EA025547B1 - Способ производства промежуточного синтетического газа, подходящего для производства водорода - Google Patents
Способ производства промежуточного синтетического газа, подходящего для производства водорода Download PDFInfo
- Publication number
- EA025547B1 EA025547B1 EA201391711A EA201391711A EA025547B1 EA 025547 B1 EA025547 B1 EA 025547B1 EA 201391711 A EA201391711 A EA 201391711A EA 201391711 A EA201391711 A EA 201391711A EA 025547 B1 EA025547 B1 EA 025547B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- hydrogen
- water
- gas mixture
- gas
- reactor
- 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
- C01B3/22—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds
- C01B3/24—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons
- C01B3/26—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons using catalysts
-
- 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
- C01B3/386—Catalytic partial combustion
-
- 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
- C01B3/48—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 followed by reaction of water vapour with carbon monoxide
-
- 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
- C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C273/00—Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups
- C07C273/02—Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups of urea, its salts, complexes or addition compounds
- C07C273/04—Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups of urea, its salts, complexes or addition compounds from carbon dioxide and ammonia
-
- 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
- C01B2203/025—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step
- C01B2203/0261—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step containing a catalytic partial oxidation step [CPO]
-
- 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
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
- C01B2203/0465—Composition of the impurity
- C01B2203/0475—Composition of the impurity the impurity being carbon dioxide
-
- 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
- C01B2203/06—Integration with other chemical processes
- C01B2203/068—Ammonia synthesis
-
- 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
- C01B2203/08—Methods of heating or cooling
- C01B2203/0872—Methods of cooling
- C01B2203/0877—Methods of cooling by direct injection of fluid
-
- 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
- C01B2203/1205—Composition of the feed
- C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/1235—Hydrocarbons
- C01B2203/1241—Natural gas or methane
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Industrial Gases (AREA)
Abstract
Описан способ производства синтетической газовой смеси путем каталитического частичного окисления. Синтетическая газовая смесь является подходящей в качестве промежуточного продукта в производстве водорода. Согласно настоящему изобретению перед реакцией конверсии водяного газа синтетический газ охлаждают жидкой водой. Таким способом достигается преимущество, предотвращающее проблему образования металлической пыли, и получается газовая смесь, включающая водяной пар, что является особенно подходящим для реакции конверсии водяного газа в производстве водорода.
Description
Настоящее изобретение относится к способу производства синтетического газа путем каталитического частичного окисления. Согласно другому аспекту настоящее изобретение относится к способу производства аммиака и/или мочевины с использованием синтетического газа, полученного первым способом. Согласно следующему аспекту настоящее изобретение относится к способу производства водорода.
Уровень техники, к которой относится изобретение
Синтетический газ (который сокращенно называют синтез-газ) включает моноксид углерода (СО) и водород (Н2) и представляет собой важный источник для производства Н2. Традиционный промышленный способ производства синтетического газа в промышленном масштабе представляет собой паровой риформинг, в процессе которого углеродсодержащий материал реагирует с водой в форме пара. Другой способ, который становится все более важным, включает направление углеродсодержащего материала на каталитическое частичное окисление. Настоящее изобретение относится к способу этого типа, который далее называется способ СРО.
В типичном способе СРО, используемом для производства Н2, углеродсодержащий материал направляют на каталитическое частичное окисление, после которого вводят водяной пар, и осуществляется реакция конверсии водяного газа. В данной реакции конверсии водяного газа моноксид углерода реагирует с водой таким образом, что получаются диоксид углерода и водород. Поскольку реакция СРО является экзотермической, выделяется тепло. При температурах на выпуске реактора СРО может возникать проблема коррозии, которая называется термином образование металлической пыли. Образование металлической пыли представляет собой катастрофическую форму коррозии, которая возникает при воздействии на уязвимые материалы среды с высокой активностью углерода.
Коррозия проявляется как разрушение сплошного металла и образование металлического порошка. Это может сокращать срок службы оборудования и способно вызывать проблемы загрязнения конечного продукта, получаемого на таком оборудовании. Образование металлической пыли в случае любого данного материала происходит, как правило, в относительно узком интервале (от 100 до 300°С) температурного режима от 400 до 900°С. Конкретный температурный интервал уязвимости зависит от материала, состава газа, термодинамических и кинетических характеристик. В случае типичного состава синтетического газа критический температурный интервал находится в пределах от 450 до 750°С.
Считается, что явление образования металлической пыли при обработке синтетического газа вызвано осаждением углерода на металлы, которые представляют собой конструкционные материалы. Механизм, определяющий явление образования металлической пыли, не вполне понятен, но известно, что повышенная концентрация СО в газе, выходящем из реактора СРО, по сравнению с реактором парового риформинга, усиливает явление образования металлической пыли.
Данное явление происходит, в частности, ниже по потоку относительно реактора СРО, где исходная синтетическая газовая смесь подвергается охлаждению перед реакцией конверсии водяного газа. В результате охлаждения газ проходит температурный интервал, в котором должно происходить образование металлической пыли. Как правило, уменьшение температуры осуществляют, используя технологический газовый котел (РОВ), который представляет собой теплообменник, предназначенный для быстрого уменьшения температуры технологического газа до температуры, подходящей для реакции конверсии водяного газа. Таким образом, РОВ также следует защищать от образования металлической пыли. Известный способ уменьшения данного явления заключается в том, чтобы конструкция технологического газового котла предусматривала минимальную продолжительность выдерживания, составляющую предпочтительно менее чем 2 с, предпочтительно от 0,25 до 1 с, предпочтительнее от 0,25 до 0,5 с. Однако на практике трудно конструировать и эксплуатировать РОВ с меньшей продолжительностью выдерживания, потому что уменьшение продолжительности выдерживания приводит к очень высокой скорости газа, которая, в свою очередь, может усиливать проблемы, связанные с материалом.
Международная патентная заявка \УО 2010/144544 А1 описывает способ производства синтетического газа из биомассы. Этот документ представляет переработку биомассы под действием солнечной энергии и снижение температуры после реакции для предотвращения обратной реакции разнообразными средствами, например, путем косвенного теплообмена или путем быстрого охлаждения водой. Согласно данному описанию быстрое охлаждение в течение, например, от 0,1 до 10 с, способно уменьшать явление образования металлической пыли. Здесь отсутствует описание конкретных проблем, связанных с использованием реакции каталитического частичного окисления, после которой следует реакция конверсии водяного газа (^О8), т.е. усиление коррозионной активности и необходимость регулирования соотношения водяного пара и газа (δ/О) перед реакцией \УО5>. Согласно данному описанию, как правило, требуется температура, составляющая менее чем 800°С, чтобы предотвращать обратную реакцию и оптимизировать количество синтетического газа.
Таким образом, оказывается желательным предложение способа, с помощью которого можно производить синтетический газ и частично или полностью устранять условия, которые могли бы способствовать явлению образования металлической пыли.
- 1 025547
Сущность изобретения
Для лучшего выполнения одного или нескольких из вышеупомянутых требований настоящее изобретение представляет согласно одному аспекту способ производства синтетической газовой смеси, причем данный способ включает следующие стадии:
(a) изготовление композиции, включающей углеводородный материал;
(b) направление углеводородного материала на каталитическое частичное окисление (СРО) для получения исходного синтетического газа, включающего моноксид углерода, водород и диоксид углерода;
(c) введение жидкой воды в исходный синтетический газ, полученный на стадии (Ь), в достаточном количестве для получения синтетической газовой смеси, включающей Н2О в качестве основного компонента.
Согласно другому аспекту настоящее изобретение относится к способу производства газовой смеси, включающей водород и диоксид углерода, причем данный способ включает вышеупомянутые стадии (а)(с) и введение синтетической газовой смеси в (ά) реакцию конверсии водяного газа таким образом, чтобы реагировали моноксид углерода и вода с образованием газовой смеси, включающей водород и диоксид углерода.
Согласно следующему аспекту, настоящее изобретение предлагает производство водорода способом, включающим вышеупомянутые стадии (а)-(б) и отделение водорода от газовой смеси.
Согласно следующему аспекту, настоящее изобретение представляет способ производства мочевины, включающий вышеупомянутые стадии (а)-(б), отделение СО2 от газовой смеси, включающей водород и диоксид углерода, для получения газовой смеси, обогащенной водородом, реакцию обогащенной водородом газовой смеси с Ν2 для получения аммиака и реакцию аммиака с отделенным СО2 в условиях образования мочевины.
Согласно следующему аспекту настоящее изобретение относится к использованию жидкой воды для цели установления объемного процентного соотношения водяного пара и газа (8/0) в синтетической газовой смеси, вводимой в реакцию конверсии водяного газа для производства водорода.
Согласно следующему аспекту, настоящее изобретение относится к установке для производства водорода, причем указанная установка включает реактор каталитического частичного окисления и реактор конверсии водяного газа, находящийся ниже по потоку относительно реактора каталитического частичного окисления, причем инжектор для воды находится газовым выпуском реактора каталитического частичного окисления и газовым впуском реактора конверсии водяного газа.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет технологическую схему, иллюстрирующую один вариант осуществления настоящего изобретения для производства синтетического газа с оптимальным соотношением водяного пара и газа (8/0) для реакции конверсии без введения водяного пара при исключении возможного попадания в критический интервал температур, в котором происходит явление образования металлической пыли.
Фиг. 2 представляет технологическую схему, иллюстрирующую второй вариант осуществления настоящего изобретения, в котором синтетический газ служит для получения потока чистого Н2.
Подробное описание изобретения
В широком смысле настоящее изобретение основано на разумном понимании того, что введение жидкой воды способно выполнять двойную функцию в области производства синтетического газа путем СРО. Соответственно, вода служит обеспечению желательного быстрого охлаждения, а также позволяет производить газовую смесь, имеющую более желательный состав для реакции конверсии водяного газа.
Следует понимать, что теплообмен, который происходит при введении жидкой воды в исходную синтетическую газовую смесь, приводит к испарению воды, и, таким образом, в газовую смесь попадает водяной пар. Количество добавляемой жидкой воды является таким, что водяной пар (т.е. Н2О в газовой фазе) становится основным компонентом газовой смеси. Термин основной означает, что Н2О присутствует в наибольшем относительном количестве.
Добавление жидкой воды служит обеспечению быстрого охлаждения, что, в свою очередь, позволяет избежать явления образования металлической пыли, которое в противном случае происходило бы в температурном интервале от 450 до 750°С. Кроме того, стадия введения жидкой воды не только представляет собой изящный способ обеспечения быстрого охлаждения, но также означает, что путем регулирования вводимого количества жидкой воды можно регулировать состав всей газовой смеси.
Углеводородный материал может представлять собой один углеводород, смесь углеводородов или любой другой состав, включающий по меньшей мере один углеводород. Предпочтительные источники представляют собой природный газ (СН4), жидкие углеводороды, например бензин или тяжелый бензин, продукты газификации угля, биомассы и газификационной переработки отходов для производства энергии.
Углеводородный материал может находиться в газообразном состоянии (например, метан или природный газ) и/или в жидком состоянии, а также производиться из биомассы; углеводородный материал может быть подходящим для непосредственного введения в реактор СРО, или его можно предварительно обрабатывать для отделения каких-либо примесей, такие как соединения серы, которые могут присутст- 2 025547 вовать.
Специалистам в данной области техники известны реакторы СРО. Реактор СРО обычно включает реакционную зону, которую составляет вертикальный цилиндрический стальной напорный резервуар, футерованный огнеупорным материалом. Как правило, реактор СРО отличается от реакторов автотермального риформинга, поскольку последние включают горелку, которая обычно отсутствует в реакторе СРО.
Способ СРО используют, чтобы получать синтетический газ или синтез-газ, включающий СО, СО2 и Н2.
Специалистам в данной области техники известна реакция СРО. Ее обычно осуществляют, используя реактор каталитического частичного окисления, включающий подходящий каталитический слой, который служит для катализа частичного окисления углеводорода с образованием СО и Н2. Следует понимать, что возможно образование в некоторой степени продукта полного окисления, т.е. СО2.
Специалистам в данной области техники известен термин СРО, который также часто называется 8СТ-СРО. 8СТ-СРО означает каталитическое частичное окисление с кратковременным контактом. Реакция СРО происходит в реакторе под действием катализатора при продолжительности выдерживания, составляющей от 10-2 до 10-4 и при типичной продолжительности контакта с поверхностью катализатора, составляющей приблизительно 10-6 с-1. Эта продолжительность контакта соответствует типичной объемной скорости, составляющей от 100000 до 250000 ч-1 и предпочтительно от 100000 до 200000 ч-1. Катализаторы, используемые для 8СТ-СРО, включают №, Рй, Р1. КО или Ки. Реакция происходит при температуре поверхности катализатора, превышающей 950°С, предпочтительно превышающей 1000°С. Использование указанных значений короткой продолжительности контакта и высокой температуры поверхности катализатора в значительной степени способствует образованию СО и подавляет образование углерода или СО2. В результате этого получается в высокой степени благоприятный состав синтетического газа. Описание СРО представлено в статье (а) Ь. Ва81ш Са!а1у818 Тойау, 2006 г., т. 117, с. 384-393. Другие документы представляют собой следующие: (Ь) Ь. Вамш К. Аа8Ьегд-Ре!ег8еи, А. Оиаттош, М. ОеЧЬегд, Каталитическое частичное окисление природного газа при повышенном давлении и малой продолжительности выдерживания, Са!а1у818 Тойау, 2001 г., т. 64, с. 9-20; (с) Н. Нюктап, Ь. Ό. 8сОт1Й1, I. Са!а1., 1992 г., т. 138, с. 267; (й) Ό. НюОтаи, Ь. Ό. 8сОт1Й1, 8с1еисе, 1993 г., т. 259, с. 343; (е) Ь. Вамш, О. Эопай, международная патентная заявка \О 97/37929; (ί) Эотешсо 8аийНрро, Ьиса Вамш, Мало МатсЫоппа, европейская патентная заявка ЕР 640559; (д) Ό. 8сНаййепНог51, К. I. 8сЬооиеЬеек, международная патентная заявка \О 00/00426; (О) К. Ь. НоОи, Ь. Ό. 8сОт1Й1, 8. Кеуек, I. 8. Ргее1еу, международная патентная заявка \О 01/32556; (ί) А. М. Оайиеу, К. 8оидег, К. О51\уа1й, Ό. СотЬш, Международная патентная заявка \О 01/36323.
Согласно настоящему изобретению исходный синтетический газ, получаемый в результате реакции СРО, модифицируют путем добавления жидкой воды. Так получается полезная газовая смесь, включающая компоненты синтетического газа, а также Н2О в качестве основных компонентов. Введение воды в исходную синтетическую газовую смесь осуществляют предпочтительно путем непосредственного впрыскивания предварительно нагретой воды в газ на выпуске реактора СРО. Устанавливая в реакторе СРО надлежащие технологические условия (соотношение кислорода и углерода (О2/С) и соотношение водяного пара и углерода (8/С)) и температуру нагреваемой вводимой воды (как правило, это питательная бойлерная вода (ВР\), используемая для этой цели), получают оптимальное соотношение 8/О без какого-либо дополнительного введения водяного пара и надлежащую температуру на впуске реактора \О8 без необходимости установки технологического газового котла (РОВ) ниже по потоку относительно реактора СРО. Путем регулирования температуры и/или количества добавляемой жидкой воды специалист в данной области техники может относительно просто определять желательный состав и температуру получаемой синтетической газовой смеси. Проще говоря, при относительно низкой температуре воды требуется меньшее количество воды для охлаждения исходного синтетического газа, и наоборот. Согласно одному аспекту настоящее изобретение реализует совершенно неожиданное явление, а именно, что количество воды, требуемое для осуществления охлаждения, а также для регулирования соотношения 8/О, оказывается в таком интервале, в котором можно осуществлять регулирование путем изменения температуры предварительно нагреваемой воды.
Данная синтетическая газовая смесь предпочтительно служит в качестве промежуточного продукта в производстве водорода, включающем реакцию конверсии водяного газа. В этом случае оказывается предпочтительным уменьшение температуры исходной синтетической газовой смеси (от типичного значения, составляющего, например, от 950 до 1050°С) до уровня ниже 450°С и предпочтительно ниже 400°С. Надлежащая температура воды, вводимой ниже по потоку относительно реактора СРО, предпочтительно достигается путем использования тепла от синтетического газа на выпуске реактора конверсии водяного газа для предварительного нагревания воды.
Для цели производства водорода смесь вводят в реакцию конверсии водяного газа. Для этой цели смесь направляют в реактор конверсии водяного газа (\О8К), в котором газовая смесь, включающая моноксид углерода и водяной пар, превращается в водород и диоксид углерода. Как правило, реакцию \О8 осуществляют, используя одностадийный или многостадийный способ для достижения желатель- 3 025547 ной степени и скорости конверсии. В многостадийном способе высокотемпературную стадию (НТЗ) осуществляют при температуре, составляющей от 300 до 450°С, и, как правило, в присутствии катализатора на основе железа, такого как Ре/Сг. На стадии НТ8 подвергается конверсии наибольшее количество СО, составляющее, как правило, более чем 90%, в том числе от 96 до 98%. На следующей стадии, т.е. среднетемпературной стадии или низкотемпературной стадии (МТ8 или ЬТ8), рабочая температура составляет приблизительно от 180 до 280°С, и, как правило, используют медно-цинковый катализатор на подложке из оксида алюминия (катализатор Си/Ζη/ΑΙ). На этих последних стадиях остаточная концентрация СО в выпускаемом потоке снижается, как правило, до уровня от 0,1 до 0,3%.
Газовый поток, выходящий из реактора \УС8. содержит, главным образом, водород и диоксид углерода. Необязательно водород отделяют от этого потока, используя абсорбцию при переменном давлении (Ρ8Α) для получения потока чистого водорода. Существуют несколько вариантов для последующей обработки газовой смеси, образующейся в результате реакции конверсии водяного газа. Например, для производства водорода можно отделять водород от газовой смеси. Кроме того, можно использовать данный способ для непосредственного производства водорода и диоксида углерода.
Согласно конкретному варианту осуществления данный способ используется для производства аммиака и мочевины. Для этой цели почти весь СО2 отделяют от газовой смеси, включающей водород и диоксид углерода, таким образом, что получается газовая смесь, обогащенная водородом. Последний реагирует с Ν2 таким образом, что получается аммиак. Эта реакция хорошо известна, и специалистам в данной области техники знакомы способы данного производства и установки для их осуществления. После этого аммиак реагирует с отделенным СО2 в условиях образования мочевины. Данная реакция также хорошо известна, и специалистам в данной области техники знакомы способы данного производства и установки для их осуществления. Таким образом, настоящее изобретение предлагает весьма экономичный способ использования компонентов получаемой газовой смеси в производстве мочевины, представляющей собой важное химическое соединение, производимое в больших количествах. Преимущество использования описанной выше схемы вместо традиционного способа парового риформинга заключается в том, что весь СО2 присутствует в реакционной смеси, и по этой причине его можно легко отделять. В традиционном способе парового риформинга только часть СО2 присутствует в реакционной смеси, причем значительное количество СО2 присутствует в отходящих газах, образующихся в результате горения топлива, которое необходимо для обеспечения теплоты реакции.
Кроме того, настоящее изобретение предлагает установку для производства водорода. В связи с вышеупомянутыми вариантами осуществления данного способа установка включает реактор каталитического частичного окисления и реактор конверсии водяного газа, находящийся ниже по потоку относительно реактора каталитического частичного окисления. Следует понимать, что реактор каталитического частичного окисления может включать традиционные элементы такого реактора. Они включают, например, впуск исходных углеводородов, секцию синтеза, включающую каталитический слой, и выпуск для образующегося синтетического газа. Кроме того, реактор конверсии водяного газа также включает традиционные для него элементы, такие как впуск синтетического газа, камеру реактора и выпуск для образующегося потока, содержащего водород. В соответствии с настоящим изобретением инжектор для воды расположен между газовым выпуском реактора каталитического частичного окисления и газовым впуском реактора конверсии водяного газа. Данный инжектор может присутствовать в форме отдельного блока быстрого охлаждения, включающего камеру быстрого охлаждения, оборудованную устройством для впрыскивания воды. Он может быть также установлен как инжектор в трубопроводной системе.
Согласно предпочтительному варианту осуществления нагреватель, как правило, теплообменник, установлен дополнительно к инжектору, предпочтительно выше по потоку относительно инжектора, таким образом, чтобы предварительно нагревать воду перед ее использованием.
Далее настоящее изобретение будет описано в отношении конкретных вариантов осуществления и со ссылками на определенные чертежи; однако настоящее изобретение ограничивается не данными вариантами и чертежами, а исключительно формулой изобретения. Никакую ссылку на условные обозначения в формуле изобретения не следует истолковывать в качестве ограничения его объема. Описанные чертежи представляют собой исключительно схемы, но они не являются ограничительными. На данных чертежах размеры некоторых элементов могут быть преувеличенными и не соответствующими действительному масштабу в иллюстративных целях. Если термин включающий используется в описании и формуле настоящего изобретения, он не исключает другие элементы или стадии. Если неопределенный или определенный артикль используется для обозначения имени существительного в единственном числе, например а или ап, 1Ье, данное обозначение относится также к множественному числу данного имени существительного, если другое условие не установлено определенным образом. Все соотношения, такие как соотношение водяного пара и газа (8/О), соотношение водяного пара и углерода (δ/С) и соотношение кислорода и углерода (О/С) представлены как объемные соотношения (об.%).
Подробное описание чертежей
На фиг. 1 в схематической форме проиллюстрирован первый вариант осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 1 представляет технологическую блок-схему, включая следующие секции:
- 4 025547
100 - секция каталитического частичного окисления (СРО);
101 - секция быстрого охлаждения;
102 - секция первой высокотемпературной конверсии (НТ§);
103 - секция производства водяного пара;
104 - секция предварительного нагревания исходного материала;
105 - секция второй высокотемпературной конверсии (НТ§);
106 - секция предварительного нагревания бойлерной питательной воды (БРА);
107 - секция производства водяного пара низкого давления;
108 - секция предварительного нагревания кислорода;
120 - реактор отделения серы;
121 - печь.
В синтетический газовый поток из реактора СРО 100 вода поступает в секцию 101 для охлаждения синтетического газа до температуры, составляющей от 320 до 350°С, которая представляет собой надлежащую температуру для осуществления высокотемпературной реакции конверсии водяного газа и которая находится за пределами критического температурного интервала для явления образования металлической пыли. Если не определены другие условия, все процентные доли представляют собой объемные процентные доли.
Синтетический газ выходит из секции быстрого водяного охлаждения 101 в качестве продукта, содержащего приблизительно 32,7% Н2, 0,5% непрореагировавшего СН4, 2,6% СО2, 16,7% СО и 47,5% Н2О.
Вследствие введения воды соотношение водяного пара и газа (8/О) в потоке 6 увеличивается до уровня, составляющего от 0,9 до 1, который представляет собой оптимальный уровень для последующей конверсии.
Согласно настоящему изобретению в результате обоснованной стадии, служащей для регулирования количества добавляемой воды, смесь, поступающая в реактор конверсии водяного газа (АС8), имеет надлежащий состав для оптимальной реакции. Это относится к стадии (с), в процессе которой жидкую воду вводят в достаточном количестве для получения синтетической газовой смеси, включающей в отличие от описаний предшествующего уровня техники Н2О в качестве компонента, который присутствует в смеси в наибольшем количестве по отношению к другим компонентам, т.е. в качестве основного компонента.
Предпочтительно количество вводимой жидкой воды является таким, что она составляет от 30 до 60 об.% по отношению к суммарному объему смеси.
Предпочтительно в дополнение к регулированию количества добавляемой воды регулируют также температуру добавляемой воды таким образом, чтобы эта температура находилась в интервале от 120 до 250°С. В результате этого смесь, поступающая в реактор АС8, имеет надлежащий состав и температуру для оптимальной реакции.
Кроме того, сокращается до минимума количество энергии, требуемой для охлаждения после АС8. Соотношение водяного пара и газа (8/С) в смеси, поступающей в реактор АС8, составляет от 0,75 до 1,1 и предпочтительно от 0,9 до 1,0.
Реактор 102 (реактор первой высокотемпературной конверсии) превращает существенную часть СО, присутствующего в потоке 6, в смесь СО2 и Н2.
Ниже по потоку относительно реактора 102 и перед реактором 105 второй высокотемпературной конверсии осуществляется производство 103 технологического водяного пара, где образуется водяной пар, необходимый для реактора СРО, и установлен предварительный нагреватель 104 исходного материала, чтобы предварительно нагревать исходный природный газ, поступающий через отделяющий серу реактор 120.
Поток 9 поступает во второй конверсионный реактор 105 для конверсии оставшегося СО в получаемом Н2.
В выпускаемом потоке 10 при температуре 345°С остаточное содержание СО составляет 1,8%.
Предварительный нагреватель 106 водяного потока нагревает воду до температуры, составляющей от 150 до 250°С. Типичные уровни манометрического давления составляют от 10 до 40 бар (от 1 до 4 МПа), предпочтительно от 10 до 30 бар (от 1 до 3 МПа), например 20 бар (2 МПа). Секция 107 производства водяного пара низкого давления и кислородный предварительный нагреватель 108 установлены ниже по потоку относительно реактора 105 для охлаждения получаемого синтетического газа.
Согласно одному варианту осуществления газ на выпуске реактора СРО охлаждают в течение периода, составляющего менее чем 100 мс, предпочтительно менее чем 50 мс и предпочтительнее менее чем 30 мс, например 20 мс.
В схему включена печь 121 для повышения температуры водяного пара и исходного материала до уровней, желательных для введения в реактор СРО.
Далее рассмотрим фиг. 2, на которой в схематической форме проиллюстрирован второй вариант осуществления настоящего изобретения.
Для простоты на фиг. 2 не показаны секции и потоки, аналогичные тем, которые представлены на фиг. 1, поэтому представлены только следующие секции:
- 5 025547
109 - секция отделения СО2;
110 - секция реактора-метанизатора;
111 - секция высушивателя воды.
Подвергнутый конверсии газ 10 перерабатывают в секции 109 отделения кислых газов.
В кислом газовом потоке 13 отделяют СО2 от получаемого синтетического газа. Поток 14 состоит из отделенного СО2.
Поток неочищенного водорода 15 поступает в реактор 110, где СО превращается в СН4, и в реактор 111, где отделяется вода.
Получаемый водород 17 имеет чистоту, составляющую 93,7%, и его можно использовать в приложениях, для которых не требуется высокая чистота Н2. Если это желательно, поток Н2 можно дополнительно очищать в секции абсорбции при переменном давлении (Ρ8Ά), который не представлен на чертеже, или в том случае, если не требуется отделенный поток СО2, вместо стадий 109, 110 или 111.
Проиллюстрированные выше варианты осуществления предназначены, чтобы служить как упрощенные схематические представления возможных вариантов осуществления настоящего изобретения. Обычный специалист в области химической технологии должен понимать и учитывать, что конкретные детали любого определенного варианта осуществления могут отличаться, что будет зависеть от расположения и требований рассматриваемой схемы.
Считается, что все альтернативные схемы, пригодные для осуществления настоящего изобретения, должны находиться в пределах способностей специалиста в данной области техники и, таким образом, в пределах объема настоящего изобретения.
Claims (8)
1. Способ получения синтетической газовой смеси, причем данный способ включает следующие стадии:
(b) направление углеводородного материала на каталитическое частичное окисление (СРО) для получения исходного синтетического газа, включающего моноксид углерода, водород и диоксид углерода;
(c) добавление жидкой воды к исходному синтетическому газу, полученному на стадии (Ь), в достаточном количестве для получения синтетической газовой смеси, включающей Н2О в качестве основного компонента.
2. Способ по п.1, в котором количество вводимой жидкой воды является таким, что она составляет от 30 до 60 об.% по отношению к общему объему смеси.
3. Способ по п.1 или 2, в котором жидкую воду предварительно нагревают до температуры, составляющей от 120 до 250°С.
4. Способ получения газовой смеси, включающей водород и диоксид углерода, причем данный способ включает стадии (Ь)-(с), как определено в п.1, и введение синтетической газовой смеси в (б) реакцию конверсии водяного газа для обеспечения взаимодействия моноксида углерода с водой с образованием газовой смеси, включающей водород и диоксид углерода.
5. Способ по п.4, дополнительно включающий отделение СО2 от газовой смеси, включающей водород и диоксид углерода, таким образом, чтобы получить газовую смесь, обогащенную Н2.
6. Способ получения водорода, включающий стадии (Ь)-(б), как определено в п.4, и отделение водорода от газовой смеси.
7. Способ получения газовой смеси, обогащенной Н2, включающий стадии (Ь)-(б), как определено в п.4, и отделение СО2 от газовой смеси, включающей водород и диоксид углерода.
8. Способ получения мочевины, включающий стадии (Ь)-(б), как определено п.4, отделение СО2 от газовой смеси, включающей водород и диоксид углерода, и использование полученного СО2 для получения мочевины.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP11171172 | 2011-06-23 | ||
| PCT/NL2012/050443 WO2012177136A1 (en) | 2011-06-23 | 2012-06-25 | Process for producing a syngas intermediate suitable for the production of hydrogen |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201391711A1 EA201391711A1 (ru) | 2014-03-31 |
| EA025547B1 true EA025547B1 (ru) | 2017-01-30 |
Family
ID=46458586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201391711A EA025547B1 (ru) | 2011-06-23 | 2012-06-25 | Способ производства промежуточного синтетического газа, подходящего для производства водорода |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9701535B2 (ru) |
| EP (1) | EP2723679B1 (ru) |
| CN (1) | CN103648971B (ru) |
| CA (1) | CA2837773C (ru) |
| DK (1) | DK2723679T3 (ru) |
| EA (1) | EA025547B1 (ru) |
| LT (1) | LT2723679T (ru) |
| TR (1) | TR201905563T4 (ru) |
| WO (1) | WO2012177136A1 (ru) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2801550A1 (en) * | 2013-05-10 | 2014-11-12 | Ammonia Casale S.A. | A process for producing ammonia synthesis gas with high temperature shift and low steam-to-carbon ratio |
| RU2538980C1 (ru) * | 2013-07-29 | 2015-01-10 | Термоселект Актиенгезелльшафт | Способ получения мочевины из отходов любого состава |
| EP4323308A1 (en) | 2021-04-15 | 2024-02-21 | Iogen Corporation | Process and system for producing low carbon intensity renewable hydrogen |
| CA3214954A1 (en) | 2021-04-22 | 2022-10-27 | Patrick J. Foody | Process and system for producing fuel |
| US11879179B2 (en) | 2021-05-03 | 2024-01-23 | Utility Global, Inc. | Hydrogen production system and method of use |
| US20230264956A1 (en) * | 2022-02-18 | 2023-08-24 | Gti Energy | Integrated partial oxidation and electrolysis process |
| US11807530B2 (en) | 2022-04-11 | 2023-11-07 | Iogen Corporation | Method for making low carbon intensity hydrogen |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020155061A1 (en) * | 2001-04-24 | 2002-10-24 | Ravi Prasad | Syngas production method utilizing an oxygen transport membrane |
| FR2848548A1 (fr) * | 2002-12-17 | 2004-06-18 | Air Liquide | Procede de generation d'un melange de synthese co-h2 sous pression par oxydation partielle catalytique en minimisant la formation de suies |
| EP1433746A2 (en) * | 2002-12-23 | 2004-06-30 | The Boc Group, Inc. | Catalytic partial oxidation method |
| US20050268554A1 (en) * | 2004-06-07 | 2005-12-08 | Ke Liu | Compact production of reformate and segregated H2, N2 and CO2 |
| EP1903001A2 (en) * | 2006-09-19 | 2008-03-26 | The Boc Group, Inc. | Method and Apparatus for Syngas Production |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT1272532B (it) | 1993-08-27 | 1997-06-23 | Snam Progetti | Processo di ossidazione parziale catalitica del gas naturale per ottenere gas di sintesi e formaldeide |
| IT1283585B1 (it) | 1996-04-11 | 1998-04-22 | Snam Progetti | Apparecchiatura per effettuare reazioni di ossidazione parziale |
| ID28037A (id) | 1998-06-30 | 2001-05-03 | Shell Internat Res Maatschaapp | Oksidasi parsial katalitik dengan dua logam yang aktif secara katalitik |
| EP1240101A1 (en) | 1999-10-29 | 2002-09-18 | ExxonMobil Research and Engineering Company | Process for catalytic partial oxidation using particulate catalysts |
| AU1767901A (en) | 1999-11-17 | 2001-05-30 | Conoco Inc. | Cobalt-based catalysts and process for producing synthesis gas |
| GB0206701D0 (en) * | 2002-03-21 | 2002-05-01 | Jacobs Consultancy Uk Ltd | Low water comsumption IGCC |
| EP1918273A1 (en) * | 2006-11-04 | 2008-05-07 | Urea Casale S.A. | Process for urea production and related plant |
| US7832364B2 (en) * | 2006-12-14 | 2010-11-16 | Texaco Inc. | Heat transfer unit for steam generation and gas preheating |
| US7981397B2 (en) * | 2007-07-26 | 2011-07-19 | Bang-Cheng Xu | Partial oxidation of hydrocarbons |
| RU2495870C2 (ru) | 2007-10-04 | 2013-10-20 | Уреа Касале С.А. | Способ и установка для получения мочевины |
| US20100242354A1 (en) | 2009-06-09 | 2010-09-30 | Sundrop Fuels, Inc. | Systems and methods for reactor chemistry and control |
-
2012
- 2012-06-25 EP EP12732727.8A patent/EP2723679B1/en active Active
- 2012-06-25 DK DK12732727.8T patent/DK2723679T3/da active
- 2012-06-25 TR TR2019/05563T patent/TR201905563T4/tr unknown
- 2012-06-25 LT LTEP12732727.8T patent/LT2723679T/lt unknown
- 2012-06-25 CA CA2837773A patent/CA2837773C/en active Active
- 2012-06-25 EA EA201391711A patent/EA025547B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2012-06-25 US US14/123,030 patent/US9701535B2/en active Active
- 2012-06-25 WO PCT/NL2012/050443 patent/WO2012177136A1/en active Application Filing
- 2012-06-25 CN CN201280026397.0A patent/CN103648971B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020155061A1 (en) * | 2001-04-24 | 2002-10-24 | Ravi Prasad | Syngas production method utilizing an oxygen transport membrane |
| FR2848548A1 (fr) * | 2002-12-17 | 2004-06-18 | Air Liquide | Procede de generation d'un melange de synthese co-h2 sous pression par oxydation partielle catalytique en minimisant la formation de suies |
| EP1433746A2 (en) * | 2002-12-23 | 2004-06-30 | The Boc Group, Inc. | Catalytic partial oxidation method |
| US20050268554A1 (en) * | 2004-06-07 | 2005-12-08 | Ke Liu | Compact production of reformate and segregated H2, N2 and CO2 |
| EP1903001A2 (en) * | 2006-09-19 | 2008-03-26 | The Boc Group, Inc. | Method and Apparatus for Syngas Production |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2723679B1 (en) | 2019-02-20 |
| CA2837773C (en) | 2018-10-16 |
| WO2012177136A1 (en) | 2012-12-27 |
| CN103648971A (zh) | 2014-03-19 |
| EA201391711A1 (ru) | 2014-03-31 |
| LT2723679T (lt) | 2019-06-10 |
| CA2837773A1 (en) | 2012-12-27 |
| US9701535B2 (en) | 2017-07-11 |
| DK2723679T3 (da) | 2019-05-06 |
| TR201905563T4 (tr) | 2019-05-21 |
| US20140103260A1 (en) | 2014-04-17 |
| CN103648971B (zh) | 2018-04-17 |
| EP2723679A1 (en) | 2014-04-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102438434B1 (ko) | Atr 기반 암모니아 공정 및 플랜트 | |
| EA025547B1 (ru) | Способ производства промежуточного синтетического газа, подходящего для производства водорода | |
| EP3596004B1 (en) | Method for producing hydrogen and methanol | |
| RU2524720C2 (ru) | Комплексная установка для переработки газа | |
| KR102599430B1 (ko) | 과잉의 co2 및/또는 nh3가 제어되는 요소 과정 | |
| CN105820036B (zh) | 使用部分氧化生产甲醇的方法和系统 | |
| EA034603B1 (ru) | Способ получения формальдегида | |
| US10927424B2 (en) | Method and system for producing high-carbon DRI using syngas | |
| EA027871B1 (ru) | Способ получения аммиака и мочевины | |
| EA024553B1 (ru) | Совместное получение метанола и мочевины | |
| UA119697C2 (uk) | Спосіб одержання аміаку | |
| US20230294985A1 (en) | Low carbon hydrogen fuel | |
| RU2697087C1 (ru) | Комплекс и способ производства метанола | |
| US20220169502A1 (en) | Production of synthesis gas and of methanol | |
| KR20200097687A (ko) | 합성 가스의 제조를 위한 시스템 및 방법 | |
| KR102668169B1 (ko) | 합성 가스 제조를 위한 방법 및 시스템 | |
| US11161738B2 (en) | Process for the preparation of hydrogen | |
| WO2023218160A1 (en) | Process for synthesising methanol | |
| DK202100198A1 (en) | Process for synthesis gas generation | |
| KR20200096755A (ko) | 합성 가스 제조를 위한 방법 및 시스템 | |
| CN115552040A (zh) | 用于制备高级醇的厂房群组和操作该类型厂房群组的方法 | |
| Steinberg | Hydrogen Production from Fossil Fuels.“ | |
| EA046288B1 (ru) | Низкоуглеродное водородное топливо | |
| White | Catalytic synthesis gas manufacture | |
| PL220089B1 (pl) | Sposób syntezy metanolu |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM KG TJ |