EA026067B1

EA026067B1 - Превращение углеродсодержащего исходного сырья

Info

Publication number: EA026067B1
Application number: EA201270605A
Authority: EA
Inventors: Шехзаад Каучали
Original assignee: Юниверсити Оф Зе Витватерсранд, Йоханнесбург
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2017-02-28
Also published as: CA2779823A1; WO2011051902A1; CN102686710A; CA2779823C; US20120277328A1; US8691881B2; AP3610A; EA201270605A1; ZA201007712B; AP2012006283A0; CN102686710B; AU2010310994A1; AU2010310994B2

Abstract

Изобретение относится к способу превращения углеродсодержащего исходного сырья в жидкий химический продукт, в частности в жидкий топливный продукт, выбросы диоксида углерода в ходе осуществления которого минимизированы.

Description

(57) Изобретение относится к способу превращения углеродсодержащего исходного сырья в жидкий химический продукт, в частности в жидкий топливный продукт, выбросы диоксида углерода в ходе осуществления которого минимизированы.

026067 Β1

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к превращению углеродсодержащего исходного сырья в другие вещества, такие как жидкие химикаты и виды топлива. В частности, изобретение относится к способу получения жидкого химического или топливного продукта, выбросы СО₂ при осуществлении которого минимизированы.

Предшествующий уровень техники изобретения

При превращении углеродсодержащего исходного сырья в другие вещества традиционные установки для переработки по определению предусматривают использование процессов, которые заведомо приводят к образованию диоксида углерода (СО₂), парникового газа.

Например, в ходе синтеза по Фишеру-Тропшу при помощи серии химических реакций смесь монооксида углерода (СО) и газообразного водорода (Н₂) превращают в жидкие углеводороды (СН₂). Изначально СО и Н₂ получают путем проведения эндотермической реакции углеродсодержащего исходного сырья, такого как, например, уголь (С), с паром (Н2О) и кислородом (О2), как представлено следующим процессом газификации:

С + аН₂О +ЬО , > аСО + еН₂

Затем СО частично превращают в СО₂ и Н₂ посредством следующего процесса конверсии водяного газа с получением необходимого отношения монооксида углерода к газообразному водороду (отношение синтез-газа)

Процессом конверсии водяного газа управляют с обеспечением необходимого мольного соотношения СО:Н2 для синтеза по Фишеру-Тропшу, в ходе которого синтез-газ дополнительно реагирует с множеством химических веществ и топливом. Типичное мольное газовое соотношение СО:Н₂ равно 1:2. Однако в процессе конверсии газа образуется избыток СО₂, и его удаляют из системы в ходе стадии очистки газа, которая является нежелательной и дорогостоящей.

Этот процесс также требует подведения существенного количества энергии для проведения эндотермической реакции.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является решение по меньшей мере некоторых вышеупомянутых проблем.

Краткое раскрытие изобретения

Изобретение относится к способу получения жидкого химического или топливного продукта, выбросы СО2 при осуществлении которого минимизированы, причем способ предусматривает осуществление взаимодействия углеродсодержащего исходного сырья при реакции с кислородсодержащим газом и вещества совместной подачи, которое описывается фазовой диаграммой тройной системы С-Н-О и которое находится в области, связанной точками СН₂-Н₂О-Н₂ на указанной диаграмме.

Согласно первому варианту осуществления настоящее изобретение относится к реакции, которая протекает в едином сосуде, суммарно термически сбалансирована, требует минимального количества О₂и производит минимальное количество или не производит СО₂. Предпочтительно, Н₂О добавляют в качестве реагента в реагирующее углеродсодержащее исходное сырье, кислородсодержащий газ и вещество совместной подачи.

Кроме того, дополнительно предусмотрена реакция, которая протекает на линии раздела, связывающей СН2 и Н2О на фазовой диаграмме тройной системы С-Н-О, или очень близко к ней.

Более того, предусмотрен продукт, которым является синтез-газ; альтернативно, диметиловый эфир; дополнительно альтернативно, топливный продукт по Фишеру-Тропшу. Процесс также может быть настроен для получения топливного продукта по Фишеру-Тропшу, Н2О и непрореагировавшего синтез-газа, причем непрореагировавший синтез-газ может быть сожжен в турбине для выработки электричества.

Согласно второму варианту осуществления настоящее изобретение относится к многочисленным реакциям, которые проходят в многочисленных сосудах, причем в первом сосуде обеспечены условия для термически сбалансированной реакции газификации углеродсодержащего исходного сырья в ходе первой реакции.

В соответствии с аспектом этого варианта осуществления настоящего изобретения к первой реакционной смеси в качестве реагента предпочтительно добавляют Н2О. Кроме того, предпочтительно, к первой реакционной смеси в качестве реагента добавляют СО₂. Реагенты Н₂О и СО₂ могут быть подведены в рамках повторного использования из продуктов последующей реакции или реакций, протекающих в дополнительном сосуде или сосудах.

В соответствии с дополнительным аспектом этого варианта осуществления настоящее изобретение относится к продукту, которым является синтез-газ; альтернативно, диметиловому эфиру; дополнительно альтернативно, топливному продукту по Фишеру-Тропшу.

В соответствии с третьим вариантом осуществления настоящее изобретение относится к многочисленным реакциям, которые протекают в многочисленных сосудах, причем в первом сосуде обеспечены условия для эндотермической реакции газификации углеродсодержащего исходного сырья в ходе основной реакции, которая термически балансирует последующую реакцию или реакции, протекающие в до- 1 026067 полнительном сосуде или сосудах и которая/которые является(ются) экзотермической(ими), таким образом, что суммарный способ получения жидкого химического или топливного продукта является термически сбалансированным.

В соответствии с аспектом этого варианта осуществления изобретения основная реакция представляет собой реакцию получения синтез-газа, а дополнительная реакция представляет собой реакцию получения диметилового эфира, причем указанные реакции суммарно термически сбалансированы.

В соответствии с дополнительным аспектом этого варианта осуществления настоящего изобретения основная реакция представляет собой реакцию получения синтез-газа, дополнительная реакция представляет собой реакцию получения диметилового эфира, а еще дополнительная реакция представляет собой реакцию получения желаемого топлива по Фишеру-Тропшу, причем указанные реакции суммарно термически сбалансированы.

В соответствии с дополнительным аспектом этого варианта осуществления настоящего изобретения к основной реакционной смеси в качестве реагента предпочтительно добавляют Н₂О. Дополнительно предпочтительно, к основной реакционной смеси в качестве реагента предпочтительно добавляют СО₂. Реагенты Н₂О и СО₂ могут быть подведены в рамках повторного использования из продуктов последующей реакции или реакций, протекающих в дополнительном сосуде или сосудах.

Также предусмотрено углеродсодержащее исходное сырье, которое выбирают из группы, состоящей из угля, остатка нефтепереработки, биомассы и отходов.

В конкретном варианте осуществления настоящее изобретение относится к веществу совместной подачи, которое представляет собой метан, альтернативно газообразный водород. Кислородсодержащий газ может представлять собой воздух, обогащенный воздух или кислород.

Краткое описание графических материалов

Теперь изобретение будет иллюстративно описано посредством ссылок на сопровождающие неограничивающие схематические графические материалы. В графических материалах на фиг. 1 показана типичная фазовая диаграмма тройной системы С-Н-О, которая может быть использована в вариантах осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 2 - графическое представление химических частиц на С-Н-0 связь-эквивалентной фазовой диаграмме;

на фиг. 3 показано графическое изображение различных подач (только С, Н₂О и О₂) и минимальные выбросы СО₂ на С-Н-0 связь-эквивалентной фазовой диаграмме;

на фиг. 4 - область на С-Н-0 связь-эквивалентной фазовой диаграмме, содержащая выбранное вещество совместной подачи в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг. 5 - графическое представление важных реакций газификации на С-Н-0 связь-эквивалентной фазовой диаграмме;

на фиг. 6 - технологическая схема получения топливного или химического продукта из газообразных СО2 и Н2 согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 7 - технологическая схема синтеза по Фишеру-Тропшу (РТ) из повторно используемого С0₂согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 8 - технологическая схема синтеза по РТ с применением диметилового эфира (ΌΜΕ) с повторно используемым СО₂ согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 9 - технологическая схема получения топливного/химического продукта с повторно используемым С0₂ согласно варианту осуществления настоящего изобретения; и на фиг. 10 - технологическая схема синтеза по РТ с применением ΌΜΕ с СО₂ и повторно используемой Н2О согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Подробное раскрытие изобретения

Для описания превращения углеродсодержащего исходного сырья, такого как уголь, в другие вещества особенно применима фазовая диаграмма тройной системы углерод/водород/кислород. Применение такой диаграммы позволяет графически представлять композиции в виде связь-эквивалентного процентного соотношения, т.е. когда каждому элементу присваивают массу, соответствующую его способности к сочетанию с другими элементами.

Таким образом, диаграмма позволят представлять на ней различные стадии процесса получения топлива. Как показано на фиг. 1, могут присутствовать связь-эквивалентные мольные фракции С, О₂, Н₂, С0, С0₂, СН₄, СН₂ и Н₂О. На пиках фазовой диаграммы находятся С, О₂ и Н₂, а любая точка внутри нее представляет любую действительную содержащую С-Н-0 молекулу. Посредством соединения компонентов показанными на фиг. 2 прямыми линиями могут быть образованы различные границы. Эти линии представляют такие важные физико-химические однократные действия, как смешивание, взаимодействие или разделение.

С применением природного газа (метана) традиционные процессы характеризуются возможностью получения жидкого топлива или химикатов при минимальных выбросах СО2 в окружающую среду. Это является отличительным признаком СН4, который используют согласно настоящему изобретению, устраняя любые выбросы СО₂, связанные с применением угля.

Суммарный важный процесс может быть записан как С+аСН₄+Ь0₂^йСН₂+еН₂0. Смешивание ве- 2 026067 щества совместной подачи предусматривает подачу в процесс для более близкого расположения к линии соединения точек СН₂ и Н₂О, и следует отметить, что в ходе процесса СО₂ не вырабатывается. Это разительно отличается от традиционных процессов переработки угля, при которых суммарный процесс может быть представлен как 3С+2Н₂О^2СН₂+СО₂ или 3С+4Н₂О^2СН₂+2Н₂О+СО₂, в ходе которых неизменно вырабатывается СО₂.

Что касается фиг. 2, особый интерес представляют линии раздела углерода-пара, Н₂-СО, Н₂-СО₂. Для минимизации или исключения процессов с выбросом СО₂ процесс необходимо проводить на границе раздела СН₂-Н₂О или очень близко к ней, что приводит к получению продуктов типичных процессов по РТ. Проведение процессов на этой границе не вызывает выбросы СО₂ при правиле левой руки, а вместо этого имеет место выброс Н₂О.

На фиг. 3 представлены три условия подачи (А,В,С), которые представляют различные соотношения С:Н₂О:О₂ и находятся между линией СН₂-СО₂. Может быть показано, что если уголь используют в качестве единственного исходного сырья с паром и кислородом (точка А), тогда граница раздела углерода-пара представляет крайнее работоспособное состояние для минимального выброса СО₂. Если используют другую точку (например, В или С), тогда по правилу левой руки будет больше выбросов СО2, поскольку точки подачи становятся ближе к точке СО₂. Более того, выбросы СО₂ являются неизбежными в таких процессах, поскольку по правилу левой руки необходима выработка как СО₂, так и топлива (СН₂) по обе стороны прямой линии. Проведение строго в границах области, определенных точками С-Н₂О-О₂ (заштрихованная область), вызовет большие выбросы СО₂, чем минимальные, полученные на границе С-Н₂О.

Вещество/средство совместной подачи.

Как показано на фиг. 4, для минимизации или устранения процессов с выбросом СО₂ необходимо проводить процесс на линии раздела, связывающей СН2-Н2О, или очень близко к ней, что приводит к получению продуктов типичных процессов по РТ. Проведение процессов на этой границе не вызывает выбросы СО2 при правиле левой руки, а вместо этого имеет место выброс Н2О.

Таким образом, согласно настоящему изобретению для получения жидких химикатов и топлива используют, например, метан (в качестве вещества совместной подачи) и углеродное исходное сырье в таких пропорциях, которые позволяют полностью избегать каких-либо фундаментальных процессов с выбросом СО₂. В принципе, любое другое доступное вещество может быть добавлено к углеродсодержащей подаче при условии, что оно может быть описано фазовой диаграммой тройной системы СНО и находится над границей раздела СН₂-Н₂О. Для экономичного получения другим возможным средством является водород.

Теперь может быть определена область (заштрихована на фиг. 4), ограниченная между СН₂-Н₂О-Н₂, в которой позволительно добавлять к углю любую комбинацию вещества совместной подачи для приближения суммарной композиции подачи к линии СН₂-Н₂О. Например, СН₄ может быть использован для добавления к С и Н2О с получением рабочей точки, в которой производится синтез-газ, содержащий СО и Н₂ в отношении 1:2, необходимый для синтеза по РТ. Если в качестве дешевого ресурса доступен Н₂, тогда для производства сингаза где угодно на границе СН2-Н2О для подачи в реактор по РТ может быть использована линейная комбинация С, Н₂ и Н₂О. Любая подача или комбинации совместных подач в области СН₂-Н₂О-Н₂ может быть использована с углем для обеспечения протекания процесса на линии СН₂-Н₂О и, следовательно, исключения образования СО₂.

Согласно настоящему изобретению процессы представляют собой многоступенчатые стадии, которые не предусматривают внешнее предварительное нагревание исходного сырья с помощью сжигаемого топлива, которые представляют собой вторичные источники СО₂ (вдобавок к СО₂, образующемуся при образовании О2).

Диметиловый эфир (ΌΜΕ), экологически чистый заменитель дизельного топлива, традиционно получают посредством дегидратации метанола. Однако существуют способы, которые предусматривают переработку сингаза (СО:Н₂=1:2), получаемого в результате частичного окисления метана, непосредственно в ΌΜΕ (с получением метанола в качестве промежуточной стадии). ΌΜΕ также может быть получен из угля при использовании сингаза с отношением СО:Н₂=1:1. Преимуществом этого процесса является то, что он характеризуется более высоким равновесным превращением, чем предусматривающий использование более высокого отношения СО:Н₂ (1:2), и отделение ΌΜΕ от СО₂ является совершенно несложным. Однако получение ΌΜΕ только из угля приводит к образованию больших количеств СО₂ в реакторе ΌΜΕ, а также в газификаторе. Ключевым преимуществом получения ΌΜΕ, среди прочего, является то, что он также является исходным сырьем для продуктов по РТ. Это может быть достигнуто посредством дополнительной дегидратации ΌΜΕ над соответствующим катализатором до желаемого топлива по РТ. Полученному топливу не требуется интенсивных стадий очистки, как при традиционных процессах по РТ.

Включение СН4 в газификацию угля и проведение процесса при термонейтральных условиях с получением жидких химикатов и топлива характеризуется некоторыми преимуществами. Во-первых, из окружающей среды удаляется мощный парниковый газ, а СО2 взамен не выделяется, требуется меньшее количество дорогостоящего кислорода, и может быть получено большее количество топлива на моль углерода в подаче, чем традиционным способом обработки угля паром.

- 3 026067

Теперь изобретение будет описано и проиллюстрировано на конкретных примерах, которые не предназначены для ограничения каким-либо образом настоящего изобретения, но которые приведены только для описания конкретных предпочтительных вариантов осуществления изобретения.

Пример 1. Одностадийные способы и получение топлива/химикатов.

Следует отметить, что процессы повторного использования СО₂ и реакции газификации и получения топлива могут быть включены в единый процесс. Подтверждено, что эти процессы действительно каталитически управляемы и могут требовать дополнительного усовершенствования, чтобы функционировать одновременно при одной и той же температуре реакции. Например, в процессе газификации температура проведения процесса может определять необходимость использования высокотемпературного катализатора по РТ и низкотемпературного катализатора для получения синтез-газа (сингаза). Задачей настоящего изобретения является не разработка катализатора для этого процесса, но освещение потребности в разработке катализатора для эффективного проведения одностадийного способа. Преимущества проведения одностадийного процесса включают: 1) сокращение количества оборудования, 2) отсутствие внешнего повторного использования, 3) легкое выделение готового продукта, 4) возможное применение воздуха вместо чистого кислорода (т.е. не требуется разделения воздуха), 5) одновременную очистку от серы (или от другого каталитического яда), 6) не требуется промежуточной стадии удаления СО₂.

Эндотермическая реакция при газификации и экзотермическая реакция в процессе получения топлива могут протекать суммарно термически сбалансированно. Для этого, например, потребовался бы неподвижный слой угля, смешанный с бифункциональным катализатором (или каталитической смесью), который был бы псевдоожижен (или не псевдоожижен) смесью метана, кислорода или пара с получением диметилового эфира (ΌΜΕ) или желаемого топливного продукта по Фишеру-Тропшу (РТ) (для более простой ссылки далее упоминается как СН₂). Реакции также могут протекать в слое взвешенного осадка реактора, в котором уголь и катализатор диспергированы в инертной жидкости, а реакционноспособные газы барботируют через этот слой.

В приведенных ниже примерах следует отметить, что перед применением катализатора опускали необходимые стадии очистки газа. Кроме того, подразумевается, что подача в процессы происходила при подходящих температурах и давлениях, необходимых для дальнейшего протекания процесса.

Пример 1.1. Одностадийный способ: получение по РТ.

Ниже показаны эндотермическая реакция газификации и экзотермическая реакция в способе по РТ.

Газификация

Получение РТ

Таким образом, два процесса могут протекать в одном сосуде суммарно термически сбалансированно. Суммарно термически сбалансированный одностадийный способ представлен далее

СН₄ + 1,118С + 0,1180, —2СН, + 0,118СО, (0 кДж/моль)

Следует отметить, что может быть использован обогащенный воздух (с меньшим содержанием Ν₂) или воздух. Однако система должна протекать слегка экзотермически с учетом присутствия в системе инертного азота, а также с предварительным нагреванием для доведения до температуры реакции.

Пример 1.2. Одностадийный способ: получение ΌΜΕ с кислородом/воздухом.

Ниже показана эндотермическая реакция газификации и экзотермическая реакция в способе получения ΌΜΕ

Газификаця

СН₄ + 0,50 К?+ 0,7500, + 0,2490, + 0,252«,О—2,25^СО+Н₂) (184,2кДж/моль

Получение ΌΜΕ

2,252(00+«,) _д >0,750,«„О + 0,7500, (-184,2кДж/моль)

СН_ + 0,5010 + 0,2490, +0.252«,О——>ϋ.75Ο,«_ΛΟ (0кДж/моль)

При этой схеме реакции требуется только добавление метана, пара и кислорода к углю. Следует отметить, что при полном однократном процессе не образуется С0₂, поскольку он расходуется внутри в ходе реакции газификации.

При использовании чистого кислорода может быть получен чистый ΌΜΕ. Следует отметить, что может быть использован обогащенный воздух (с меньшим содержанием Ν2) или воздух. Однако система должна протекать слегка экзотермически с учетом присутствия инертного азота в системе.

Большинство катализаторов ΌΜΕ оптимально действуют при приблизительно 550К. Это определяет необходимость либо получения эффективного катализатора газификации для действия при 550К с получением сингаза (СО:Н₂=1:1), либо создания катализатора ΌΜΕ для действия при более высоких температурах. Однако равновесие ΌΜΕ значительно падает при более высоких температурах, и для усиления преобразований равновесия может потребоваться воздействие более высокого давления.

- 4 026067

Пример 1.3. Одностадийный способ: получение ΌΜΕ и по РТ.

Возможно добавление в смесь дополнительного катализатора для дегидратации ΌΜΕ до продуктов по РТ. По существу, это будет трикаталитической системой, обеспечивающей внутреннее повторное использование СО₂, а также Н₂О. Например, при рассмотрении системы ΌΜΕ, которой необходим кислород, весь процесс представляет собой

С'Н₄ + 0,5010 + 0,2490,, ——>1,5С'Н₂ + 0,498//,0 (экзотермический)

В эту систему подают только метан, кислород и уголь. Следует отметить, что подача находится на линии соединения СН₂ и Н₂О на связь-эквивалентной фазовой диаграмме. Реакция является полностью экзотермической, поскольку катализатор по РТ добавляли при имеющемся термически сбалансированном действии ΌΜΕ.

Трикаталитическая система может действовать полностью термонейтрально согласно полной реакции ниже

СН, + 0,7950 + 0,1020₂ ——+ 1,795СЯ, + О,2О5Я₂0 (0 кДж/моль)

Этой системе необходима реакция получения ΌΜΕ с получением СО₂, а также реакция по РТ с получением Н₂О, которые должны осуществлять подведение энергии для протекания внутреннего эндотермического процесса газификации. Теплота как из процесса получения ΌΜΕ, так и процесса по РТ управляет эндотермической реакцией суммарно термически сбалансированно. Дополнительно следует отметить, что для осуществления этого способа необходим минимум кислорода, и он в результате дает минимум сточной воды и больше углеводородов на моль метана.

Пример 2. Термически сбалансированные выполнения процессов газификации.

Является обычной практикой проведение процессов газификации при почти термически сбалансированных условиях. Это условия достигают, когда эндотермические реакции (см. фиг. 5) одновременно обусловлены серией экзотермических реакций внутри газификатора.

Таким образом, как показано на фиг. 5, важные реакции могут быть представлены графически на связьэквивалентных фазовых диаграммах в виде точек пересечения между различными веществами. Например, пересечение линии углерода-пара и линии СО-Н₂ представляет реакцию С+Н₂О^СО+Н₂ или также может представлять 2С+2Н₂О^СН₄+СО₂. Для происходящих на последующих стадиях процессов формирующий газ (сингаз) является более желаемым в качестве промежуточного вещества.

Пример 2.1. Термически сбалансированное проведение процессов газификации: процессы угля и метана.

Метан и уголь могут взаимодействовать термонейтрально в газификаторе с получением газа с отношением СО₂:Н₂ = 1:3. Преимуществом применения такой стехиометрии является то обстоятельство, что газификатор действует непосредственно на линии, связывающей СН₂-Н₂О. Термически сбалансированная реакция, О, представлена ниже

О : 0Я₄ + 0,21090 + О,39460₂ + 1,6325Я,0 -> 1,21100₂ + 3,632Я₂ ( ОкДж/моль)

При этой реакции используют относительно значительное количество угля с метаном. Однако также необходимо большое количество воды, но оно может быть возмещено повторным использованием.

Обогащенный СО₂-Н₂ газ может быть использован непосредственно в качестве подачи для получения метанола, ΌΜΕ или по РТ. Весь процесс показан на фиг. 6, а в табл. 1 для процесса представлены мольные балансы.

Таблица 1. Мольные балансы для СО2:Н2=1:3

- 5 026067

Таблица 2. Продукты, образующиеся на моль метана при подаче

	Количество (на	моль СН4 при подаче)
Процесс метанола	Процесс по РТ	Процесс получения ОМЕ
СНзОН	1,211	СН,	1,211	С,Н₆О	0,605
Н,0	1,211 (ноль при повторном использовании)	Н₂О	2,422 (0,789 при повторном использовании)	Н,0	1,816(0,1839 при повторном использовании)

Особым преимуществом этого процесса является то, что не образуется СО₂ и что используется приемлемое количество угля относительно метана. Однако все же считается, что в суммарной подаче метан находится в преобладающем количестве. Этот процесс может представлять особый интерес для отдельных угольных шахт, которые производят уловленный метан. Уловленный метан с низкосортным, непромытым углем и воздухом может быть использован для получения жидкого топлива, которое может быть перемещено традиционными способами. Согласно настоящему изобретению, таким образом, метан превращают в топливо без выбросов метана или СО₂.

Пример 2.2. Термически сбалансированное проведение процессов газификации: уголь и метан с процессом повторного использования СО₂ для прямого синтеза по РТ.

Здесь рассматривают случай, когда для следующей реакции определены параметры а, Ь, й, е и £ при условии, что суммарная теплота реакции равна нулю и используют максимум СО₂.

С//₄ +аС + ЬН,О + ТО, + еСО, —_со—>/(СО + 0,5Н,) (0 кДж/моль)

Полученный термически сбалансированный раствор получен с применением следующей реакции А:

А; СН, + 2,068С +1,0680, + 0,93200,->4(СО + 0,5//,) (0 кДж/моль)

Следует отметить, что для этого конкретного отношения СО:Н₂=1:0,5 пар не требуется. Как показано, полученный сингаз может далее реагировать с получением продуктов по РТ (в экзотермической реакции)

Образованный в процессе РТ СО₂ повторно использовали в термически сбалансированном газификаторе. Весь процесс показан на фиг. 7, а в табл. 3 представлены мольные балансы процесса.

Таблица 3. Мольные балансы для синтеза по РТ с повторным использованием СО₂

Таблица 4. Продукты, образованные на моль метана в подаче для синтеза по РТ

Количество (на моль СН4 в подаче)
Процесс по РТ	Процесс получения ϋΜΕ
СН,	2	С,Н₆О	-
СО,	1,068	СО,	-

Пример 2.3. Термически сбалансированное проведение процессов газификации: уголь и метан с процессом повторного использования СО₂ для синтеза по РТ через ΌΜΕ.

Здесь рассмотрен случай, когда определены параметры а, Ь, й, е и £ для следующей реакции при условии, что суммарная теплота реакции равна нулю и используют максимум СО₂.

СН, + аС + ЪН ₂О + <Ю_г + еСО, >/(СО + //₂)(0Дж/ммоль)

Полученный термически сбалансированный раствор получен с применением следующей реакции С:

С : СН, + 0,634С + 0,6340, + ОД66СО,->2(СО + //,)(0 Дж/моль)

Сингаз дополнительно реагирует с образованием ΌΜΕ согласно

- 6 026067

ΌΜΕ далее дегидратировали до продуктов по ЕТ и воды

Схема процесса показана на фиг. 8 ниже. В табл. 5 и 6 представлены мольные балансы. Перед обработкой по ЕТ СО₂ в потоке 4 удаляли.

Таблица 5. Мольные балансы для синтеза по ЕТ через ΌΜΕ

Компонент	Поток (моль/с)
1	2	3	4	5
с	0,634
о₂	0,634
Н₂О					0,667
сн,	1
н₂		2
со₂			0,366	0,3	0,3
со		2
СН.О				0,667
СН,ОН

сн₂

1,334

Таблица 6. Продукты, образующиеся на моль метана в подаче для синтеза по ЕТ через ΌΜΕ

Количество (на моль СН4 в подаче)
Процесс по РТ	Процесс получения ОМЕ
сн.	1,334	С₂Н₆О	-
СО,	0,3	СО,	-
Н₂О	0,667	Н₃О	-

Пример 3. Термически несбалансированное проведение процессов газификации.

В этом примере убирали требование к тому, чтобы газификация проходила при термически сбалансированных условиях. Здесь газификации позволяли проходить достаточно эндотермически, чтобы экзотермическая стадия получения топлива/химикатов точно совпадала, и суммарный процесс был термически сбалансированным. Преимущество проведения процесса таким способом обеспечивает возможность проведения всего процесса с более низкой выработкой СО₂. Схема всего процесса показана на фиг. 9.

Следует отметить, что О₁=-О₂, так что суммарный процесс является термически сбалансированным, и добавления или удаления избытка теплоты в процесс или из процесса не требуется.

В табл. 7 ниже перечислены значения теплоты реакции для соединений при 650 К, в которой СН₂представлен одной восьмой октена (С₈Н₁₆).

Таблица 7. Теплота реакции (кДж/моль) для соединений при 650 К

Пример 3.1. Термически несбалансированное проведение процессов газификации: получение по ЕТ. Для получения по ЕТ схемы реакций, которые должны быть определены, представлены ниже как А и В

А: СН₄ + аС + ЬН_гО + с!О- + еСО_г ——> /(СО + 0,577₂) (ф, кДж/моль)

В: /(СО + 0,577,)—СН_г + %СО₂ (ф, кДж/моль)

Следовательно, для Ц₁=-Ц₂ полученные схемы реакции представляют собой: газификация

СН, +1,118С + 0,1180, +1,882СО₂ —-^4(С<7 + 0,577,) (375,1 кДж/моль) получение по синтезу ЕТ

4(СО + 0,577, )-^-/-2077, + 2СО₂ (-375,1 кДж/моль)

- 7 026067

Мольные балансы представлены в табл. 8 и 9 ниже.

Таблица 8. Мольные балансы для синтеза по РТ (термически несбалансированный газификатор)

Таблица 9. Продукты, образующиеся на моль метана в подаче для синтеза по РТ

Процесс по РТ (через ОМЕ )
СН,	2
СО,	0,118

Пример 3.2. Термически несбалансированное проведение процессов газификации: получение по РТ с применением ΌΜΕ.

Для получения ΌΜΕ схемы реакций, которые должны быть определены, представлены ниже как Ό и Е Г): СН, + аС + ЬН₂О + 40, + еСО, ——> /(СО + Н₂) (Ωι кДж/моль)

Е: /(СО + Н₂)—-—>уС,//₆О + ^-СО, ((). кДж/моль)

Следовательно, для Р1=-Ц₂ полученные схемы реакции представляют собой газификация

СЯ₄ +0.501С + 0.75СО, +0.249О_г + 0.252Н₂О^-С2.252<(СО + Н₂) (184,2кДж/моль) получение ΌΜΕ

2,252(СО + Н₂ )—^0,75С₂Н_АО + 0.75СО, (-184,2 кДж/моль)

Это следовало за гидратацией ΌΜΕ до продуктов по РТ и Н₂О согласно уравнению ЕТ: 0,75(/,//,0 —> 1,5СН_г + 0,75/7,0 (экзотермическая)

Н₂О и СО₂ использовали повторно, и процесс показан на фиг. 10. Мольные балансы представлены в табл. 10 и 11 ниже.

Таблица 10. Мольные балансы для синтеза по РТ через ΌΜΕ (термически несбалансированный газификатор)

- 8 026067

Таблица 11. Продукты, образующиеся на моль метана в подаче для синтеза по РТ через ΌΜΕ

Процесс по РТ (через ОМЕ)
сн₂	1,5
со₂	0
Н₂О	0,498

В табл. 12 показано температурное равновесие для системы, которая производит ΌΜΕ с кислородом в подаче.

Таблица 12. Температурные равновесия для газификации и процесса получения ΌΜΕ

Процесс	Теплота (кДж/с)
Газификация	184,2
Процесс получения ϋΜΕ	-184,2

Эта конкретная система представляет огромный интерес, поскольку в ходе суммарного процесса СО₂ не образуется. Весь произведенный в ΌΜΕ реакторе СО₂ используется повторно и утилизируется в газификаторе только с РТ (и Н₂О) в конечном потоке продукта.

Следует отметить, что суммарно этот процесс является экзотермическим и подача (поток 1) находится на линии, соединяющей СН₂ и Н₂О на связь-эквивалентной фазовой диаграмме.

Пример 3.3. Термически несбалансированное проведение процессов газификации: получение по РТ с применением суммарно термически сбалансированного ΌΜΕ.

Для получения суммарно сбалансированного синтеза по РТ схемы реакций, которые должны быть определены, представлены ниже как Ό, Е и Р £>: СН₄ +аС + ЬН,О + 40, + еС’О, ——>/(СО + Н₂) С/ ккДжумоль)

Е : /{СО + Н₂)—ё—>^-С_гН₆О + -уСО, (0₂ кДж'моль)

Έ РСДДО _й > -у-СН₂ + 2-Н₂О ( О₃ кДж/моль)

Следовательно, для Οι = -Ц₂-Ц₃ полученные реакции процесса представляют собой

СН₄ + 0,795С + 9,693Н₂О + ОД 020, + 0,89800, 2,693(СО + Я,) (ЗОО,ЗкДж I моль)

2.693(00 + Я,)—0.8980, Я,,О+ 0.89800, (-220,3 кДж/ моль)

0,‘893С₂Н₆О—^1,795СН₂ + 0,898Я₂О (-80 кДж / моль)

Весь процесс представляет собой

СЯ₄ + 0.795С + 0,1020,->1,795СЯ, + 0,205Я,0 (0 кцДж/моль

Мольные балансы представлены в табл. 13 и 14 ниже для схемы процесса, как на фиг. 10.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ получения жидкого топливного продукта, в ходе осуществления которого выбросы СО₂минимизированы, причем способ предусматривает следующие стадии:

(ί) эндотермическая газификация углеродсодержащего исходного сырья с кислородсодержащим газом и веществом совместной подачи, содержащим метан, с получением синтез-газа, причем указанное вещество совместной подачи представляет собой вещество, которое находится в области, ограниченной точками СН₂-Н₂О-Н₂ на фазовой диаграмме тройной системы С-Н-О, как показано на фиг. 4;

(ίί) экзотермическая реакция синтез-газа с получением жидкого топливного продукта в том же сосуде, в котором протекала реакция газификации;

(ш) рециклизация СО₂ в ходе осуществления способа в том же сосуде;

причем применение указанного вещества совместной подачи и рециклизации СО₂ снижает образование СО₂ в ходе осуществления способа.
2. Способ по п.1, при котором Н₂О добавляют в качестве реагента к взаимодействующим углеродсодержащему исходному сырью, кислородсодержащему газу и веществу совместной подачи.
3. Способ по п.1 или 2, при котором жидкий топливный продукт представляет собой диметиловый эфир.
4. Способ по любому из пп.1-3, при котором жидкий топливный продукт представляет собой топливо, полученное в ходе синтеза по Фишеру-Тропшу.
5. Способ по п.4, в котором в ходе осуществления указанного способа также образуются Н₂О, диоксид углерода и синтез-газ.
6. Способ по п.3, в котором в ходе осуществления указанного способа также образуется синтез-газ.
7. Способ по любому из пп.1-6, при котором теплота экзотермической реакции стадии (ίίί) влияет на эндотермическую реакцию стадии (ί) так, что экзотермическая и эндотермическая реакции протекают термически сбалансированно.
8. Способ по любому из пп.1-6, который является суммарно экзотермическим.