater extent, due to the increased share of carbon dioxide in the syngas (at high pressure), at the expense of the share of atmospheric pressure from burners in the furnace of the primary reforming.

- Увеличава възможностите за приложение на паровия реформинг за производство на водород за инсталации и „двигатели“ с горивна клетка (Fuel Cell).- Increases the feasibility of steam reforming for the production of hydrogen for Fuel Cell installations and engines.

- Увеличава възможностите за получаване на водород за локални, специфични „бутикови“ приложения.- Increases hydrogen production capacity for local, specific "boutique" applications.

- 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.- Reconstruction of existing installations with replacement of conventional reactors, or with small changes in their structures and with small investments, achieves significant energy, economic and environmental effects.

Page 11 of 14Page 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 .:Obtaining Syngas for hydrogen production by steam reforming of hydrocarbons by applying a process of complete combustion of a stream of fuel gases in autothermal reforming.

ПриложенияApplications

Използвани източници:Sources used:

1. Справочник Азотчика издание 2-е, переработанное Москва „Химия“ 19861. Azotchik's Handbook 2nd edition, revised Moscow "Chemistry" 1986

2. US5595719A Process for steam reforming of hydrocarbons2. US5595719A Process for steam reforming of hydrocarbons

3. US6936082B2 Very large autothermal reformer3. US6936082B2 Very large autothermal reformer

4. US7550215B2 Autothermal reformer-reforming exchanger arrangement for hydrogen production4. US7550215B2 Autothermal reformer-reforming exchanger arrangement for hydrogen production

5. EP 0 440 258 Bl Heat exchange reforming process and reactor system.5. EP 0 440 258 Bl Heat exchange reforming process and reactor system.

Page 1 of 3Page 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 РеформингObtaining Syngas for hydrogen production by steam reforming of hydrocarbons with application of a process of full combustion of a stream of fuel gases in Autothermal Reforming

Claims (9)

ПретенцииClaims 1. 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.A process of full-combustion autothermal reforming to produce hydrocarbon syngas, characterized in that in the combustion zone of a full-combustion autothermal reforming reactor, by complete combustion of a stream of fuel gas with oxygen from a stream of oxidant and by mixing of the products of complete combustion with a stream of feed process gas mixed with steam, heat is provided for the endothermic catalytic process of steam reforming of hydrocarbons in the feed process gas, which process takes place in the catalyst zone of the complete combustion autothermal reformer. 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.Application of the complete combustion process described in claim 1, in the process of secondary steam reforming with complete combustion to obtain syngas, characterized in that in the combustion zone of a reactor for secondary reforming with complete combustion, by complete combustion of fuel gas stream with oxygen from oxidant stream and after mixing the products of complete combustion with a stream of crude syngas coming from the primary steam reforming, heat is provided for the endothermic catalytic process of steam reforming of residual methane in the crude syngas, which process takes place in the catalyst zone of complete combustion secondary reforming reactors. 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 етериApplication of the processes described in claim 1 and claim 2 for the production of syngas from natural gas, light hydrocarbons, associated and waste gases in refineries, alcohol ethers 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.Application of the processes described in claim 1 and claim 2, after reconstruction of existing conventional syngas plants, by replacing existing conventional reactors with new full combustion reactors, or by upgrading existing reactors. 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 компоненти5. Supply in the combustion zones and mixing of the reactors for autothermal reforming with full combustion and of the secondary reforming with full combustion, of fuel gas in different ratios to the oxygen in the oxidant and / or of oxidizer with different oxygen content, in order to reactions of both full and partial combustion, and obtaining with improved efficiency of syngas with the ratio required for the production of the final product between the components contained in syngas Page 12 of 14Page 12 of 14 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 РеформингObtaining Syngas for hydrogen production by steam reforming of hydrocarbons with application of a process of full combustion of a stream of fuel gases in Autothermal Reforming 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.Application of the processes described in claim 1 and claim 2 for the construction of high-capacity autothermal reforming plants, characterized in that they consist of more than one ATP reactor connected to one or more complete combustion combustion chambers . 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).Application of the processes described in claim 1 and claim 2 for the production of hydrogen for use in stationary and mobile Fuel Cell installations. 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.Application of the processes described in claim 1 and claim 2 for the production of hydrogen in combustion plants for use as a fuel or as an additive in the fuel for combustion in furnaces, boilers, preheaters, for combustion in internal combustion engines, for gas turbines, or in other installations using fuels, in cases where the use of ordinary (fossil) fuels is undesirable or limited. 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.Application of the processes described in claim 1 and claim 2 for the production of hydrogen for use in local stationary and mobile installations for non-combustible applications.
BG112796A 2018-09-03 2018-09-03 Syngas production for producing hydrogen through steam reforming of hydrocarbons applying a full combustion process of fuel gas stream in autothermal reforming BG112796A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG112796A BG112796A (en) 2018-09-03 2018-09-03 Syngas production for producing hydrogen through steam reforming of hydrocarbons applying a full combustion process of fuel gas stream in autothermal reforming
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 (en) 2018-09-03 2018-09-03 Syngas production for producing hydrogen through steam reforming of hydrocarbons applying a full combustion process of fuel gas stream in autothermal reforming

Publications (1)

Publication Number Publication Date
BG112796A true BG112796A (en) 2020-04-15

Family

ID=67997945

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BG112796A BG112796A (en) 2018-09-03 2018-09-03 Syngas production for producing hydrogen through steam reforming of hydrocarbons applying a full combustion process of fuel gas stream in autothermal reforming

Country Status (2)

Country Link
BG (1) BG112796A (en)
WO (1) WO2020047620A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT202000022336A1 (en) * 2020-09-22 2022-03-22 Bwe Patents S R L PROCESS OF CONVERSION OF FUEL INTO SEPARATE STREAMS OF CARBON DIOXIDE AND HYDROGEN

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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 (en) * 1999-11-20 2002-04-18 Daimler Chrysler Ag Process for the autothermal reforming of a hydrocarbon
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 (en) * 2016-07-04 2018-12-26 トヨタ自動車株式会社 Heat, hydrogen generator

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 (en) Hydrocarbon reforming method
KR102341960B1 (en) Reformer device comprising a CO2 membrane
EP1977993B1 (en) Catalytic steam reforming with recycle
CN105820036B (en) Method and system for producing methanol using partial oxidation
KR20210103677A (en) Hydrogen Reforming System
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 (en) Process for production of hydrogen rich gas mixtures
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 (en) Syngas production for producing hydrogen through steam reforming of hydrocarbons applying a full combustion process of fuel gas stream in autothermal reforming
Gaudernack Hydrogen production from fossil fuels
EA037465B1 (en) Process for producing synthesis gas for ammonia production by reforming of hydrocarbons
EP4371933A1 (en) System and process for producing synthesis gas
CN116057007B (en) Method and system for heating natural gas feed to steam reformer and use thereof
KR102323731B1 (en) Multi-fuels Reforming system for hydrogen production
CA3218971A1 (en) Heat exchange reactor for co2 shift
JP2024521356A (en) Heat exchange reactor with reduced metal dusting.
EA046288B1 (en) LOW CARBON HYDROGEN FUEL
Al-Mulla Syngas Technologies