EA040289B1 - SYSTEM AND METHOD FOR PRODUCING SYNTHESIS GAS - Google Patents

SYSTEM AND METHOD FOR PRODUCING SYNTHESIS GAS Download PDF

Info

Publication number
EA040289B1
EA040289B1 EA202091418 EA040289B1 EA 040289 B1 EA040289 B1 EA 040289B1 EA 202091418 EA202091418 EA 202091418 EA 040289 B1 EA040289 B1 EA 040289B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
gas
synthesis gas
catalyst
reactor
aforementioned
Prior art date
Application number
EA202091418
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Петер Мёльгаард Мортенсен
Ким Аасберг-Петерсен
Original Assignee
Хальдор Топсёэ А/С
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 Хальдор Топсёэ А/С filed Critical Хальдор Топсёэ А/С
Publication of EA040289B1 publication Critical patent/EA040289B1/en

Links

Description

Область техники настоящего изобретенияTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к системе для получения синтез-газа. Настоящее изобретение также относится к способу получения синтез-газа. Более конкретно, настоящее изобретение относится к системе и способу, предназначенным для получения синтез-газа с низким соотношением Н2/СО.The present invention relates to a system for producing synthesis gas. The present invention also relates to a process for producing synthesis gas. More specifically, the present invention relates to a system and process for producing low H2/CO synthesis gas.

Уровень техники настоящего изобретенияState of the art of the present invention

Каталитическое получение синтез-газа посредством парового риформинга исходных углеводородов известно уже несколько десятилетий. Эндотермическую реакцию парового риформинга, как правило, осуществляют в реакторе парового риформинга (SMR). Реактор парового риформинга или реактор парового риформинга метана содержит ряд наполненных катализатором труб, расположенных в печи или огневом нагревателе, чтобы обеспечивать тепло для эндотермической реакции. Трубы обычно имеют длину от 10 до 14 м и внутренний диаметр от 7 до 15 см. Тепло для эндотермической реакции обеспечивают посредством сжигания топлива в горелках в печи. Температура синтез-газа на выходе из реактора парового риформинга зависит от применения синтез-газа, но обычно находится в диапазоне от 65 до 980°С.The catalytic production of synthesis gas by steam reforming of hydrocarbon feedstocks has been known for several decades. The endothermic steam reforming reaction is typically carried out in a steam reformer (SMR). The steam reformer or methane steam reformer comprises a series of catalyst-filled tubes located in a furnace or fired heater to provide heat for the endothermic reaction. The tubes typically have a length of 10 to 14 m and an internal diameter of 7 to 15 cm. Heat for the endothermic reaction is provided by burning fuel in burners in a furnace. The temperature of the synthesis gas at the outlet of the steam reformer depends on the use of synthesis gas, but is usually in the range from 65 to 980°C.

Известно, что образование сажи на катализаторе, используемом для каталитического получения синтез-газа посредством парового риформинга, представляет собой проблему, в частности, для получения синтез-газов, имеющих сравнительно низкое соотношение Н2/СО. Таким образом, для таких синтезгазов требуются катализаторы, устойчивые к образованию сажи. Такие устойчивые к образованию сажи катализаторы представляют собой, например, катализаторы на основе благородных металлов, катализаторы на основе частично пассивированного никеля и промотированные никелевые катализаторы. Кроме того, для риформинга обогащенного СО2 газа в промышленном масштабе, как правило, требуется сопутствующее введение воды для уменьшения склонности газа к образованию сажи. С термодинамической точки зрения оказывается преимущественным присутствие высокой концентрации СО2 и низкой концентрации пара в исходном материале в целях обеспечения получения синтез-газа с низким соотношением H2/CO. Однако работа в таких условиях может оказаться неосуществимой вследствие возможности образования сажи на катализаторе.It is known that the formation of soot on the catalyst used for the catalytic production of synthesis gas by steam reforming is a problem, in particular for the production of synthesis gases having a relatively low H 2 /CO ratio. Thus, soot resistant catalysts are required for such synthesis gases. Such soot resistant catalysts are, for example, noble metal catalysts, partially passivated nickel catalysts, and promoted nickel catalysts. In addition, the reforming of a CO2 rich gas on an industrial scale generally requires a co-introduction of water to reduce the gas's tendency to form soot. From a thermodynamic point of view, the presence of a high concentration of CO2 and a low concentration of steam in the feedstock is advantageous in order to produce syngas with a low H2/CO ratio. However, operation under such conditions may not be feasible due to the possibility of soot formation on the catalyst.

Альтернативное получение синтез-газа с низким соотношением H2/CO посредством парового риформинга представляет собой способ пассивированного серой риформинга (SPARG), который может быть использован для получения синтез-газа с относительно низким соотношением H2/CO. Для этого способа требуется десульфуризация произведенного синтез-газа в целях получения синтез-газа, не содержащего серы.An alternative production of syngas with a low H2/CO ratio by steam reforming is the sulfur passivated reforming (SPARG) process, which can be used to produce syngas with a relatively low H2/CO ratio. This process requires the desulfurization of the produced synthesis gas in order to obtain a synthesis gas free of sulfur.

Более подробное описание разнообразных способов получения синтез-газа с низким соотношением Н2/СО можно найти в статье Опыт парового риформинга обогащенного СО2 газа в промышленном масштабе, P.M. Mortensen и I. Dybkjsr, Applied Catalysis A: General, 495 (2015), 141-151.A more detailed description of the various methods for producing low H2/CO synthesis gas can be found in the article Experience in Industrial Scale Steam Reforming of CO2 Rich Gas, P.M. Mortensen and I. Dybkjsr, Applied Catalysis A: General, 495 (2015), 141-151.

Способы на основе автотермического риформинга (ATR) представляют собой альтернативный путь к получению синтез-газа, в частности, когда требуется низкое соотношение водорода и монооксида углерода. Основные элементы реактора ATR представляют собой горелка, камера сгорания и слой катализатора, содержащийся внутри оболочки, футерованной огнеупорным материалом и устойчивой к высокому давлению. В реакторе ATR после частичного сгорания исходного углеводородного потока в субстехиометрическом количестве кислорода происходит паровой риформинг частично сгоревшего исходного материала в неподвижном слое катализатора парового риформинга. Паровой риформинг также происходит в некоторой степени в камере сгорания вследствие высокой температуры. Реакцию парового риформинга сопровождает реакция конверсии водяного газа. Как правило, на выпуске реактора газ находится в равновесном или близком к равновесному состоянии по отношению к реакциям парового риформинга и конверсии водяного газа. Температура выходящего газа обычно находится в диапазоне от 850 до 1100°С. Дополнительные подробности ATR и полное описание можно найти в литературе, такой как статья Получение синтез-газа для синтеза Фишера-Тропша, глава 4, Studies in Surface Science and Catalysis, 2004 г., том 152, с. 258-352.Autothermal reforming (ATR) processes represent an alternative route to syngas production, particularly when a low hydrogen to carbon monoxide ratio is required. The main elements of the ATR reactor are a burner, a combustion chamber and a catalyst bed contained within a shell lined with refractory material and resistant to high pressure. In the ATR reactor, after partial combustion of the feed hydrocarbon stream in a substoichiometric amount of oxygen, steam reforming of the partially combusted feed occurs in a fixed bed of steam reforming catalyst. Steam reforming also occurs to some extent in the combustion chamber due to the high temperature. The steam reforming reaction is followed by a water gas shift reaction. Typically, at the outlet of the reactor, the gas is at or near equilibrium with respect to the steam reforming and water gas shift reactions. The outlet gas temperature is typically in the range of 850 to 1100°C. Additional details of the ATR and a full description can be found in the literature, such as the article Generating Syngas for Fischer-Tropsch Synthesis, Chapter 4, Studies in Surface Science and Catalysis, 2004, Volume 152, p. 258-352.

В реакторе ATR используют кислород и пар, а также необязательно диоксид углерода, которые реагируют с исходным углеводородным потоком, образуя синтез-газ. Соотношение водорода и монооксида углерода в выходящем газе зависит от выбранных технологических условий, включая количество пара и диоксида углерода, вводимых в исходный углеводородный поток и/или реактор ATR. Увеличение количества диоксида углерода приведет к уменьшению соотношению водорода и монооксида углерода в полученном синтез-газе, но при этом приведет к увеличению расхода кислорода, а также размера реактора вследствие увеличения потока.The ATR uses oxygen and steam, and optionally carbon dioxide, which react with the hydrocarbon feed stream to form synthesis gas. The ratio of hydrogen and carbon monoxide in the exit gas depends on the selected process conditions, including the amount of steam and carbon dioxide introduced into the original hydrocarbon stream and/or the ATR reactor. Increasing the amount of carbon dioxide will decrease the ratio of hydrogen to carbon monoxide in the produced synthesis gas, but will increase the oxygen consumption as well as the reactor size due to the increase in flow.

Кроме того, в технике известно, что паровой риформинг может быть осуществлен посредством теплообменного риформинга. В теплообменном риформинге поток горячего продукта из реактора парового риформинга или реактора ATR используют в качестве источника тепла для осуществления реакции парового риформинга. Например, в документах EP-0033128 и EP-0334540 описаны параллельные конфигурации, в которых исходный углеводородный поток вводят параллельно в радиационную печь и реактор теплообменного риформинга. Подвергнутый частичному риформингу газ из радиационной печи затем используют в качестве источника тепла для реакций риформинга в реакторе теплообменного риформинга.In addition, it is known in the art that steam reforming can be carried out by means of heat exchange reforming. In heat exchange reforming, a hot product stream from a steam reformer or an ATR reactor is used as a heat source for the steam reforming reaction. For example, EP-0033128 and EP-0334540 describe parallel configurations in which a hydrocarbon feed stream is introduced in parallel into a radiant furnace and a heat exchange reformer. The partially reformed gas from the radiant furnace is then used as a heat source for the reforming reactions in the heat exchange reforming reactor.

- 1 040289- 1 040289

В других параллельных конфигурациях объединены теплообменный риформинг и автотермический риформинг. В европейских патентах EP0983963, EP1106570 и EP0504471 описаны способы, в которых исходный углеводородный поток вводят параллельно в реактор теплообменного риформинга и реактор автотермического риформинга. Горячий синтез-газ, полученный из реактора автотермического риформинга, используют в качестве теплообменной среды для реакций риформинга, происходящих в реакторе теплообменного риформинга.Other parallel configurations combine heat exchange reforming and autothermal reforming. European Patents EP0983963, EP1106570 and EP0504471 describe processes in which a hydrocarbon feed stream is introduced in parallel into a heat exchange reformer and an autothermal reformer. The hot synthesis gas obtained from the autothermal reforming reactor is used as a heat exchange medium for the reforming reactions taking place in the heat exchange reforming reactor.

Реактор теплообменного риформинга также может быть расположен выше по потоку и последовательно по отношению к реактору парового риформинга или реактору ATR.The heat exchange reformer may also be located upstream and in series with the steam reformer or ATR reactor.

В большинстве случаев полученный синтез-газ, выходящий из реактора теплообменного риформинга, имеет температуру от 500 до 750°С.In most cases, the resulting synthesis gas leaving the heat exchange reforming reactor has a temperature of from 500 to 750°C.

Теплообменный риформинг обладает потенциалом увеличения общей эффективности установки, а также экономии топлива и/или кислорода. Однако проблема теплообменного риформинга, в частности, для получения обогащенного CO синтез-газа, представляет собой металлическое запыливание, когда горячий продукт поток из реактора парового риформинга или реактора ATR охлаждают, чтобы обеспечить тепло для реакции парового риформинга. Металлическое запыливание известно в технике (см., например, статью Получение синтез-газа для синтеза Фишера-Тропша, глава 4, раздел 2.3.4.3., Studies in Surface Science and Catalysis, 2004 г., том 152, с. 304-305) и представляет собой тип коррозии, которая может происходить, когда металлы вступают в контакт с содержащими CO газами при температуре от 400 до 800°С.Heat exchange reforming has the potential to increase overall plant efficiency as well as fuel and/or oxygen savings. However, a problem in heat exchange reforming, particularly for producing CO rich synthesis gas, is metal dusting when the hot product stream from the steam reformer or ATR reactor is cooled to provide heat for the steam reforming reaction. Metallic dusting is known in the art (see, for example, the article Production of synthesis gas for Fischer-Tropsch synthesis, chapter 4, section 2.3.4.3., Studies in Surface Science and Catalysis, 2004, volume 152, pp. 304-305 ) and is a type of corrosion that can occur when metals come into contact with CO-containing gases at temperatures between 400 and 800°C.

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить систему и способ для получения синтез-газа с меньшим соотношением Н2/СО, чем обычно оказывается возможным в реакторе SMR или ATR, с одновременным исключением риска образования сажи на катализаторе, используемом в SMR, и уменьшением расхода кислорода и размера реактора в случае применения реактора ATR. Кроме того, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить систему и способ, которые могут быть использованы в целях усовершенствования существующих систем и способов (на основе реактора ATR или SMR) с увеличением производительности. Следующая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить систему и способ, обеспечивающие более высокую эффективность, чем реактор SMR или ATR. Следующая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить обогащенный СО синтез-газ, представляющий собой синтез-газ, имеющий соотношение Н2/СО ниже 2,5, предпочтительно ниже 2,0 и предпочтительнее ниже 1,8 или даже ниже 1,6. Термин обогащенный СО синтез-газ является синонимом термина синтез-газ с низким соотношением H2/CO. Термин синтез-газ используют для обозначения газа, содержащего водород, монооксид углерода, а также, возможно, диоксид углерода и небольшие количества других газов, таких как аргон, азот и т.д.The object of the present invention is to provide a system and method for producing synthesis gas with a lower H 2 /CO ratio than is normally possible in an SMR or ATR reactor, while eliminating the risk of soot formation on the catalyst used in the SMR and reducing oxygen flow rate and reactor size if an ATR reactor is used. In addition, the object of the present invention is to provide a system and method that can be used to improve existing systems and methods (based on the ATR or SMR reactor) with increased productivity. It is a further object of the present invention to provide a system and method that is more efficient than the SMR or ATR reactor. A further object of the present invention is to provide a CO-enriched synthesis gas which is a synthesis gas having an H 2 /CO ratio below 2.5, preferably below 2.0 and more preferably below 1.8 or even below 1.6 . The term CO-enriched synthesis gas is synonymous with the term synthesis gas with a low H2/CO ratio. The term synthesis gas is used to refer to a gas containing hydrogen, carbon monoxide, and possibly also carbon dioxide and small amounts of other gases such as argon, nitrogen, etc.

Термин риформинг используют для обозначения парового риформинга согласно одной или более из следующих реакций:The term reforming is used to refer to steam reforming according to one or more of the following reactions:

СН4 + Н2О θ СО + ЗН2 (i)CH 4 + H 2 O θ CO + ZN 2 (i)

СН4 + 2Н2О θ СО2 + 4Н2 (ii)CH 4 + 2H 2 O θ CO 2 + 4H 2 (ii)

СН4 + СО2 θ 2СО + 2Н2 (iii)CH 4 + CO 2 θ 2CO + 2H 2 (iii)

Реакции (i) и (ii) представляют собой реакции парового риформинга метана, в то время как реакция (iii) представляют собой реакцию сухого риформинга метана.Reactions (i) and (ii) are steam methane reforming reactions, while reaction (iii) are dry methane reforming reactions.

Для высших углеводородов CnHm, где n>2, m>4, уравнение (i) принимает общий вид:For higher hydrocarbons C n Hm, where n>2, m>4, equation (i) takes the general form:

CnHm + пН2О -► пСО + (n + т/2)Н2 (iv), где n>2, m>4.C n Hm + pN 2 O -► pSO + (n + t / 2) H 2 (iv), where n> 2, m> 4.

Как правило, риформинг сопровождается реакцией конверсии водяного газа (v):As a rule, reforming is accompanied by a water gas shift reaction (v):

Термин паровой риформинг метана используют для обозначения реакций (i) и (ii), проходящих в направлении стрелки слева направо, в то время как термин метанирование используют для обозначения реакций, которые являются обратными по отношению к реакциям (i) и (ii) и проходят в направлении стрелки справа налево. Таким образом, термин реакции парового риформинга метана и метанирования используют для обозначения реакций (i) и (ii), проходящих в направлении равновесия. Термин обратная конверсия водяного газа используют для обозначения конверсии согласно реакции (v), которая проходит в направлении стрелки справа налево. В большинстве случаев все из указанных реакций находятся в равновесном или близком к равновесному состоянии на выпуске из каталитического слоя или каталитической зоны рассматриваемого реактора.The term methane steam reforming is used to refer to reactions (i) and (ii) proceeding in the direction of the arrow from left to right, while the term methanation is used to refer to reactions that are the reverse of reactions (i) and (ii) and proceed in the direction of the arrow from right to left. Thus, the term methane steam reforming and methanation reactions is used to denote reactions (i) and (ii) proceeding in the direction of equilibrium. The term reverse water gas shift is used to denote the conversion according to reaction (v) which proceeds in the direction of the arrow from right to left. In most cases, all of these reactions are in equilibrium or close to equilibrium at the outlet of the catalytic bed or catalytic zone of the reactor in question.

Краткое раскрытие настоящего изобретенияBrief summary of the present invention

Далее рассмотрены варианты осуществления настоящего изобретения. Однако следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено конкретными описанными вариантами осуществления. Напротив, любая комбинация следующих признаков и элементов, относящихся к различным вариантам осуществления или нет, предназначена для осуществления и практического применения настоящего изобретения.The following describes embodiments of the present invention. However, it should be understood that the present invention is not limited to the specific embodiments described. On the contrary, any combination of the following features and elements, whether related to various embodiments or not, is intended to carry out and practice the present invention.

- 2 040289- 2 040289

Кроме того, согласно разнообразным вариантам осуществления настоящего изобретения обеспечены многочисленные преимущества по сравнению с предшествующим уровнем техники. Однако несмотря на то, что варианты осуществления настоящего изобретения могут обеспечивать преимущества по сравнению с другими возможными решениями и/или по сравнению с предшествующим уровнем техники, достижение конкретного преимущества посредством данного варианта осуществления не ограничивает настоящее изобретение. Таким образом, следующие аспекты, признаки, варианты осуществления и преимущества являются просто иллюстративными и не представляют собой элементы или ограничения прилагаемой формулы изобретения, за исключением случаев определенного упоминания в пункте (пунктах) формулы изобретения. Аналогичным образом, ссылку на настоящее изобретение не следует истолковывать в качестве обобщения какого-либо объекта изобретения, раскрытого в настоящем документе, и не следует рассматривать в качестве элемента или ограничения прилагаемой формулы изобретения за исключением случаев определенного упоминания в пункте (пунктах) формулы изобретения.Moreover, according to various embodiments of the present invention, numerous advantages are provided over the prior art. However, while embodiments of the present invention may provide advantages over other possible solutions and/or over the prior art, the achievement of a particular advantage by this embodiment does not limit the present invention. Thus, the following aspects, features, embodiments, and advantages are merely illustrative and do not constitute elements or limitations of the appended claims, except where specifically mentioned in the claim(s). Likewise, reference to the present invention should not be construed as a generalization of any subject matter disclosed herein, and should not be construed as an element or limitation of the appended claims, except as specifically mentioned in a claim(s).

Один аспект настоящего изобретения относится к системе для получения синтез-газа. Система содержит производящий синтез-газ реактор, выполненный с возможностью получения первого синтез-газа из исходного углеводородного потока, и заключительный конвертер, содержащий оболочку, внутри которой находится катализатор, причем катализатор проявляет каталитическую активность в реакциях парового риформинга метана, метанирования и обратной конверсии водяного газа. Заключительный конвертер содержит трубопровод для подачи обогащенного CO2 газового потока в смесительную зону заключительного конвертера, причем смесительная зона расположена выше по потоку по отношению к катализатору заключительного конвертера. Обогащенный CO2 газовый поток в трубопроводе выше по потоку по отношению к смесительной зоне находится в теплообменной связи с полученным синтез-газом из катализатора заключительного конвертера, газом, протекающим над катализатором, расположенным ниже по потоку по отношению к смесительной зоне, и/или смешанным газом. Кроме того, система содержит трубопровод для подачи, по меньшей мере, части первого синтез-газа из производящего синтезгаз реактора в смесительную зону заключительного конвертера, в результате чего объединяются, по меньшей мере, часть первого синтез-газа и обогащенный CO2 газовый поток с образованием смешанного газа, причем смесительная зона расположена выше по потоку по отношению к катализатору.One aspect of the present invention relates to a system for producing synthesis gas. The system comprises a synthesis gas producing reactor configured to produce a first synthesis gas from a feed hydrocarbon stream, and a final converter containing a shell containing a catalyst, the catalyst exhibiting catalytic activity in methane steam reforming, methanation, and water gas reverse reforming reactions. . The final converter comprises a conduit for supplying a CO2-enriched gas stream to the mixing zone of the final converter, the mixing zone being located upstream of the catalyst of the final converter. The CO2 - enriched gas stream in the pipeline upstream of the mixing zone is in heat exchange communication with the produced synthesis gas from the catalyst of the final converter, the gas flowing over the catalyst located downstream of the mixing zone, and/or the mixed gas . In addition, the system includes a pipeline for supplying at least a portion of the first synthesis gas from the synthesis gas producing reactor to the mixing zone of the final converter, as a result of which at least a portion of the first synthesis gas and a CO 2 enriched gas stream are combined to form mixed gas, and the mixing zone is located upstream of the catalyst.

Наконец, заключительный конвертер содержит выпуск для удаления полученного синтез-газа из заключительного конвертера. Предпочтительно трубопровод полностью или практически полностью находится или содержится внутри заключительного конвертера.Finally, the final converter contains an outlet for removing produced synthesis gas from the final converter. Preferably, the conduit is wholly or substantially wholly or contained within the final converter.

Первый синтез-газ смешивают с обогащенным CO2 газовым потоком внутри смесительной зоны заключительного конвертера и в результате этого получают смешанный газ, после чего обогащенный CO2 газовый поток нагревают посредством теплообмена с полученным синтез-газом из катализатора заключительного конвертера, газом, протекающим над катализатором, и/или смешанным газом. После этого смешанный газ пропускают через слой или зону катализатора и в результате этого получают второй синтез-газ, который представляет собой конечный синтез-газ. Катализатор находится внутри оболочки заключительного конвертера и снаружи трубопровода, т.е. между трубопроводом и оболочкой. Катализатор присутствует в форме слоя или зоны каталитического материала. В качестве альтернативной конфигурации, катализатор находится внутри оболочки заключительного конвертера и снаружи нескольких трубопроводов, т.е. между множеством трубопроводов и оболочкой. Множество трубопроводов служит в качестве нескольких точек введения СО2. Катализатор присутствует в форме слоя или зоны каталитического материала. В качестве другой альтернативной конфигурации, катализатор находится внутри одной или более труб заключительного конвертера, в то время как обогащенный CO2 газ пропускают по таким наполненным катализатором трубам и в теплообменной связи с такими наполненными катализатором трубами. Заключительный конвертер косвенно нагревают, используя тепло от синтез-газа, таким образом, что обогащенный CO2 газовый поток нагревают посредством теплообмена с полученным синтезгазом перед введением в смесительную зону. В результате этого расход энергии способа в целом уменьшается, например, по сравнению с получением аналогичного синтез-газа непосредственно из огневого реактора риформинга. Кроме того, добавление обогащенного CO2 газа в смесительную зону способствует подавлению реакции Будуара, т.е. реакции 2СО^СО2+С. Таким образом, использование теплообмена посредством синтез-газа над катализатором становится возможным без чрезмерного увеличения риска того, что уменьшение температуры газа в смесительной зоне увеличит вероятность образования сажи на расположенном ниже по потоку катализаторе. Наконец, поскольку теплообменная связь осуществлена внутри заключительного конвертера, уменьшается или даже устраняется необходимость индивидуального или отдельного теплообменника. Это делает конфигурацию подходящей для усовершенствования уже существующей установки для получения синтез-газа.The first synthesis gas is mixed with the CO2 - rich gas stream inside the mixing zone of the final converter, and as a result, a mixed gas is obtained, after which the CO2-rich gas stream is heated by heat exchange with the obtained synthesis gas from the catalyst of the final converter, the gas flowing over the catalyst, and /or mixed gas. Thereafter, the mixed gas is passed through the catalyst bed or zone, and as a result, a second synthesis gas is obtained, which is the final synthesis gas. The catalyst is located inside the shell of the final converter and outside the pipeline, i.e. between pipeline and shell. The catalyst is present in the form of a layer or zone of catalytic material. As an alternative configuration, the catalyst is inside the shell of the final converter and outside of several pipelines, i.e. between the plurality of pipelines and the shell. A plurality of conduits serve as several points of introduction of CO 2 . The catalyst is present in the form of a layer or zone of catalytic material. As another alternative configuration, the catalyst is within one or more tubes of the final converter while the CO2 rich gas is passed through such catalyst-filled tubes and in heat exchange communication with such catalyst-filled tubes. The final converter is heated indirectly using heat from the synthesis gas, such that the CO2-enriched gas stream is heated by heat exchange with the produced synthesis gas before being introduced into the mixing zone. As a result of this, the energy consumption of the process as a whole is reduced, for example, compared to obtaining a similar synthesis gas directly from a fired reformer. In addition, the addition of a CO 2 rich gas to the mixing zone helps to suppress the Boudoir reaction, i.e. reactions 2CO ^ CO 2 + C. Thus, the use of heat exchange by synthesis gas over the catalyst becomes possible without unduly increasing the risk that lowering the temperature of the gas in the mixing zone will increase the likelihood of soot formation on the downstream catalyst. Finally, since the heat exchange is carried out within the final converter, the need for an individual or separate heat exchanger is reduced or even eliminated. This makes the configuration suitable for upgrading an existing synthesis gas plant.

Термин трубопровод используют для обозначения любого соответствующего канала, прохода, протока или другого средства, направляющего горячий газ из одного реактора в другой. Термин смесительная зона расположена выше по потоку по отношению к катализатору реактора обратного риформинга используют для обозначения того, что смесительная зона расположена выше по потоку по отношению к катализатору при наблюдении от направления движения обогащенного CO2 газового потока и/или при наблюдении от направления движения смешанного газа. Термин заключительный конвертер исThe term conduit is used to refer to any appropriate conduit, conduit, conduit, or other means for directing hot gas from one reactor to another. The term mixing zone upstream of the reverse reformer catalyst is used to denote that the mixing zone is located upstream of the catalyst when viewed from the direction of flow of the CO2-enriched gas stream and/or when viewed from the direction of flow of the mixed gas. The term final converter is

- 3 040289 пользуют для обозначения реактора, расположенного ниже по потоку по относительно производящего синтез-газ реактора, такого как реактор парового риформинга метана, причем в заключительном конвертере протекают по направлению к равновесию реакции парового риформинга, метанирования и обратной конверсии водяного газа. В заключительном конвертере синтез-газ из производящего синтез-газ реактора превращают в конечный синтез-газ, причем конечный синтез-газ имеет меньшее соотношение H2/CO, чем синтез-газ из производящего синтез-газ реактора.- 3 040289 is used to designate a reactor located downstream of a synthesis gas producing reactor, such as a methane steam reforming reactor, with steam reforming, methanation and reverse reforming of water gas proceeding towards equilibrium in the final converter. In the final converter, the synthesis gas from the synthesis gas production reactor is converted into final synthesis gas, the final synthesis gas having a lower H2/CO ratio than the synthesis gas from the synthesis gas production reactor.

Согласно варианту осуществления производящий синтез-газ реактор представляет собой реактор парового риформинга метана. Комбинация реактора парового риформинга метана, производящего первый синтез-газ, в параллельной конфигурации с заключительным конвертером, имеющим трубопровод для подачи обогащенного СО2 газового потока в теплообменной связи с катализатором внутри заключительного конвертера, делает возможным изменение состава полученного синтез-газа с получением газа, который считался бы критическим в отношении образования сажи в типичной конфигурации реактор парового риформинга метана, но не является критическим согласно концепции настоящего изобретения. Таким образом, соотношение Н2/СО получаемого в результате синтез-газ может быть меньше, чем соотношение H2/CO, возможное только в случае реактора парового риформинга.In an embodiment, the synthesis gas producing reactor is a methane steam reforming reactor. The combination of a methane steam reforming reactor producing a first synthesis gas in a parallel configuration with a final converter having a conduit for supplying a CO2-enriched gas stream in heat exchange communication with a catalyst inside the final converter makes it possible to change the composition of the produced synthesis gas to produce a gas that was considered would be critical for soot formation in a typical steam methane reformer configuration, but is not critical according to the concept of the present invention. Thus, the H2/CO ratio of the resulting synthesis gas may be less than the H2 /CO ratio only possible with a steam reformer.

Согласно другому варианту осуществления, производящий синтез-газ реактор представляет собой автотермический реактор (реактор ATR). Комбинация реактора ATR, производящего первый синтез-газ, в параллельной конфигурации с заключительным конвертером, имеющим трубопровод для подачи обогащенного CO2 газового потока в теплообменной связи с катализатором внутри заключительного конвертера, делает возможным увеличение количества монооксида углерода, производимого в расчете на единицу израсходованного кислорода, а также делает возможным уменьшение размера реактора ATR в расчете на единицу производимого монооксида углерода по сравнению с тем, что является возможным в случае реактора ATR.According to another embodiment, the synthesis gas producing reactor is an autothermal reactor (ATR reactor). The combination of the ATR reactor producing the first synthesis gas in a parallel configuration with a final converter having a pipeline for supplying a CO 2 enriched gas stream in heat exchange communication with a catalyst inside the final converter makes it possible to increase the amount of carbon monoxide produced per unit of oxygen consumed, and also makes it possible to reduce the size of the ATR reactor per unit of produced carbon monoxide compared to what is possible with the ATR reactor.

Согласно настоящему изобретению, обогащенный СО2 газовый поток нагревают посредством теплообмена с полученным синтез-газом из катализатора заключительного конвертера, газом, протекающим над катализатором, и/или смешанным газом и в конечном результате обеспечивают охлаждение полученного синтез-газа из заключительного конвертера по сравнению со случаем отсутствия трубопровода, выполненного с возможностью подачи обогащенного СО2 газового потока в смесительную зону. Следовательно, по меньшей мере, часть тепловой нагрузки, требуемой для нагревания обогащенного CO2 газового потока до температуры, получаемой непосредственно выше по потоку по отношению к смесительной зоне, поступает косвенно посредством охлаждения первого синтез-газа. Таким образом, эта тепловая нагрузка, требуемая для нагревания обогащенного CO2 газового потока, не должна быть обязательно обеспечена, например, посредством сжигания природного газа. В результате этого эффективность способа в целом увеличивается по сравнению с другие более традиционными способами, где тепловая нагрузка обеспечена посредством сжигания. Кроме того, газ, протекающий через катализатор, имеет меньший термодинамический потенциал для металлического запыливания по сравнению с первым синтез-газом, полученным в реакторе ATR или SMR, вследствие добавления CO2.According to the present invention, the CO2-enriched gas stream is heated by heat exchange with the produced synthesis gas from the catalyst of the final converter, the gas flowing over the catalyst, and/or the mixed gas, and as a result, the obtained synthesis gas from the final converter is cooled compared to the case of no a pipeline configured to supply a CO 2 enriched gas stream to the mixing zone. Therefore, at least part of the heat load required to heat the CO 2 -rich gas stream to a temperature obtained immediately upstream of the mixing zone is supplied indirectly by cooling the first synthesis gas. Thus, this heat load required to heat the CO2-enriched gas stream need not necessarily be provided, for example, by burning natural gas. As a result, the overall efficiency of the process is increased compared to other more conventional processes where the heat load is provided by combustion. In addition, the gas flowing through the catalyst has a lower thermodynamic potential for metal dusting compared to the first synthesis gas produced in the ATR or SMR reactor due to the addition of CO2.

Кроме того, температура газа, протекающего через катализатор, составляет предпочтительно от 700 до 1000°С, предпочтительно выше 800, предпочтительнее выше 850 и наиболее предпочтительно выше 900°С. При указанных температурах термодинамический потенциал для металлического запыливания, что выражается, например, посредством реакции Будуара, является низким по сравнению с условиями в традиционном реакторе теплообменного риформинга, что, таким образом, уменьшает риск металлического запыливания материала катализатора, используемого в заключительном конвертере. Относительно высокая температура газа, протекающего через катализатор, также представляет собой преимущество, поскольку содержание метана уменьшается при увеличении температура. Как правило, максимальная температура газообразного CO2, поступающего в смесительную зону, не превышает температуру, которая приблизительно на 40°С ниже температуры первого синтез-газа, который выходит из производящего синтез-газ реактора, поскольку малая разность приведет к необходимости большой теплообменной зоны внутри заключительного конвертера. Предпочтительно максимальная температура газообразного CO2, поступающего в смесительную зону, не превышает температуру, которая приблизительно на 60°С ниже температуры первого синтез-газа, который выходит из производящего синтез-газ реактора.In addition, the temperature of the gas flowing through the catalyst is preferably from 700 to 1000°C, preferably above 800, preferably above 850 and most preferably above 900°C. At these temperatures, the thermodynamic potential for metal dusting, as expressed, for example, by the Boudoir reaction, is low compared to conditions in a conventional heat exchange reformer, thus reducing the risk of metal dusting of the catalyst material used in the final converter. The relatively high temperature of the gas flowing through the catalyst is also an advantage, since the methane content decreases as the temperature increases. Generally, the maximum temperature of the CO2 gas entering the mixing zone does not exceed a temperature that is approximately 40°C lower than the temperature of the first synthesis gas that exits the synthesis gas producing reactor, since a small difference would result in the need for a large heat exchange zone within the final converter. Preferably, the maximum temperature of the CO 2 gas entering the mixing zone does not exceed a temperature that is approximately 60° C. lower than the temperature of the first synthesis gas that exits the synthesis gas producing reactor.

Теплообмен между обогащенным CO2 газовым потоком и газом внутри заключительного конвертера предпочтительно обеспечивает, что температура обогащенного CO2 газового потока в точке смешивания составляет приблизительно от 500 до 1000°С, предпочтительнее от 700 до 1000°С и наиболее предпочтительно от 800 до 1000°С. Оказывается преимущественным, что температура обогащенного CO2 газового потока является высокой в точке смешивания, для обеспечения того, чтобы была высокой температура смешанного газа в смесительной зоне и, таким образом, смешанного газа в слое или зоне катализатора, и, таким образом, предотвращалось образование сажи на катализаторе в заключительном конвертере. Температура катализатора зависит от технологических условий, но, как правило, является выше 750, предпочтительнее выше 800, предпочтительнее 850 и наиболее предпочтительно выше 900°С. Типичная максимальная температура катализатора составляет приблизительно 1000°С.Heat exchange between the CO 2 rich gas stream and the gas inside the final converter preferably ensures that the temperature of the CO 2 rich gas stream at the mixing point is from about 500 to 1000°C, more preferably from 700 to 1000°C and most preferably from 800 to 1000°C . It turns out to be advantageous that the temperature of the CO2-enriched gas stream is high at the mixing point, in order to ensure that the temperature of the mixed gas in the mixing zone and thus the mixed gas in the catalyst bed or zone is high, and thus the formation of soot on the catalyst in the final converter. The temperature of the catalyst depends on the process conditions, but, as a rule, is above 750, preferably above 800, preferably 850 and most preferably above 900°C. A typical maximum catalyst temperature is approximately 1000°C.

Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает увеличение мощности производящего синтез- 4 040289 газ реактора, причем заключительный конвертер обеспечивает увеличение производства монооксида углерода. Кроме того, система обеспечивает регулирование состава синтез-газа, поскольку добавление обогащенного CO2 газового потока позволяет получать меньшие соотношения H2/CO, чем соотношенияThus, the present invention provides an increase in the capacity of the syngas producing reactor, with the final converter providing an increase in the production of carbon monoxide. In addition, the system provides control of the composition of the synthesis gas, since the addition of a CO2-enriched gas stream allows for lower H2/CO ratios than the ratios

H2/CO, получаемые, как правило, в едином производящем синтез-газ реакторе.H2/CO typically produced in a single syngas producing reactor.

Термин синтез-газ с низким соотношением Н2/СО представляет собой синонимом термина обогащенный СО синтез-газ, и его используют для обозначения синтез-газа, имеющего соотношение Н2/СО ниже 2,5, предпочтительнее синтез-газа, имеющего соотношение H2/CO ниже 2,0, предпочтительнее синтез-газа, имеющего соотношение Н2/СО ниже 1,8, и еще предпочтительнее синтез-газа, имеющего соотношение H2/CO ниже 1,6. Кроме того, термин обогащенный CO2 газ используют для обозначения газового потока, в котором содержание сухого СО2 составляет по меньшей мере 50 мол.%, например, по меньшей мере 70 мол.%, в том числе по меньшей мере 90 мол.%.The term low H2/CO synthesis gas is synonymous with the term CO rich synthesis gas and is used to refer to synthesis gas having an H2/CO ratio below 2.5, preferably synthesis gas having an H2/CO ratio below 2.0, preferably syngas having an H2/CO ratio below 1.8, and even more preferably syngas having an H2/CO ratio below 1.6. In addition, the term CO2 rich gas is used to refer to a gas stream in which the dry CO 2 content is at least 50 mol%, for example at least 70 mol%, including at least 90 mol%.

В этом контексте термин O/С или соотношение O/С представляет собой сокращенное обозначение атомного соотношения кислорода и углерода. Соотношение кислорода и углерода представляет собой соотношение числа молей кислорода и числа молей углерода в газе. Кроме того, термин H/С или соотношение H/С представляет собой сокращенное обозначение атомного соотношения водорода и углерода. Соотношение водорода и углерода представляет собой соотношение числа молей водорода и числа молей углерода в газе. Кроме того, термин S/C или соотношение S/C представляет собой сокращенное обозначение соотношения пара и углерода. Соотношение пара и углерода представляет собой соотношение числа молей пара и числа молей углерода в углеводородах в газе. Таким образом, S/C представляет собой полное число молей пара, деленное на полное число молей углерода в углеводородах в газе. Следует отметить, что термин С в соотношении S/C, таким образом, отличается от термина С в соотношениях H/С и O/С, поскольку в соотношении S/C термин С означает только углерод в составе углеводородов, в то время как в соотношениях O/С и H/С термин С означает весь углерод в газе.In this context, the term O/C or O/C ratio is an abbreviation for the atomic ratio of oxygen and carbon. The ratio of oxygen to carbon is the ratio of the number of moles of oxygen and the number of moles of carbon in the gas. In addition, the term H/C or H/C ratio is an abbreviation for the atomic ratio of hydrogen and carbon. The ratio of hydrogen to carbon is the ratio of the number of moles of hydrogen and the number of moles of carbon in the gas. In addition, the term S/C or S/C ratio is an abbreviation for the ratio of steam and carbon. The vapor to carbon ratio is the ratio of the number of moles of vapor and the number of moles of carbon in hydrocarbons in the gas. Thus, S/C is the total number of moles of vapor divided by the total number of moles of carbon in hydrocarbons in the gas. It should be noted that the term C in the S/C ratio is thus different from the term C in the H/C and O/C ratios, since in the S/C ratio the term C means only carbon in the composition of hydrocarbons, while in the ratios O/C and H/C The term C means all the carbon in the gas.

Полученный синтез-газ, выпускаемый из заключительного конвертера, может быть подвергнут обработке на дополнительных стадиях, расположенных ниже по потоку по отношению к заключительному конвертеру, таких как разделение в разделительном блоке. Например, из полученного синтез-газа можно выделять СО2. Разделительный блок может представлять собой, блок контактного дегазирования, блок короткоцикловой адсорбции с колебаниями давления (PSA), блок короткоцикловой адсорбции с колебаниями температуры (TSA), мембранный блок, блок промывания СО2 или сочетание блока отделения CO2 и холодильного блока. Холодильный блок определен как криогенный способ разделения смеси Н2, СО и других газов с получением потока относительно чистого СО, потока относительно чистого H2 и остального потока, содержащего то, что остается от исходного потока.The resulting synthesis gas discharged from the final converter may be subjected to further processing steps downstream of the final converter, such as separation in a separation unit. For example, CO 2 can be isolated from the resulting synthesis gas. The separating unit may be a contact degassing unit, a pressure swing adsorption (PSA) block, a temperature swing pressure swing adsorption (TSA) block, a membrane block, a CO2 washing block, or a combination of a CO2 separation block and a refrigeration block. A refrigeration block is defined as a cryogenic process for separating a mixture of H 2 , CO and other gases into a stream of relatively pure CO, a stream of relatively pure H 2 and the remainder of the stream containing what remains of the original stream.

Термин контактное дегазирование означает разделяющий фазы блок, в котором поток разделяют на жидкую и газовую фазы согласно термодинамическому фазовому равновесию при данной температуре.The term contact degassing means a phase separating unit in which a stream is separated into liquid and gas phases according to thermodynamic phase equilibrium at a given temperature.

Термин блок промывания CO2 означает блок, в котором для отделения CO2 от технологического газа использован такой способ, как химическая абсорбция. В процессе химической абсорбции содержащий CO2 газ пропускают над растворителем, который реагирует с CO2 и, таким образом, связывает его. В большинстве случаев химические растворители представляют собой амины, классифицируемые как первичные амины, такие как моноэтаноламин (МЕА) и дигликольамин (DGA), вторичные амины, такие как диэтаноламин (DEA) и диизопропаноламин (DIPA), или третичные амины, такие как триэтаноламин (TEA) и метилдиэтаноламин (MDEA), но также могут быть использованы аммиак и растворы карбонатов щелочных металлов, таких как K2CO3 и Na2CO3.The term CO2 washing unit means a unit that uses a method such as chemical absorption to separate CO2 from the process gas. In a chemical absorption process, a CO 2 containing gas is passed over a solvent which reacts with the CO 2 and thus binds it. In most cases, chemical solvents are amines classified as primary amines such as monoethanolamine (MEA) and diglycolamine (DGA), secondary amines such as diethanolamine (DEA) and diisopropanolamine (DIPA), or tertiary amines such as triethanolamine (TEA ) and methyldiethanolamine (MDEA), but ammonia and solutions of alkali metal carbonates such as K 2 CO 3 and Na 2 CO 3 can also be used.

Термин блок короткоцикловой адсорбции означает адсорбционный блок, отделяющий более тяжелые газы (такие как СО2) от менее тяжелых газов (таких как H2). В оборудовании этого типа устанавливается динамическое равновесие между адсорбцией и десорбцией тяжелых газов на адсорбирующем материале. Адсорбцию могут вызывать стерические, кинетические или равновесные эффекты. Точный механизм будет определен используемым адсорбентом, и равновесное насыщение будет зависеть от температуры и давления. Как правило, адсорбирующий материал обрабатывают в технологическом газе вблизи насыщения, и после этого потребуется регенерация. Регенерация может быть осуществлена посредством изменения давления или температуры. На практике это означает осуществление способа с применением двух реакторов, причем адсорбент насыщают при высоком давлении или низкой температуре сначала в одном реакторе, а затем переключают реактор, чтобы теперь десорбировать тяжелые газы из того же реактора посредством уменьшения давления или увеличения температуры.The term swing adsorption unit means an adsorption unit that separates heavier gases (such as CO2) from less heavy gases (such as H2). In equipment of this type, a dynamic balance is established between the adsorption and desorption of heavy gases on the adsorbent material. Adsorption can be caused by steric, kinetic or equilibrium effects. The exact mechanism will be determined by the adsorbent used and the equilibrium saturation will depend on temperature and pressure. Typically, the adsorbent material is treated in the process gas near saturation and regeneration is required thereafter. Regeneration can be carried out by changing the pressure or temperature. In practice, this means carrying out the process using two reactors, wherein the adsorbent is saturated at high pressure or low temperature first in one reactor, and then the reactor is switched to now desorb heavy gases from the same reactor by decreasing the pressure or increasing the temperature.

Мембранное разделение означает способ, осуществляемый, по меньшей мере, на частично проницаемой преграде, например изготовленной из полимера, где перенос индивидуальных частиц газа происходит с различными скоростями, определяемыми их проницаемостью. Это обеспечивает концентрирование или разбавление компонента в ретентате мембраны.Membrane separation means a method carried out on at least a partially permeable barrier, for example made of a polymer, where the transport of individual gas particles occurs at different rates determined by their permeability. This ensures that the component is concentrated or diluted in the membrane retentate.

Криогенное разделение означает способ с применением фазового перехода различных частиц в газе в целях выделения индивидуальных компонентов из газовой смеси посредством регулирования температуры.Cryogenic separation means a process using the phase change of various particles in a gas in order to isolate the individual components from a gas mixture by controlling the temperature.

Производящий синтез-газ реактор содержит первый впуск для введения исходного углеводородно- 5 040289 го потока, возможно, вместе с диоксидом углерода и паром в производящий синтез-газ реактор и, возможно, с отдельным впуском для введения кислородсодержащего потока, и выпуском для удаления первого синтез-газа. Система может содержать приспособление, которое позволяет, по меньшей мере, части первого синтез-газа обходить заключительный конвертер. Такая обходящая часть первого синтез-газа затем может быть объединена с полученным синтез-газом из заключительного конвертера, в результате чего получают второй производимый синтез-газ.The synthesis gas producing reactor comprises a first inlet for introducing a feed hydrocarbon stream, possibly together with carbon dioxide and steam, into the synthesis gas producing reactor, and possibly with a separate inlet for introducing an oxygen-containing stream, and an outlet for removing the first synthesis -gas. The system may include a device that allows at least a portion of the first synthesis gas to bypass the final converter. This bypass of the first synthesis gas may then be combined with the resulting synthesis gas from the final converter, resulting in a second production synthesis gas.

Термин исходный углеводородный поток используют для обозначения потока исходного материала, содержащего углеводородный газ, содержащий один или более углеводородов и, возможно, другие составляющие компоненты, такие как CO2 и/или пар. Примеры углеводородного газа могут представлять собой природный газ, городской газ, метан или смесь метана и высших углеводородов. Как правило, исходный углеводородный поток представляет собой углеводородный газовый поток, содержащий в небольших количествах водород, монооксид углерода, диоксид углерода, азот, аргон или их комбинации, которые дополняют пар и, возможно, диоксид углерода, добавляемые в углеводородный газ.The term hydrocarbon feed stream is used to refer to a feed stream containing a hydrocarbon gas containing one or more hydrocarbons and possibly other constituents such as CO2 and/or steam. Examples of hydrocarbon gas may be natural gas, city gas, methane, or a mixture of methane and higher hydrocarbons. Typically, the original hydrocarbon stream is a hydrocarbon gas stream containing small amounts of hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen, argon, or combinations thereof, which supplement the steam and possibly carbon dioxide added to the hydrocarbon gas.

Для способов риформинга пример углеводородного газового потока и пара представляет собой, например, смесь, содержащая метан, пар, и, возможно, другие газообразные окислители, такие как диоксид углерода. Другой пример углеводородного газового потока и пара представляет собой десульфуризованный и подвергнутый предварительному риформингу поток природного газа и пара.For reforming processes, an example of a hydrocarbon gas stream and steam is, for example, a mixture containing methane, steam, and optionally other gaseous oxidizers such as carbon dioxide. Another example of a hydrocarbon gas stream and steam is a desulfurized and pre-reformed natural gas and steam stream.

Термин исходный углеводородный поток используют для обозначения газового потока, содержащего углеводородный газовый поток и, возможно, также пар, диоксид углерода или другие газы.The term hydrocarbon feed stream is used to refer to a gas stream containing a hydrocarbon gas stream and possibly also steam, carbon dioxide, or other gases.

Как правило, исходный углеводородный поток должен быть подвергнут десульфуризации для удаления любой серы, содержащейся в исходном материале, чтобы в результате этого предотвратить дезактивацию катализаторов, используемых в способе.Typically, the hydrocarbon feed stream must be desulfurized to remove any sulfur contained in the feed, thereby preventing deactivation of the catalysts used in the process.

Необязательно исходный углеводородный поток также может быть подвергнут адиабатическому предварительному риформингу согласно реакции (iv) в температурном диапазоне, составляющем приблизительно от 350 до 550°С, для превращения высших углеводородов в качестве начальной технологической стадии. Адиабатический предварительный риформинг, как правило, происходит ниже по потоку по отношению к десульфуризации. Предварительный риформинг устраняет риск образования сажи из высших углеводородов на катализаторе на последующих технологических стадиях. Пример исходного углеводородного потока представляют собой десульфуризованный и подвергнутый предварительному риформингу поток природного газа и пара.Optionally, the original hydrocarbon stream can also be subjected to adiabatic pre-reforming according to reaction (iv) in a temperature range of approximately 350 to 550°C, to convert higher hydrocarbons as an initial process step. Adiabatic pre-reforming typically occurs downstream of desulfurization. Pre-reforming eliminates the risk of higher hydrocarbon soot formation on the catalyst in downstream process steps. An example of a hydrocarbon feed stream is a desulfurized and pre-reformed natural gas and steam stream.

Следует понимать, что термины впуск и выпуск не предназначены в качестве ограничительных. Таким образом, указанные термины также предусматривают возможность того, что блоки, например производящий синтез-газ реактор, содержат более чем один впуск и/или выпуск.It should be understood that the terms inlet and outlet are not intended to be limiting. Thus, these terms also include the possibility that the units, for example producing synthesis gas reactor, contain more than one inlet and/or outlet.

Согласно другим вариантам осуществления производящий синтез-газ реактор системы представляет собой реактор термического частичного окисления или реактор каталитического частичного окисления.In other embodiments, the synthesis gas producing reactor of the system is a thermal partial oxidation reactor or a catalytic partial oxidation reactor.

В случае реактора термического частичного окисления (ТРОХ) исходный углеводородный поток и окислитель реагируют термически без катализатора в реакторе, футерованном огнеупорным материалом, при высокой температуре. Температура синтез-газа, выходящего из реактора ТРОХ, часто превышает температуру от 1200 до 1300°С или еще более высокий уровень. Никакой катализатор не присутствует. В исходный углеводородный поток добавляют небольшое количество пара или диоксида углерода, или его не добавляют, поскольку это может способствовать образованию сажи. Реактор автотермического риформинга и реактор термического частичного окисления оказываются особенно предпочтительными в качестве производящего синтез-газ реактора вследствие высокой достигаемой температуры первого синтез-газа, выходящего из реактора.In the case of a thermal partial oxidation (TPOX) reactor, the hydrocarbon feed stream and the oxidizer are reacted thermally without a catalyst in a refractory lined reactor at high temperature. The temperature of the synthesis gas exiting the TROX reactor often exceeds 1200 to 1300° C. or higher. No catalyst is present. Little or no steam or carbon dioxide is added to the hydrocarbon feed stream, as this may contribute to the formation of soot. An autothermal reformer and a thermal partial oxidation reactor are particularly preferred as syngas producing reactors due to the high temperature attainable of the first syngas leaving the reactor.

Таким образом, настоящее изобретение может быть использовано, когда с нагреваемым газом заключительным конвертером объединяют реактор SMR, реактор ATR, реактор термического частичного окисления или реактор каталитического частичного окисления. Настоящее изобретение также может быть использовано в том случае, в котором производящий синтез-газ реактор содержит реактор SMR, расположенный выше по потоку и последовательно по отношению к реактору ATR.Thus, the present invention can be used when an SMR reactor, an ATR reactor, a thermal partial oxidation reactor, or a catalytic partial oxidation reactor is combined with a gas-heated final converter. The present invention can also be used where the synthesis gas producing reactor comprises an SMR reactor located upstream and in series with the ATR reactor.

Согласно варианту осуществления трубопровод содержит первую часть, выполненную с возможностью введения обогащенного CO2 газового потока в теплообменную связь с полученным синтез-газом. В результате этого обогащенный CO2 газовый поток нагревается посредством теплообмена на протяжении части заключительного конвертера, где находится катализатор, и на протяжении первой части трубопровода. Первая часть трубопровода представляет собой расположенную выше по потоку часть трубопровода, где газ внутри трубопровода находится в теплообменной связи с газом, протекающим над катализатором, как видно из направления движения обогащенного CO2 газового потока.According to an embodiment, the conduit comprises a first portion configured to introduce the CO 2 -rich gas stream into heat exchange communication with the produced synthesis gas. As a result, the CO 2 -enriched gas stream is heated by heat exchange through the part of the final converter where the catalyst is located, and through the first part of the pipeline. The first conduit portion is an upstream portion of the conduit where the gas within the conduit is in heat exchange relationship with the gas flowing over the catalyst as seen from the direction of flow of the CO2 rich gas stream.

Согласно варианту осуществления трубопровод содержит вторую часть, выполненную с возможностью введения обогащенного СО2 газового потока в теплообменную связь со смешанным газом в смесительной зоне. В результате этого обогащенный СО2 газовый поток нагревается посредством теплообмена на протяжении части заключительного конвертера, где находится катализатор, и на протяжении второй части трубопровода. Вторая часть трубопровода представляет собой расположенную ниже по потокуAccording to an embodiment, the conduit comprises a second portion configured to introduce the CO2-enriched gas stream into heat exchange communication with the mixed gas in the mixing zone. As a result, the CO2-enriched gas stream is heated by heat exchange through the part of the final converter where the catalyst is located, and through the second part of the pipeline. The second part of the pipeline is the downstream

- 6 040289 часть трубопровода, где газ внутри трубопровода находится в теплообменной связи с газом, протекающим над катализатор, как видно из направления движения обогащенного СО2 газового потока.- 6 040289 part of the pipeline where the gas inside the pipeline is in heat exchange relationship with the gas flowing over the catalyst, as seen from the direction of movement of the CO2-enriched gas stream.

Согласно варианту осуществления обогащенный СО2 газовый поток нагревают в огневом нагревателе, в электрическом нагревателе, посредством теплообмена, по меньшей мере, с частью полученного синтез-газа, выходящего из заключительного конвертера, и/или посредством теплообмена с перегретым паром перед впуском в заключительный конвертер. Температура обогащенного СО2 газового потока перед впуском в заключительный конвертер составляет, например, от 200 до 600°С, предпочтительнее от 300 до 500°С. Когда обогащенный СО2 газовый поток нагревают перед впуском в заключительный конвертер, подавляется реакция Будуара. В результате этого уменьшается риск металлического запыливания.According to an embodiment, the CO2-enriched gas stream is heated in a fired heater, in an electric heater, by heat exchange with at least a portion of the produced synthesis gas exiting the final converter and/or by heat exchange with superheated steam before entering the final converter. The temperature of the CO2-enriched gas stream before entering the final converter is, for example, 200 to 600°C, more preferably 300 to 500°C. When the CO 2 rich gas stream is heated before entering the final converter, the Boudoir reaction is suppressed. As a result, the risk of metal dusting is reduced.

Согласно варианту осуществления катализатор представляет собой катализатор парового риформинга. Катализатор парового риформинга также обозначают как катализатор парового риформинга метана или катализатор риформинга метана. Примеры катализаторов парового риформинг представляют собой Ni/MgAl2O4, Ni/Al2O3, Ni/CaAkO4, Ru/MgAl2O4, Rh/MgAl2O4, Ir/MgAl2O4, M02C, W2C, CeO2, благородный металл на носителе Al2O3, но являются также допустимыми и другие катализаторы, подходящие для риформинга. Катализатор парового риформинга выполнен с возможностью катализа реакции парового риформинга метана; однако поскольку газ, впускаемый в заключительный конвертер, представляет собой поток синтез-газа, содержащего водород и монооксид углерода, все реакции парового риформинга метана, метанирования и обратной конверсии водяного газа происходят в заключительном конвертере, и увеличивается суммарное содержание метана, пара и монооксида углерода в газе, выпускаемом из заключительного конвертера.In an embodiment, the catalyst is a steam reforming catalyst. The steam reforming catalyst is also referred to as methane steam reforming catalyst or methane reforming catalyst. Examples of steam reforming catalysts are Ni/MgAl2O4, Ni/Al 2 O 3 , Ni/CaAkO4, Ru/MgAl2O4, Rh/MgAl2O4, Ir/MgAl2O4, M02C, W2C, CeO2, Al 2 O 3 supported noble metal, but are other catalysts suitable for reforming are also acceptable. The steam reforming catalyst is configured to catalyze the steam reforming reaction of methane; however, since the gas entering the final converter is a synthesis gas stream containing hydrogen and carbon monoxide, all reactions of methane steam reforming, methanation, and reverse reforming of water gas occur in the final converter, and the total content of methane, steam, and carbon monoxide in gas discharged from the final converter.

Другой аспект настоящего изобретения относится к способу получения синтез-газа, включающему: получение первого синтез-газа из исходного углеводородного потока в производящем синтез-газ реакторе;Another aspect of the present invention relates to a process for producing synthesis gas, comprising: obtaining a first synthesis gas from a hydrocarbon feed stream in a synthesis gas producing reactor;

подачу обогащенного CO2 газового потока в смесительную зону заключительного конвертера через трубопровод, причем обогащенный CO2 газовый поток в трубопроводе выше по потоку по отношению к смесительной зоне находится в теплообменной связи с газом, протекающим над катализатором, перед смешиванием обогащенного СО2 газового потока, по меньшей мере, с частью первого синтез-газа в смесительной зоне;feeding the CO2-enriched gas stream to the mixing zone of the final converter through a pipeline, wherein the CO2 - rich gas stream in the pipeline upstream of the mixing zone is in heat exchange communication with the gas flowing over the catalyst, before mixing the CO2 - rich gas stream, at least least with a portion of the first synthesis gas in the mixing zone;

подачу по меньшей мере части первого синтез-газа из производящего синтез-газ реактора в смесительную зону заключительного конвертера через трубопровод, и в результате этого объединяются по меньшей мере часть первого синтез-газа и обогащенный СО2 газовый поток с образованием смешанного газа, причем заключительный конвертер содержит оболочку, внутри которой находится катализатор, причем катализатор проявляет каталитическую активность в реакциях парового риформинга метана, метанирования и обратной конверсии водяного газа, и при этом смесительная зона расположена выше по потоку по отношению к катализатору;supplying at least a portion of the first synthesis gas from the synthesis gas producing reactor to the mixing zone of the final converter through a conduit, thereby combining at least a portion of the first synthesis gas and a CO2-enriched gas stream to form a mixed gas, the final converter comprising a shell inside which the catalyst is located, and the catalyst exhibits catalytic activity in the reactions of steam reforming of methane, methanation and reverse conversion of water gas, and the mixing zone is located upstream of the catalyst;

получение полученного синтез-газа из смешанного газа посредством осуществления реакций парового риформинга метана, метанирования и обратной конверсии водяного газа над катализатором; и выпуск полученного синтез-газа из заключительного конвертера.obtaining the obtained synthesis gas from the mixed gas by carrying out the reactions of methane steam reforming, methanation and reverse shifting of water gas over a catalyst; and discharging the resulting synthesis gas from the final converter.

Способ и варианты его осуществления обеспечивают аналогичные преимущества, которые описаны по отношению к системе согласно настоящему изобретению. Таким образом, они не будут описаны с дополнительными подробностями в настоящем документе.The method and its embodiments provide similar benefits as described with respect to the system of the present invention. Thus, they will not be described in further detail herein.

Краткое описание фигурBrief description of the figures

Вариант осуществления настоящего изобретения разъяснен посредством примера со ссылкой на чертеж. Следует отметить, что на прилагаемом чертеже проиллюстрирован только пример варианта осуществления настоящего изобретения, и, таким образом, его не следует рассматривать как ограничивающий объем настоящего изобретения, поскольку оно может допускать и другие варианты осуществления равной эффективности.An embodiment of the present invention is explained by way of example with reference to the drawing. It should be noted that the accompanying drawing illustrates only an exemplary embodiment of the present invention and thus should not be construed as limiting the scope of the present invention as it may allow for other embodiments of equal effectiveness.

На чертеже схематически представлен чертеж системы для получения синтез-газа согласно варианту осуществления настоящего изобретения.The drawing is a schematic drawing of a system for producing synthesis gas according to an embodiment of the present invention.

Подробное раскрытие настоящего изобретенияDetailed disclosure of the present invention

На чертеже представлена система 100 для получения полученного синтез-газа 12. Система 100 содержит производящий синтез-газ реактор 10, выполненный с возможностью получения первого синтезгаза 5 из исходного углеводородного потока 3. Согласно варианту осуществления, представленному на чертеже, производящий синтез-газ реактор 10 представляет собой реактор автотермического риформинга (ATR).The drawing shows a system 100 for producing produced synthesis gas 12. The system 100 includes a synthesis gas producing reactor 10 configured to produce a first synthesis gas 5 from a feed hydrocarbon stream 3. According to the embodiment shown in the drawing, the synthesis gas producing reactor 10 is an autothermal reforming reactor (ATR).

Исходный углеводородный поток 3 в реактор ATR 10 состоит из потока углеводородного газа 1, такого как природный газ, с которым объединен поток 2 пара и, возможно, CO2. Комбинация потока углеводородного газа 1 и потока 2 пара и, возможно, CO2 представляет собой исходный углеводородный поток 3, вводимый в реактор ATR 10.The hydrocarbon feed stream 3 to the ATR reactor 10 consists of a hydrocarbon gas stream 1, such as natural gas, with which steam and possibly CO2 stream 2 is combined. The combination of hydrocarbon gas stream 1 and steam stream 2 and possibly CO2 is the original hydrocarbon stream 3 introduced into the ATR 10 reactor.

Кислородсодержащий поток 4, такой как воздух, поток пара и кислорода, обогащенный кислородом поток или практически чистый кислород, вводят в реактор ATR 10 через впуск. В реакторе ATR 10 послеAn oxygen-containing stream 4, such as air, a steam and oxygen stream, an oxygen-enriched stream or substantially pure oxygen, is introduced into the ATR 10 reactor through an inlet. In the ATR 10 reactor after

- 7 040289 частичного сгорания исходного углеводородного потока 3 с субстехиометрическим количеством кислорода в кислородсодержащем потоке 4 осуществляют паровой риформинг частично сгоревшего исходного материала в неподвижном слое 11 катализатора парового риформинга, и в результате этого получают первый синтез-газа 5, содержащий водород, монооксид углерода и диоксид углерода. Первый синтез-газ 5, выходящий из реактора ATR 10, как правило, имеет температуру, составляющую от приблизительно 900 до приблизительно 1100°С, в том числе приблизительно 1000°С.- 7 040289 partial combustion of the original hydrocarbon stream 3 with a substoichiometric amount of oxygen in the oxygen-containing stream 4, steam reforming of the partially burnt source material in the fixed bed 11 of the steam reforming catalyst is carried out, and as a result, the first synthesis gas 5 is obtained containing hydrogen, carbon monoxide and dioxide carbon. The first synthesis gas 5 exiting the ATR 10 typically has a temperature of from about 900 to about 1100°C, including about 1000°C.

Кроме того, система 100 содержит заключительный конвертер 20, содержащий оболочку 22, в которой находится слой катализатора 21.In addition, the system 100 contains the final converter 20 containing the shell 22, which contains the catalyst layer 21.

Система 100 содержит трубопровод (не представленный на чертеже) для подачи, по меньшей мере, части первого синтез-газа 5 из производящего синтез-газ реактора в смесительную зону 20с заключительного конвертера 20. Заключительный конвертер 20 также имеет трубопровод 23 для подачи обогащенного CO2 газового потока 6 в смесительную зону 20с заключительного конвертера 20, таким образом, что обогащенный CO2 газовый поток в трубопроводе выше по потоку по отношению к смесительной зоне 20с находится в теплообменной связи с газом, протекающим над катализатором 21, т.е. ниже по потоку по отношению к смесительной зоне, перед смешиванием, по меньшей мере, с частью первого синтез-газа 5 в смесительной зоне 20с. Согласно варианту осуществления, представленному на чертеже, катализатор 21 находится внутри оболочки заключительного конвертера 20 и снаружи трубопровода 23, т.е. между оболочкой 22 и трубопроводом 23.The system 100 includes a conduit (not shown) for supplying at least a portion of the first synthesis gas 5 from the synthesis gas producing reactor to the mixing zone 20c of the final converter 20. The final converter 20 also has a conduit 23 for supplying CO 2 enriched gas flow 6 to the mixing zone 20c of the final converter 20, such that the CO2-enriched gas stream in the conduit upstream of the mixing zone 20c is in heat exchange communication with the gas flowing over the catalyst 21, i.e. downstream of the mixing zone, prior to mixing with at least a portion of the first synthesis gas 5 in the mixing zone 20c. According to the embodiment shown in the drawing, the catalyst 21 is located inside the shell of the final converter 20 and outside the conduit 23, i.e. between shell 22 and pipeline 23.

В заключительном конвертере 20 присутствуют три зоны или части: смесительная зона 20с, зона 20b катализатора и зона 20а полученного газа. Соответственно, в трубопроводе 23 присутствуют три части: первая часть, где обогащенный CO2 газовый поток 6 пропускают внутри трубопровода 23 в теплообменной связи с полученным синтез-газом в зоне 20а полученного газа; вторая часть, где обогащенный CO2 газовый поток 6 пропускают внутри трубопровода 23 в теплообменной связи с газом в зоне 20b катализатора; и третья часть, где обогащенный CO2 газовый поток 6 пропускают внутри трубопровода 23 в теплообменной связи со смешанным газом в смесительной зоне 20с. Протяженность смесительной зоны 20с и/или зоны 20а полученного газа в направлении продольной оси (не представленной на чертеже) может быть относительно небольшой, например, в том случае, где зона 20b катализатора является относительно большой.In the final converter 20, there are three zones or parts: a mixing zone 20c, a catalyst zone 20b, and a product gas zone 20a. Accordingly, three parts are present in conduit 23: the first part, where the CO2-enriched gas stream 6 is passed inside conduit 23 in heat exchange communication with the produced synthesis gas in the produced gas zone 20a; the second part, where the CO2-enriched gas stream 6 is passed inside the conduit 23 in heat exchange communication with the gas in the catalyst zone 20b; and the third part, where the CO2-enriched gas stream 6 is passed inside the conduit 23 in heat exchange communication with the mixed gas in the mixing zone 20c. The length of the mixing zone 20c and/or the product gas zone 20a in the direction of the longitudinal axis (not shown in the drawing) can be relatively small, for example in the case where the catalyst zone 20b is relatively large.

Заключительный конвертер 20 также содержит выпуск для удаления полученного синтез-газа 12 из заключительного конвертера 20.The final converter 20 also includes an outlet for removing produced synthesis gas 12 from the final converter 20.

В системе 100 первый синтез-газ 5 используют в качестве источника тепла в заключительном конвертере 20. Однако обогащенный CO2 газовый поток 6 можно предварительно нагревать перед введением в заключительный конвертер 20 через трубопровод 23.In system 100, the first synthesis gas 5 is used as a heat source in the final converter 20. However, the CO2-enriched gas stream 6 may be preheated before being introduced into the final converter 20 via conduit 23.

Катализатор 21 осуществляет реакции парового риформинга метана, метанирования и обратной конверсии водяного газа смешанного газа и в результате этого производит конечный синтез-газ 12. Ниже по потоку по отношению к зоне 20b катализатора полученный синтез-газ осуществляет теплообмен с обогащенным CO2 газовым потоком 6 внутри первой части трубопровода 23.Catalyst 21 carries out the reactions of methane steam reforming, methanation and water gas reverse reforming of the mixed gas, and as a result, produces a final synthesis gas 12. pipeline parts 23.

Стрелки 25 показывают направление движения обогащенного CO2 газового потока 6 изнутри трубопровода 23. В смесительной зоне 20с первый синтез-газ 5 и обогащенный CO2 газовый поток 6 смешивают с получением смешанного синтез-газа.Arrows 25 show the direction of movement of the CO 2 -rich gas stream 6 from inside conduit 23. In the mixing zone 20c, the first synthesis gas 5 and the CO2-rich gas stream 6 are mixed to form a mixed synthesis gas.

ПримерExample

Примерный технологический расчет представлен ниже в табл. 1. Исходный углеводородный поток, содержащий углеводородный газ, CO2 и пар и имеющий соотношение S/C 0,6, вводят в реактор ATR 10 согласно настоящему изобретению, как представлено на чертеже. Исходный углеводородный поток нагревают до 650°С перед введением в реактор ATR 10. Добавляют обогащенный кислородом поток 4, и его количество регулируют таким образом, что температура первого синтез-газа 5 составляет 1050°С. В реакторе ATR 10 получают первый синтез-газ 5.An approximate technological calculation is presented below in table. 1. An initial hydrocarbon stream containing hydrocarbon gas, CO2 and steam and having an S/C ratio of 0.6 is introduced into the ATR 10 reactor according to the present invention, as shown in the drawing. The original hydrocarbon stream is heated to 650° C. before being introduced into the ATR reactor 10. The oxygen enriched stream 4 is added and its quantity is adjusted so that the temperature of the first synthesis gas 5 is 1050° C. The first synthesis gas 5 is produced in the ATR 10 reactor.

Полный поток всех компонентов во всех потоках, входящих в реактор ATR, и поток всех компонентов в первом синтез-газе 5 представлены в столбце под заголовком ATR 10 в табл. 1.The total flow of all components in all streams entering the ATR reactor, and the flow of all components in the first synthesis gas 5 are presented in the column under the heading ATR 10 in table. 1.

Обогащенный СО2 газовый поток вводят в трубопровод и нагревают в трубопроводе до температуры 988°С посредством теплообмена с газом, протекающем между трубопроводом и оболочкой, в смесительной зоне 20с, зоне 20b катализатора и зоне 20а полученного газа. Обогащенный CO2 газовый поток смешивают с первым синтез-газом, получая смешанный синтез-газ, имеющий температуру 1038°С.The CO2 - enriched gas stream is introduced into the pipeline and heated in the pipeline to a temperature of 988° C. by heat exchange with the gas flowing between the pipeline and the shell in the mixing zone 20c, the catalyst zone 20b and the product gas zone 20a. The CO 2 -rich gas stream is mixed with the first synthesis gas to obtain a mixed synthesis gas having a temperature of 1038°C.

Внутри зоны 20b катализатора заключительного конвертера 20 объединенный поток приводят в равновесие, т.е. приводят в равновесие реакции обратной конверсии водяного газа, метанирования и риформинга. На выпуске температура полученного синтез-газа 12, выходящего из заключительного конвертера 20, составляет приблизительно 995°С, что значительно ниже равновесной температуры разложения метана для газа (1349°С) и выше равновесной температуры реакции Будуара для газа (860°С). Следовательно, полученный синтез-газ 12 не обладает потенциалом для образования сажи.Within the catalyst zone 20b of the final converter 20, the combined stream is brought into equilibrium, i. e. balance the reactions of water gas reverse shift, methanation and reforming. At the outlet, the temperature of the resulting synthesis gas 12 leaving the final converter 20 is approximately 995° C., which is well below the methane decomposition equilibrium temperature for the gas (1349° C.) and above the Boudouard reaction equilibrium temperature for the gas (860° C.). Therefore, the resulting synthesis gas 12 does not have the potential to form soot.

- 8 040289- 8 040289

Таблица 1Table 1

Реактор ATR 10 Reactor ATR 10 Обогащенный СО2 газовый поток 6CO 2 rich gas stream 6 Каталитический слой заключительного конвертера 20 Catalytic layer of the final converter 20 Выход из заключительного конвертера 20 Output from final converter 20 Температура на Temperature at 650 650 180 180 1038 1038 впуске [°C] inlet [°C] Температура на Temperature at 1050 1050 988 988 995 995 853 853 выпуске [°C] outlet [°C] Манометрическое Gauge 35,5 35.5 35,5 35.5 34,5 34.5 34 34 давление на pressure on впуске [кг/см2]inlet [kg/ cm2 ] Манометрическое Gauge 34,5 34.5 34,5 34.5 34 34 33,5 33.5 давление на pressure on выпуске [кг/см2]release [kg / cm 2 ] Температура Temperature - - - - 1349 1349 разложения decomposition метана на methane on выпуске [°C] outlet [°C] Температура Temperature 891 891 - - 860 860 реакции Будуара Boudoir reactions на выпуске [°C] outlet [°C] Впуск: Inlet: N2 [Нм3/ч]N 2 [Nm 3 /h] 26 26 245 245 СО2 [Нм3/ч]CO 2 [Nm 3 /h] 8487 8487 11615 11615 17583 17583 СН4 [Нм3/ч]CH 4 [Nm 3 /h] 18695 18695 373 373 Н2 [Нм3/ч]N 2 [Nm 3 /h] 394 394 31372 31372 Н2О [Нм3/ч]H 2 O [Nm 3 /h] 11321 11321 16988 16988 СО [Нм3/ч]CO [Nm 3 /h] 0 0 20842 20842 Впуск кислорода: Oxygen inlet: О2 [Нм3/ч]About 2 [Nm 3 /h] 10735 10735 N2 [Нм3/ч]N 2 [Nm 3 /h] 219 219 Температура Temperature 371 371 кислорода на oxygen on впуске [°C] inlet [°C] Выпуск: Release: N2 [Нм3/ч]N 2 [Nm 3 /h] 245 245 245 245 245 245 СО2 [Нм3/ч]CO 2 [Nm 3 /h] 5968 5968 11615 11615 12720 12720 12720 12720 СН4 [Нм3/ч]CH 4 [Nm 3 /h] 373 373 392 392 392 392 Н2 [Нм3/ч]N 2 [Nm 3 /h] 31372 31372 26451 26451 26451 26451 Н2О [Нм3/ч]H 2 O [Nm 3 /h] 16988 16988 21870 21870 21870 21870 СО [Нм3/ч]CO [Nm 3 /h] 20842 20842 25685 25685 25685 25685 Полный поток на Full flow on 75788 75788 выпуске [Нм3/ч]outlet [Nm 3 /h]

Таким образом, когда используют систему и способ, оказывается возможным обеспечение полученного синтез-газа, имеющего относительно высокое содержание СО. В примере табл. 1 соотношение H2/CO составляет 1,0, в то время как соотношения H/С и O/С составляют 2,5 и 1,9, соответственно.Thus, when the system and method is used, it is possible to provide the resulting synthesis gas having a relatively high CO content. In the example of Table. 1, the H2/CO ratio is 1.0, while the H/C and O/C ratios are 2.5 and 1.9, respectively.

В этом контексте температуру разложения метана (T(MDC)) вычисляют как температуру, при которой константа равновесия реакции разложения метана с образованием графита (СН4^С+2Н2) равна коэффициенту реакции (QC) газа. Образование углерода в форме графита может происходить, когда температура является выше, чем эта температура.In this context, the decomposition temperature of methane (T(MDC)) is calculated as the temperature at which the equilibrium constant of the reaction of decomposition of methane to form graphite (CH 4 ^C+2H 2 ) is equal to the reaction coefficient (QC) of the gas. The formation of carbon in the form of graphite can occur when the temperature is higher than this temperature.

Коэффициент реакции QC определяют как соотношение квадрата парциального давления водорода и парциального давления метана, т.е.The reaction coefficient QC is defined as the ratio of the square of the partial pressure of hydrogen and the partial pressure of methane, i.e.

QC = Р2н2/Рсн4.QC \u003d P 2 n 2 / Rsn 4 .

Температуру реакции Будуара (T(BOU)) вычисляют аналогичным образом, но для реакции Будуара (2СО^С+СО2), и в этом случае образование углерода в форме графита может происходить, когда температура ниже, чем эта температура реакции Будуара.The Boudouard reaction temperature (T(BOU)) is calculated in a similar manner, but for the Boudoir reaction (2CO^C+CO 2 ), in which case the formation of carbon in the form of graphite can occur when the temperature is lower than this Boudoir reaction temperature.

В табл. 2 представлен сравнительный пример соответствующих значений для получения аналогичного синтез-газа в системе с реактором ATR но без адиабатического заключительного конвертера, что обозначено здесь как автономный реактор ATR. В этом случае весь CO2 заблаговременно вводят в реактор ATR, который работает при соотношении S/C 0,6. Сравнение примеров показывает, что для автономного реактора требуется больше кислорода.In table. 2 shows a comparative example of the corresponding values for producing a similar synthesis gas in a system with an ATR reactor but without an adiabatic final converter, which is referred to here as a stand-alone ATR reactor. In this case, all CO2 is introduced in advance into the ATR reactor, which is operated at an S/C ratio of 0.6. A comparison of examples shows that more oxygen is required for a stand-alone reactor.

--

Claims (11)

Из табл. 1 и 2 видно, что выпускаемый поток из реактора ATR в случае настоящего изобретения меньше, чем в случае автономного реактора ATR. Это означает что посредством использования идей настоящего изобретения может быть сконструирован реактор ATR меньших размеров. Это также означает, что в случае усовершенствований получение монооксида углерода может быть увеличено без необходимости увеличения данного реактора ATR. Это осуществляется посредством введения заключительного конвертера для образования системы и применения способа согласно настоящему изобретению.From Table. 1 and 2 it can be seen that the discharge stream from the ATR in the case of the present invention is less than in the case of a stand-alone ATR. This means that by using the ideas of the present invention, a smaller ATR reactor can be designed. This also means that in the case of improvements, the production of carbon monoxide can be increased without the need to increase the given ATR reactor. This is done by introducing a final converter to form the system and applying the method according to the present invention. Расход кислорода (вычисленный как соотношение израсходованного О2 и полученного СО [Нм3/Нм3]) составляет 0,418 по сравнению с 0,457 для автономного реактора ATR. Следовательно, согласно настоящему изобретению экономится кислород, что уменьшает капитальные расходы на блок разделения воздуха для получения кислорода.The oxygen consumption (calculated as the ratio of O 2 consumed to CO produced [Nm 3 /Nm 3 ]) is 0.418 compared to 0.457 for the stand-alone ATR. Therefore, according to the present invention, oxygen is saved, which reduces the capital cost of an air separation unit to produce oxygen. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Система для получения синтез-газа, содержащая:1. A system for producing synthesis gas, comprising: производящий синтез-газ реактор, выполненный с возможностью получения первого синтез-газа из исходного углеводородного потока; и заключительный конвертер, содержащий оболочку, внутри которой находится катализатор, причем вышеупомянутый катализатор проявляет каталитическую активность в реакциях парового риформинга метана, метанирования и обратной конверсии водяного газа; при этом вышеупомянутый заключительный конвертер содержит трубопровод для подачи обогащенного CO2 газового потока в смесительную зону вышеупомянутого заключительного конвертера, причем вышеупомянутая смесительная зона расположена выше по потоку вышеупомянутого катализатора, при этом вышеупомянутый обогащенный CO2 газовый поток в вышеупомянутом трубопроводе выше по потоку вышеупомянутой смесительной зоны находится в теплообменной связи с газом, протекающим над вышеупомянутым катализатором, располоproducing synthesis gas reactor, configured to obtain the first synthesis gas from the original hydrocarbon stream; and a final converter containing a shell inside which is a catalyst, and the aforementioned catalyst exhibits catalytic activity in the reactions of methane steam reforming, methanation and reverse conversion of water gas; wherein the aforementioned final converter comprises a conduit for supplying a CO 2 enriched gas stream to a mixing zone of the aforementioned final converter, wherein the aforementioned mixing zone is located upstream of the aforementioned catalyst, while the aforementioned CO 2 enriched gas stream in the aforementioned pipeline is located upstream of the aforementioned mixing zone in heat exchange relationship with the gas flowing over the aforementioned catalyst, located - 10 040289 женным ниже по потоку по отношению к смесительной зоне, причем вышеупомянутая система дополнительно содержит трубопровод для подачи, по меньшей мере, части вышеупомянутого первого синтез-газа из вышеупомянутого производящего синтез-газ реактора в вышеупомянутую смесительную зону вышеупомянутого заключительного конвертера, и в результате этого объединяются, по меньшей мере, часть вышеупомянутого первого синтез-газа и вышеупомянутого обогащенного CO2 газового потока с образованием смешанного газа, при этом вышеупомянутый заключительный конвертер дополнительно содержит выпуск для удаления полученного синтез-газа из вышеупомянутого заключительного конвертера.- 10 040289 downstream of the mixing zone, wherein said system further comprises a conduit for supplying at least a portion of said first synthesis gas from said synthesis gas producing reactor to said mixing zone of said final converter, and as a result whereby at least a portion of said first synthesis gas and said CO2-enriched gas stream are combined to form a mixed gas, said final converter further comprising an outlet for removing produced synthesis gas from said final converter. 2. Система по п.1, в которой вышеупомянутый производящий синтез-газ реактор представляет собой реактор автотермического риформинга, реактор термического частичного окисления, реактор каталитического частичного окисления или реактор парового риформинга метана.2. The system of claim 1, wherein said synthesis gas producing reactor is an autothermal reformer, a thermal partial oxidation reactor, a catalytic partial oxidation reactor, or a steam methane reformer. 3. Система по п.1 или 2, в которой вышеупомянутый трубопровод содержит первую часть, выполненную с возможностью введения вышеупомянутого обогащенного CO2 газового потока в теплообменную связь с вышеупомянутым полученным синтез-газом.3. The system according to claim 1 or 2, wherein said conduit comprises a first portion configured to introduce said CO2-enriched gas stream into heat exchange communication with said produced synthesis gas. 4. Система по любому из пп.1-3, в которой вышеупомянутый трубопровод содержит вторую часть, выполненную с возможностью введения вышеупомянутого обогащенного CO2 газового потока в теплообменную связь со смешанным газом в вышеупомянутой смесительной зоне.4. A system according to any one of claims 1 to 3, wherein said conduit comprises a second portion configured to introduce said CO2 - enriched gas stream into heat exchange communication with a mixed gas in said mixing zone. 5. Система по любому из пп.1-4, в которой катализатор представляет собой катализатор парового риформинга.5. A system according to any one of claims 1 to 4, wherein the catalyst is a steam reforming catalyst. 6. Способ получения синтез-газа, включающий:6. A method for producing synthesis gas, including: получение первого синтез-газа из исходного углеводородного потока в производящем синтез-газ реакторе;obtaining a first synthesis gas from the original hydrocarbon stream in producing synthesis gas reactor; подачу обогащенного CO2 газового потока в смесительную зону заключительного конвертера через трубопровод, причем вышеупомянутый заключительный конвертер содержит оболочку, внутри которой находится катализатор, при этом вышеупомянутый обогащенный CO2 газовый поток в вышеупомянутом трубопроводе выше по потоку вышеупомянутой смесительной зоны находится в теплообменной связи с газом, протекающим над катализатором, перед смешиванием вышеупомянутого обогащенного СО2 газового потока, по меньшей мере, с частью первого синтез-газа в вышеупомянутой смесительной зоне;supplying a CO2-enriched gas stream to the mixing zone of the final converter through a pipeline, wherein the aforementioned final converter comprises a shell inside which the catalyst is located, while the aforementioned CO2-enriched gas stream in the aforementioned pipeline upstream of the aforementioned mixing zone is in heat exchange communication with the gas flowing above a catalyst, before mixing the aforementioned CO 2 rich gas stream with at least a portion of the first synthesis gas in the aforementioned mixing zone; подачу, по меньшей мере, части вышеупомянутого первого синтез-газа из вышеупомянутого производящего синтез-газ реактора в смесительную зону вышеупомянутого заключительного конвертера через трубопровод и в результате этого объединение, по меньшей мере, части вышеупомянутого первого синтез-газа и вышеупомянутого обогащенного CO2 газового потока с образованием смешанного газа, причем в вышеупомянутом заключительном конвертере вышеупомянутый катализатор проявляет каталитическую активность в реакциях парового риформинга метана, метанирования и обратной конверсии водяного газа, и при этом вышеупомянутая смесительная зона расположена выше по отношению к вышеупомянутому катализатору;feeding at least a portion of said first synthesis gas from said synthesis gas producing reactor into a mixing zone of said final converter via a conduit and thereby combining at least a portion of said first synthesis gas and said CO2-enriched gas stream with forming a mixed gas, wherein in the aforementioned final converter, the aforementioned catalyst exhibits catalytic activity in the reactions of methane steam reforming, methanation, and water gas reverse shift, and wherein the aforementioned mixing zone is located upstream of the aforementioned catalyst; получение в качестве продукта синтез-газа из вышеупомянутого смешанного газа посредством осуществления реакций парового риформинга метана, метанирования и обратной конверсии водяного газа над вышеупомянутым катализатором; и выпуск вышеупомянутого полученного синтез-газа из вышеупомянутого заключительного конвертера.obtaining as a product of synthesis gas from the aforementioned mixed gas by carrying out the reactions of methane steam reforming, methanation and reverse shifting of water gas over the aforementioned catalyst; and discharging said produced synthesis gas from said final converter. 7. Способ по п.6, в котором вышеупомянутый производящий синтез-газ реактор представляет собой реактор автотермического риформинга, реактор частичного окисления, реактор каталитического частичного окисления или реактор парового риформинга метана.7. The method of claim 6, wherein said synthesis gas producing reactor is an autothermal reforming reactor, a partial oxidation reactor, a catalytic partial oxidation reactor, or a steam methane reforming reactor. 8. Способ по п.6 или 7, в котором вышеупомянутый обогащенный CO2 газовый поток вводят в теплообменную связь с вышеупомянутым полученным синтез-газом выше по потоку по отношению к вышеупомянутому катализатору.8. The method according to claim 6 or 7, wherein said CO2-enriched gas stream is introduced into heat exchange communication with said synthesis gas produced upstream of said catalyst. 9. Способ по любому из пп.6-8, в котором вышеупомянутый обогащенный CO2 газовый поток вводят в теплообменную связь со смешанным газом в вышеупомянутой смесительной зоне, расположенной ниже по потоку по отношению к вышеупомянутому катализатору.9. The process according to any one of claims 6 to 8, wherein said CO2-enriched gas stream is introduced into heat exchange communication with a mixed gas in said mixing zone downstream of said catalyst. 10. Способ по любому из пп.6-9, в котором вышеупомянутый обогащенный CO2 газовый поток нагревают в огневом нагревателе, в электрическом нагревателе, посредством теплообмена, по меньшей мере, с частью полученного синтез-газа, выходящего из заключительного конвертера, и/или посредством теплообмена с перегретым паром перед впуском в заключительный конвертер.10. A process according to any one of claims 6 to 9, wherein said CO2-enriched gas stream is heated in a fired heater, in an electric heater, by heat exchange with at least a portion of the produced synthesis gas leaving the final converter, and/or by heat exchange with superheated steam before entering the final converter. 11. Способ по любому из пп.6-10, в котором катализатор представляет собой катализатор парового риформинга.11. A process according to any one of claims 6 to 10, wherein the catalyst is a steam reforming catalyst. --
EA202091418 2017-12-08 2018-11-15 SYSTEM AND METHOD FOR PRODUCING SYNTHESIS GAS EA040289B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DKPA201700701 2017-12-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA040289B1 true EA040289B1 (en) 2022-05-17

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7096317B2 (en) Reformer containing CO2 film
AU2007325180B2 (en) Systems and processes for producing hydrogen and carbon dioxide
CA2705640C (en) Steam-hydrocarbon reforming with reduced carbon dioxide emissions
JP5721310B2 (en) Oxygen removal
US20230271829A1 (en) ATR-Based Hydrogen Process and Plant
US11591214B2 (en) Process and system for producing synthesis gas
UA119697C2 (en) Process for making ammonia
GB2536996A (en) Process
WO2015128456A1 (en) Process for producing synthesis gas
EP3720813B1 (en) System and process for production of synthesis gas
JP5348938B2 (en) Carbon monoxide gas generator and method
WO2001085608A1 (en) Method and reactor for reformation of natural gas and simultaneous production of hydrogen
EA040289B1 (en) SYSTEM AND METHOD FOR PRODUCING SYNTHESIS GAS
KR102668169B1 (en) Method and system for producing synthesis gas
EA044781B1 (en) METHOD AND SYSTEM FOR PRODUCING SYNTHESIS GAS
CA3189954A1 (en) Improving the purity of a co2-rich stream