RU142113U1

RU142113U1 - CATALYTIC SYNTHESIS GAS GENERATOR

Info

Publication number: RU142113U1
Application number: RU2013146049/04U
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Галанов; Ольга Ивановна Сидорова; Александра Валериевна Жердева
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2014-06-20

Abstract

Каталитический генератор синтез-газа, содержащий смеситель, систему запуска, теплообменное устройство и катализатор, помещенный в каталитический стакан, при этом смесь воздуха и углеводородного газа подается на катализатор при температуре ниже температуры самовоспламенения углеводородов, а частичное гетерогенное сжигание углеводородного газа происходит в начальном участке слоя катализатора с последующей генерацией синтез-газа каталитическим взаимодействием продуктов сжигания углеводородов - СОи НО с неокисленным на начальном участке катализатора углеводородным газом, отличающийся тем, что внешний диаметр металлического каталитического стакана выполнен меньше внутреннего диаметра металлического корпуса генератора и промежуток между внешней поверхностью металлического каталитического стакана и внутренней поверхностью металлического корпуса генератора заполнен теплоизолирующим материалом для снижения потерь тепла через стенку и снижения тепловой нагрузки на несущую стенку генератора.A catalytic synthesis gas generator containing a mixer, a start-up system, a heat exchanger and a catalyst placed in a catalytic beaker, while a mixture of air and hydrocarbon gas is supplied to the catalyst at a temperature below the auto-ignition temperature of hydrocarbons, and partial heterogeneous combustion of hydrocarbon gas occurs in the initial section of the layer catalyst followed by synthesis gas generation by catalytic interaction of hydrocarbon combustion products - SO and BUT with unoxidized at the initial stage the catalyst, hydrocarbon gas, characterized in that the outer diameter of the metal catalytic cup is made smaller than the inner diameter of the metal casing of the generator and the gap between the outer surface of the metal catalytic cup and the inner surface of the metal casing of the generator is filled with heat insulating material to reduce heat loss through the wall and reduce heat load on the carrier generator wall.

Description

Изобретение относится к химической технологии, а именно к реакторам для способов переработки углеводородного сырья парциальным окислением в синтез-газ с помощью соответствующего катализатора, для дальнейшего использования смеси СО и H₂: в энергоустановках на топливных элементах; для создания восстановительных атмосфер при плавке металлов; в отопительных водогрейных котлах, химической переработки в спирты или синтетические жидкие углеводороды.The invention relates to chemical technology, namely to reactors for methods of processing hydrocarbon materials by partial oxidation to synthesis gas using an appropriate catalyst, for further use of a mixture of CO and H ₂ : in power plants using fuel cells; to create reducing atmospheres in the melting of metals; in heating water boilers, chemical processing into alcohols or synthetic liquid hydrocarbons.

Известны различные устройства получения синтез-газа из углеводородного сырья парциальным окислением кислородом или кислородсодержащими смесями. Исходя из ниже приведенных реакций для парциального окисления для каждого газообразного углеводорода гомологического ряда алканов существует оптимальные, согласно стехиометрии реакции, коэффициенты избытка окислителя - кислорода (α):Various devices are known for producing synthesis gas from hydrocarbon feeds by partial oxidation with oxygen or oxygen-containing mixtures. Based on the following reactions for partial oxidation, for each gaseous hydrocarbon of a homologous series of alkanes, there are optimal, according to the stoichiometry of the reaction, coefficients of the excess of the oxidizing agent - oxygen (α):

Содержание окислителя (чистый кислород, кислород воздуха или других газовых смесей) по отношению к углеводородам C_nH_m характеризуют термином коэффициент избытка окислителя α, который равен отношению реального количества окислителя, присутствующего в системе, к его количеству, теоретически необходимому (стехиометрическому) для полного окисления горючего газа, имеющегося в системе:The content of the oxidizing agent (pure oxygen, air oxygen, or other gas mixtures) with respect to hydrocarbons C _n H _{m is} characterized by the term coefficient of excess oxidizing agent α, which is equal to the ratio of the actual amount of oxidizing agent present in the system to its amount theoretically necessary (stoichiometric) for complete oxidation of combustible gas present in the system:

По условиям стехиометрии реакции α=1 соответствует реакции полного окисления углеводородов до CO₂ и H₂O.According to the stoichiometry of the reaction, α = 1 corresponds to the reaction of complete oxidation of hydrocarbons to CO ₂ and H ₂ O.

Известен способ получения синтез-газа при горении и устройство для его осуществления [Патент РФ №2320531, приоритет от 04.05.2006, опубликован 27.03.2008], в нем используется принцип гомогенного окисления углеводородов алканового ряда, в частности, метан и/или их смеси. В изобретении предусматривается разогрев компонентов смеси теплом газов конверсии. Недостатком изобретения является то, что необходим внешний источник тепла, непрерывный подвод пламени в зону реакции, а так же дополнительные турбулизаторы смеси и дополнительное введение водяного пара в зону реакции для предотвращения сажеобразования, что усложняет конструкцию устройства. Температура в реакторе составляет 1450 К, что требует специальных жаропрочных конструкционных материалов.A known method of producing synthesis gas during combustion and a device for its implementation [RF Patent No. 2320531, priority 04/05/2006, published 03/27/2008], it uses the principle of homogeneous oxidation of hydrocarbons of the alkane series, in particular methane and / or mixtures thereof . The invention provides for the heating of the components of the mixture with the heat of the conversion gases. The disadvantage of the invention is that an external heat source is required, a continuous supply of flame to the reaction zone, as well as additional turbulators of the mixture and additional introduction of water vapor into the reaction zone to prevent soot formation, which complicates the design of the device. The temperature in the reactor is 1450 K, which requires special heat-resistant structural materials.

В патенте [Патент РФ 2374173, приоритет от 17.06.2008, опубликован 27.11.2009] описан генератор синтез-газа на основе радиационной горелки, где в качестве рабочего элемента использовалась перфорированная трехмерная керамическая матрица. Подача реакционной смеси осуществлялась через внешние стенки матрицы во внутренний объем, т.е. происходила «внутренняя» рекуперация тепла реакции за счет запертого в стенках матрицы ИК-излучения. Основным недостатком данного изобретения является то, что используется некаталитическая матрица и, соответственно, в качестве побочного продукта образуется этилен в количестве 1,4-1,9% об. Концентрации СО и H₂ низкие и составляют 10,3-11,1% об, а водорода 17,8-22,1% в расчете на сухой газ, окисление метана осуществлялось при α≥3,5 при оптимальном для метана α=0,25.The patent [RF Patent 2374173, priority dated June 17, 2008, published November 27, 2009] describes a synthesis gas generator based on a radiation burner, where a perforated three-dimensional ceramic matrix was used as a working element. The reaction mixture was supplied through the external walls of the matrix into the internal volume, i.e. “internal” heat recovery of the reaction occurred due to infrared radiation locked in the matrix walls. The main disadvantage of this invention is that a non-catalytic matrix is used and, accordingly, ethylene in the amount of 1.4-1.9% by volume is formed as a by-product. Concentrations of CO and H _{2 are} low and amount to 10.3-11.1% by volume, and hydrogen 17.8-22.1% calculated on dry gas, methane oxidation was carried out at α≥3.5 with optimal for methane α = 0 , 25.

В патенте [Патент РФ №2286308, приоритет от 31.01.2005, опубликован 10.07.2005] описано устройство для осуществления окисления газообразных углеводородных топлив с помощью катализатора и может быть использовано для получения синтез-газа. Устройство для получения синтез-газа радиального типа содержит газораспределительную перфорированную трубку и катализатор. Катализатор выполнен в виде кольцевых теплопроводных металлопористых каталитических пластин и теплопроводных сепараторов с пазами, чередующихся между собой с образованием каналов для прохождения газовых потоков и соединенных между собой. На обеих сторонах сепаратора выполнены пазы в форме эвольвенты от центра к периферии. Кольцевые пластины катализатора установлены перпендикулярно оси газораспределительной перфорированной трубки. Внутри газораспределительной перфорированной трубки расположена система запуска, которая состоит из смесителя с запальной свечой или электрического нагревательного элемента. Устройство компактно и эффективно. Устройство позволяет при использовании в качестве окислителя воздух получать реакционную смесь, содержащую 33% водорода и до 16-17% оксида углерода, но эксплуатируется при α≈0,3-0,4, что несколько выше оптимального. Недостатком этого устройства является высокая трудоемкость и многостадийность в изготовлении. А именно в изготовлении металлопористых пластин методом проката или шликерного литья, нанесением пористой подложки из оксидов магния, алюминия или циркония, и пропитка каталитически активными элементами, изготовление сепараторов аналогичных по размерам каталитическим пластинам с последующим изготовления пазов в сепараторах химическим травлением с использованием фотолитографии или фрезерованием. Сборку элементов каталитических пластин и сепараторов на газораспределительную трубку с высокой степенью уплотнения для обеспечения высокой теплопроводности.The patent [RF Patent No. 2286308, priority dated January 31, 2005, published July 10, 2005] describes a device for oxidizing gaseous hydrocarbon fuels using a catalyst and can be used to produce synthesis gas. A device for producing radial-type synthesis gas comprises a gas distribution perforated tube and a catalyst. The catalyst is made in the form of annular heat-conducting metal-porous catalyst plates and heat-conducting separators with grooves, alternating with each other with the formation of channels for the passage of gas flows and interconnected. On both sides of the separator, grooves are made in the form of an involute from the center to the periphery. The annular plates of the catalyst are mounted perpendicular to the axis of the gas distribution perforated tube. Inside the gas distribution perforated tube there is a launch system, which consists of a mixer with a spark plug or an electric heating element. The device is compact and efficient. The device allows using air as an oxidizing agent to obtain a reaction mixture containing 33% hydrogen and up to 16-17% carbon monoxide, but it is operated at α≈0.3-0.4, which is slightly higher than optimal. The disadvantage of this device is the high complexity and multi-stage manufacturing. Namely, in the manufacture of metal-porous plates by rolling or slip casting, applying a porous substrate of magnesium, aluminum or zirconium oxides, and impregnation with catalytically active elements, the manufacture of separators of the same size as catalytic plates, followed by the manufacture of grooves in the separators by chemical etching using photolithography or milling. Assembly of the elements of the catalytic plates and separators on a gas distribution pipe with a high degree of compaction to ensure high thermal conductivity.

Известен каталитический реактор [Патент РФ 2208475, приоритет от 26.04.2001, опубликован 20.07.2003] для получения синтез-газа радиального типа, содержащий газораспределительную трубу со слоем катализатора, который выполнен в виде газопроницаемых плоских и гофрированных армированных лент, навитых и спеченных с газораспределительной трубкой. Реактор имеет устройство для запуска его в работу. Газораспределительная трубка имеет отверстие перфорации меньше критического диаметра для предотвращения проникновения пламени внутрь трубки. В качестве катализатора используют армированный пористый материал, содержащий активные компоненты: родий, никель, платину, палладий, железо, кобальт, рений или их смеси. Окисление углеводородного газа происходит с коэффициентом избытка окислителя (воздуха) 0,47. Недостаток этого устройства является отсутствие освоенных промышленностью серийных технологий изготовления армированных пористых материалов, высокая трудоемкость в изготовлении и снижение каталитической активности в связи с использованием армирующих материалов. Так же недостатком является эксплуатация при α значительно выше оптимального значения в связи с чем из примера изобретения при конверсии метана 99,9%, селективности по СО составила 77,7%, по H₂ - 90%, а выход СО составил 77,6%, а Н₂ 89,9%.A catalytic reactor is known [RF Patent 2208475, priority 26.04.2001, published 20.07.2003] for producing a radial type synthesis gas containing a gas distribution pipe with a catalyst layer, which is made in the form of gas-permeable flat and corrugated reinforced tapes, wound and sintered from the gas distribution the tube. The reactor has a device for putting it into operation. The gas distribution pipe has a perforation hole smaller than the critical diameter to prevent flame from entering the pipe. As a catalyst, reinforced porous material containing active components is used: rhodium, nickel, platinum, palladium, iron, cobalt, rhenium, or mixtures thereof. The oxidation of hydrocarbon gas occurs with an excess coefficient of the oxidizing agent (air) of 0.47. The disadvantage of this device is the lack of serial technologies mastered by the industry for the manufacture of reinforced porous materials, the high complexity in manufacturing and the reduction of catalytic activity due to the use of reinforcing materials. The disadvantage is the operation at α is much higher than the optimal value, and therefore from the example of the invention for methane conversion of 99.9%, the selectivity for CO was 77.7%, for H ₂ - 90%, and the CO yield was 77.6% and H ₂ 89.9%.

Известен способ получения синтез-газа из углеводородного сырья и устройство для его осуществления [FR 2868413 - A1, C01B 3/26, 2005, "Procede de production de gaz de synthese, et une installation pour sa mise en oeuvre"]. Каталитический генератор синтез-газа, содержащий смеситель, систему запуска и катализатор, выполненный в виде гранул и помещенный в цилиндрический каталитический стакан, расположенный в корпусе генератора, и генератор содержит теплообменное устройство для подогрева воздуха. Часть углеводородного газа смешивается с воздухом и сгорает в камере, часть углеводородного газа инжектируется через специальные перфорированные трубки по глубине и высоте каталитического слоя. Каталитический слой закрыт газопроницаемой мембраной для защиты катализатора от пламени при сжигании части углеводородного газа. Из условий получения синтез-газа указано, что стехиометрическое соотношение кислорода к углеводороду CxHy равно, по крайней мере, 0,5.A known method of producing synthesis gas from hydrocarbon raw materials and a device for its implementation [FR 2868413 - A1, C01B 3/26, 2005, "Procede de production de gaz de synthese, et une installation pour sa mise en oeuvre"]. A catalytic synthesis gas generator containing a mixer, a start-up system and a catalyst made in the form of granules and placed in a cylindrical catalytic cup located in the generator housing, and the generator contains a heat exchange device for heating the air. Part of the hydrocarbon gas is mixed with air and burns in the chamber, part of the hydrocarbon gas is injected through special perforated tubes along the depth and height of the catalytic layer. The catalytic layer is covered by a gas-permeable membrane to protect the catalyst from flame when burning part of the hydrocarbon gas. From the conditions for producing synthesis gas, it is indicated that the stoichiometric ratio of oxygen to hydrocarbon CxHy is at least 0.5.

Указанное изобретение имеет ряд недостатков:The specified invention has several disadvantages:

1. Наличие гомогенного открытого пламени в устройстве повышает опасность эксплуатации, то есть может вызвать обратный проскок пламени в зону смешения и подающие устройства.1. The presence of a homogeneous open flame in the device increases the danger of operation, that is, it can cause a reverse leakage of flame into the mixing zone and feed devices.

2. Разделение потоков углеводородного газа на поток, идущий на сгорание и на поток, инжектируемый в слой катализатора в вертикальном и горизонтальном направлении, значительно усложняет конструкцию, процесс замены катализатора и сборки, а так же эксплуатацию устройства.2. The separation of hydrocarbon gas streams into a stream going to combustion and into a stream injected into the catalyst bed in the vertical and horizontal directions significantly complicates the design, the process of replacing the catalyst and assembly, as well as the operation of the device.

3. Устройство, показанное в изобретении, позволяет проводить генерацию синтез-газа только с одним типом катализатора - гранулированным. Т.е. невозможно использовать блочный катализатор или их комбинацию с гранулированным катализатором.3. The device shown in the invention allows the generation of synthesis gas with only one type of catalyst - granular. Those. it is not possible to use a block catalyst or a combination thereof with a granular catalyst.

Вышеуказанное устройство (рисунок 1) является наиболее близким к заявляемому устройству, и поэтому выбрано в качестве прототипа.The above device (Figure 1) is the closest to the claimed device, and therefore is selected as a prototype.

Достигаемый технический результат заключается в достижении безопасности эксплуатации устройства, упрощения конструкции устройства, возможности конвертировать углеводородный газ различного химического состава при сохранении эффективности каталитической конверсии газообразных углеводородов в синтез-газ, получения целевых продуктов конверсии СО и водорода с высокой селективностью и выходом.The technical result achieved is to achieve safe operation of the device, simplify the design of the device, the ability to convert hydrocarbon gas of various chemical compositions while maintaining the efficiency of the catalytic conversion of gaseous hydrocarbons into synthesis gas, and to obtain the target products of CO and hydrogen conversion with high selectivity and yield.

Указанный технический результат достигается тем, что используется генератор синтез-газа состоящий из корпуса (1) и смесителя газов (2), в корпусе расположен металлический цилиндр из жаростойкого сплава (каталитический стакан) (3), в котором размещен катализатор (4). Катализатор может быть в виде гранул или в виде газопроницаемого монолитного блока. Используется бифункциональный катализатор, который представляет собой гранулы, содержащие металл или смесь металлов VIII группы в количестве 0,5-25,0 мас.%, распределенных в оксидной матрице и/или катализатор представляет собой монолитный газопроницаемый блок, полученный самораспространяющимся высокотемпературным синтезом, содержащий металл VIII группы периодической системы, распределенный в оксидной матрице в количестве 30-60% массовых катализатор сочетает в себе две функции: в присутствии кислорода в реакционной смеси углеводородного газа в концентрации 1-20 об.% инициировать реакцию окисления углеводородов до CO₂ и H₂O, и катализировать реакцию образования синтез-газа при взаимодействии продуктов реакции глубокого окисления углеводородного газа (CO₂ и H₂O) с углеводородами.The specified technical result is achieved by using a synthesis gas generator consisting of a housing (1) and a gas mixer (2), a metal cylinder made of a heat-resistant alloy (catalytic cup) (3) in which the catalyst (4) is located is located in the housing. The catalyst may be in the form of granules or in the form of a gas-permeable monolithic block. A bifunctional catalyst is used, which is granules containing a metal or a mixture of Group VIII metals in an amount of 0.5-25.0 wt.% Distributed in an oxide matrix and / or the catalyst is a monolithic gas permeable block obtained by self-propagating high-temperature synthesis containing metal Group VIII of the periodic system distributed in the oxide matrix in an amount of 30-60% by mass of the catalyst combines two functions: in the presence of oxygen in the reaction mixture of a hydrocarbon gas at a concentration of 1-20 vol.% initiate the reaction of oxidation of hydrocarbons to CO ₂ and H ₂ O, and catalyze the reaction of formation of synthesis gas during the interaction of the products of the reaction of deep oxidation of hydrocarbon gas (CO ₂ and H ₂ O) with hydrocarbons.

За обрезом каталитического стакана располагается запальное устройство (5), выполненное в виде искровой свечи или электрического нагревательного элемента. Внешний диаметр каталитического стакана меньше внутреннего диаметра корпуса генератора, по периметру между внутренней стенкой генератора и внешней стенкой каталитического стакана проложена теплоизоляция (6). За каталитическим стаканом на расстоянии, обеспечивающим свободный выход синтез-газа из слоя катализатора и размещения запального устройства, размещен теплообменник (7), для нагрева воздуха поступающего на конверсию. Внешний диаметр теплообменника соответствует внешнему диаметру корпуса генератора синтез-газа и может быть выполнен единым конструкционным элементом. Для контроля температуры в каталитическом слое или блочном катализаторе помещены изолированные термопары (8), расположенные в начале, середине и конце слоя по ходу реакционной смеси, термопары (8) так же размещены на входе воздуха в смеситель и в самом смесителе.Behind the edge of the catalytic cup is an ignition device (5), made in the form of a spark plug or electric heating element. The outer diameter of the catalytic cup is smaller than the inner diameter of the generator housing; thermal insulation is laid along the perimeter between the inner wall of the generator and the outer wall of the catalytic cup (6). Behind the catalytic cup at a distance providing a free exit of synthesis gas from the catalyst bed and placement of the ignition device, a heat exchanger (7) is placed to heat the air entering the conversion. The outer diameter of the heat exchanger corresponds to the outer diameter of the case of the synthesis gas generator and can be performed by a single structural element. To control the temperature, insulated thermocouples (8) located at the beginning, middle, and end of the layer along the reaction mixture are placed in the catalytic layer or block catalyst; thermocouples (8) are also placed at the air inlet to the mixer and in the mixer itself.

Теплообмен в теплообменнике осуществляется за счет конвективной теплопередачи горячими реакционными газами и ИК-лучистым теплообменом между разогретым катализатором и днищем теплообменника расположенным за катализатором по ходу газов. После теплообменника, разогретый за счет реакционных газов и ИК-излучения, воздух поступает в смеситель, где смешивается с холодным углеводородным газом и перемешанная и разогретая смесь газов с температурой ниже температуры воспламенения углеводородного газа контактирует с катализатором.The heat exchange in the heat exchanger is due to convective heat transfer by hot reaction gases and infrared radiant heat exchange between the heated catalyst and the bottom of the heat exchanger located behind the catalyst along the gases. After the heat exchanger, heated by reaction gases and infrared radiation, air enters the mixer, where it is mixed with cold hydrocarbon gas, and the mixed and heated mixture of gases with a temperature below the ignition temperature of the hydrocarbon gas is contacted with the catalyst.

Особенностью процесса конверсии углеводородного газа в синтез-газ заключается в том, что для безопасности процесса в смеситель и на катализатор подают реакционную смесь углеводородного газа и воздуха при температуре ниже точки самовоспламенения углеводородов, а гетерогенно-каталитический процесс генерации синтез-газа из углеводородов на примере метана состоит из нескольких стадий и реакций (5-7):A feature of the process of converting hydrocarbon gas to synthesis gas is that for the safety of the process, a reaction mixture of hydrocarbon gas and air is supplied to the mixer and catalyst at a temperature below the self-ignition point of hydrocarbons, and the heterogeneous-catalytic process of generating synthesis gas from hydrocarbons using methane as an example consists of several stages and reactions (5-7):

При автотермической (без внешнего источника подвода энергии) работе предлагаемого генератора синтез-газа происходят потери тепловой энергии за счет уноса тепла разогретыми реакционными газами и через стенки генератора, соответственно это приводит к тому, что эндотермические реакции CO₂ и H₂O с углеводородами протекают не полностью, что снижает селективность и выход целевых продуктов: СО и водорода. Для сохранения теплового баланса используется теплоизоляционный слой между каталитическим стаканом и внутренней стенкой генератора, а так же система рекуперации тепла в теплообменнике.During autothermal (without an external source of energy supply) operation of the proposed synthesis gas generator, thermal energy is lost due to the entrainment of heat by the heated reaction gases and through the generator walls, respectively, this leads to the fact that endothermic reactions of CO ₂ and H ₂ O with hydrocarbons do not occur completely, which reduces the selectivity and yield of the target products: CO and hydrogen. To maintain heat balance, a heat-insulating layer between the catalytic cup and the inner wall of the generator is used, as well as a heat recovery system in the heat exchanger.

Каталитический автотермический генератор синтез-газа работает следующим образом. Запуск устройства: исходные реагенты углеводородный газ и воздух при коэффициенте избытка окислителя α=0,7-1,1 или соотношения воздух/углеводородный газ = 6,5-34,1 объемные зависящие от химического состава углеводородного газа. Подаются в смеситель, где смешиваются и поступают на катализатор, на выходе из каталитического слоя (или монолитного блока) смешанный углеводород - воздушный поток попадает в зону, нагретую запальной свечой, смесь воспламеняется и переходит в режим гетерогенно-каталитического горения в слое катализатора, т.е. осуществляется реакция глубокого гетерогенного окисления углеводородного газа кислородом воздуха в слое катализатора. После разогрева катализатора до температуры 550-650°C, что соответствует температуре начала автотермической генерации синтез-газа, соотношение углеводородный газ и воздух изменяется до α≈0,25-0,31 в зависимости от химического состава и соотношения углеводородов в углеводородсодержащем газе, для процесса генерации синтез-газа. Разогретый за счет тепла реакции до температур 750°C и выше катализатор ИК-излучением нагревает теплообменник, синтез-газ проходя теплообменник передает тепло за счет конвективного теплообмена, что так же способствует нагреву воздуха поступающему на конверсию воздуха. В качестве углеводородного газа могут использоваться индивидуальные углеводороды из ряда: метан, этан, пропан, бутан или их смесь.The catalytic autothermal synthesis gas generator operates as follows. Starting the device: the initial reagents are hydrocarbon gas and air with an oxidizer excess ratio of α = 0.7-1.1 or air / hydrocarbon gas ratio = 6.5-34.1 volumetric depending on the chemical composition of the hydrocarbon gas. They are fed to the mixer, where they are mixed and fed to the catalyst, at the outlet of the catalytic layer (or monolithic block), the mixed hydrocarbon - the air stream enters the zone heated by the glow plug, the mixture ignites and switches to heterogeneous-catalytic combustion in the catalyst layer, etc. e. the deep heterogeneous oxidation of hydrocarbon gas by atmospheric oxygen in the catalyst bed is carried out. After heating the catalyst to a temperature of 550-650 ° C, which corresponds to the temperature of the onset of autothermal synthesis gas generation, the ratio of hydrocarbon gas and air changes to α≈0.25-0.31 depending on the chemical composition and the ratio of hydrocarbons in a hydrocarbon-containing gas, for synthesis gas generation process. The catalyst heated by temperatures of reaction to temperatures of 750 ° C and higher by infrared radiation heats the heat exchanger, the synthesis gas passing the heat exchanger transfers heat through convective heat transfer, which also contributes to the heating of the air entering the air conversion. As hydrocarbon gas, individual hydrocarbons from the series may be used: methane, ethane, propane, butane, or a mixture thereof.

Используется бифункциональный катализатор, который представляет собой гранулы, содержащие металл или смесь металлов VIII группы в количестве 0,5-25,0 мас.%, распределенных в оксидной матрице и/или катализатор представляет собой монолитный газопроницаемый блок, полученный самораспространяющимся высокотемпературным синтезом содержащий металл VIII группы периодической системы, распределенный в оксидной матрице в количестве 30,0-60,0% массовых катализатор сочетает в себе две функции: в присутствии кислорода в реакционной смеси углеводородного газа в концентрации 1-20 об.% инициировать реакцию окисления углеводородов до CO₂ и H₂O, и катализировать реакцию образования синтез-газа при взаимодействии продуктов реакции глубокого окисления углеводородного газа с углеводородами.A bifunctional catalyst is used, which is granules containing a metal or a mixture of Group VIII metals in an amount of 0.5-25.0 wt.% Distributed in an oxide matrix and / or the catalyst is a monolithic gas-permeable block obtained by self-propagating high-temperature synthesis containing metal VIII groups of the periodic system distributed in the oxide matrix in an amount of 30.0-60.0% by mass of the catalyst combines two functions: in the presence of oxygen in the reaction mixture of a hydrocarbon ha and at a concentration of 1-20 vol.% initiate hydrocarbon oxidation reaction to CO ₂ and H ₂ O, and catalyze the formation of synthesis gas by reacting the products of the reaction of deep oxidation of hydrocarbon gas to hydrocarbons.

Использование изобретения иллюстрируется следующими примерами:The use of the invention is illustrated by the following examples:

Пример 1. Используется блочный катализатор, полученный самораспространяющимся высокотемпературным синтезом (СВС) химического состава 52,9% масс. Ni, 14,7% Al₂O₃, 9,5% ZrO₂, 21,4% MgO, остальное СаО. Катализатор представляет собой газопроницаемый диск с внешним диаметром 0,08 м, и высотой 0,025 м. Подается воздух в количестве 26,0 л/мин и углеводородный газ состава: метан 92,5% об, этан 4,4% пропан 2,4%, бутаны 0,57%, остальное CO₂. Расход углеводородного газа 3,0 л/мин, соотношение воздух/углеводородный газ = 8,67:1 объемные, при коэффициенте избытка окислителя α=0,84. Приводится в действие запальное устройство. После разогрева каталитического блока до температуры 600°C, изменяются расходы газов, которые составляют для воздуха 57,4 л/мин и для углеводородного газа 21,74 л/мин, при соотношении воздух/углеводородный газ = 2,64:1. Соответственно, коэффициент избытка окислителя α составляет 0,257. После прогрева генератора и стабилизации температур, температура входящего после теплообменника воздуха составила 441°C, после смешения в смесителе с углеводородным газом температура потока поступающего на катализатор составила 280°C. Температура начала каталитического блока за счет экзотермической реакции глубокого окисления углеводородсодержащего газа до CO₂ и H₂O равна Тн=970°C, температура середины блока составляет Тс=781°C, температура блока на выходе реакционных газов за счет протекания эндотермических гетерогенно-каталитических реакций углеводородов с CO₂ и H₂O составила Тк=743°C. Конверсия метана после контактирования углеводородов с катализатором составила 96,7%, углеводородов C₂-C₄ - 100%, селективность по водороду 98,4%, селективность по монооксиду углерода 88,4%. Соответственно, выход Н₂ составил 95,1%, выход СО 85,5%.Example 1. Used block catalyst obtained by self-propagating high temperature synthesis (SHS) of a chemical composition of 52.9% of the mass. Ni, 14.7% Al ₂ O ₃ , 9.5% ZrO ₂ , 21.4% MgO, the rest is CaO. The catalyst is a gas-permeable disk with an external diameter of 0.08 m and a height of 0.025 m. Air is supplied in an amount of 26.0 l / min and hydrocarbon gas composition: methane 92.5% vol., Ethane 4.4% propane 2.4% , butanes 0.57%, the rest is CO ₂ . The consumption of hydrocarbon gas 3.0 l / min, the ratio of air / hydrocarbon gas = 8.67: 1 volumetric, with an excess coefficient of the oxidizing agent α = 0.84. The ignition device is driven. After heating the catalytic unit to a temperature of 600 ° C, the gas flow rate changes, which are 57.4 l / min for air and 21.74 l / min for hydrocarbon gas, with an air / hydrocarbon gas ratio = 2.64: 1. Accordingly, the coefficient of excess oxidizer α is 0.257. After warming up the generator and stabilizing the temperatures, the temperature of the air entering after the heat exchanger was 441 ° C; after mixing in a mixer with hydrocarbon gas, the temperature of the stream entering the catalyst was 280 ° C. The temperature of the beginning of the catalytic block due to the exothermic reaction of the deep oxidation of a hydrocarbon-containing gas to CO ₂ and H ₂ O is Tn = 970 ° C, the temperature of the middle of the block is Tc = 781 ° C, the temperature of the block at the outlet of the reaction gases due to endothermic heterogeneous catalytic reactions hydrocarbons with CO ₂ and H ₂ O amounted to Tk = 743 ° C. The conversion of methane after contacting hydrocarbons with the catalyst was 96.7%, C ₂ -C ₄ hydrocarbons - 100%, hydrogen selectivity 98.4%, carbon monoxide selectivity 88.4%. Accordingly, the yield of H ₂ was 95.1%, the yield of CO was 85.5%.

Пример 2. Используется катализатор, полученный СВС химического состава 37,9% масс. Ni, 13,9% NiO, 26,9% Al₂O₃, остальное MgO. Катализатор представляет собой пористый диск с внешним диаметром 0,08 м, и высотой 0,025 м. Подается воздух в количестве 26,0 л/мин и углеводородный газ состава: бутаны (н-бутан, и-бутан) 99,57%, остальное азот. Расход углеводородного газа 0,85 л/мин, соотношение воздух/углеводородный газ = 30,6:1 объемные, коэффициент избытка окислителя α=0,99. Приводится в действие запальное устройство. После разогрева каталитического блока до температуры 610°C, изменяются расходы газов, которые составляют для воздуха 57,4 л/мин и для углеводородного газа 6,05 л/мин, соотношение воздух/углеводородный газ = 9,48:1. Соответственно α равно 0,308. Температура входящего после теплообменника воздуха составила 445°C, после смешения в смесителе с углеводородным газом температура потока поступающего на катализатор составила 346°C. Температура начала каталитического блока за счет экзотермической реакции глубокого окисления бутанов до CO₂ и H₂O равна Тн=1103°C, температура середины блока составляет Тс=856°C, температура блока на выходе реакционных газов за счет протекания эндотермических гетерогенно-каталитических реакций углеводородов с CO₂ и H₂O составила Тк=780°C. Конверсия бутанов 97,8%, селективность по водороду 95,2%, селективность по монооксиду углерода 92,8%. Соответственно, выход Н₂ составил 93,1%, выход СО 90,7% от теоретического.Example 2. Used catalyst obtained SHS chemical composition of 37.9% of the mass. Ni, 13.9% NiO, 26.9% Al ₂ O ₃ , the rest is MgO. The catalyst is a porous disk with an external diameter of 0.08 m and a height of 0.025 m. Air is supplied in an amount of 26.0 l / min and a hydrocarbon gas of the composition: butanes (n-butane, i-butane) 99.57%, the rest is nitrogen . The consumption of hydrocarbon gas 0.85 l / min, the ratio of air / hydrocarbon gas = 30.6: 1 volumetric, the coefficient of excess oxidizer α = 0.99. The ignition device is driven. After heating the catalytic unit to a temperature of 610 ° C, the gas flow rate changes, which are 57.4 l / min for air and 6.05 l / min for hydrocarbon gas, the air / hydrocarbon gas ratio = 9.48: 1. Accordingly, α is 0.308. The temperature of the air entering after the heat exchanger was 445 ° C; after mixing in a mixer with hydrocarbon gas, the temperature of the stream entering the catalyst was 346 ° C. The temperature of the beginning of the catalytic block due to the exothermic reaction of the deep oxidation of butanes to CO ₂ and H ₂ O is Tn = 1103 ° C, the temperature of the middle of the block is Tc = 856 ° C, the temperature of the block at the outlet of the reaction gases due to the occurrence of endothermic heterogeneous catalytic hydrocarbon reactions with CO ₂ and H ₂ O was Tk = 780 ° C. The conversion of butanes is 97.8%, the selectivity for hydrogen is 95.2%, the selectivity for carbon monoxide is 92.8%. Accordingly, the yield of H ₂ was 93.1%, the yield of CO was 90.7% of the theoretical.

Пример 3. Используется гранулированный катализатор химического состава 15% масс. Ni, остальное ZrO₂. Размер гранул катализатора 0,01-0,015 м. Катализатор помещен каталитический стакан с внутренним диаметром 0,08 м, высота слоя катализатора 0,03 м. Запуск и работа устройства аналогично примеру 1. Температура входящего после теплообменника воздуха составила 455°C, после смешения в смесителе с углеводородным газом температура потока поступающего на катализатор составила 288°C. Температура начала каталитического слоя за счет экзотермической реакции глубокого окисления углеводородсодержащего газа до CO₂ и Н₂О равна Тн=981°C, температура середины каталитического слоя составляет Тс=799°C, температура катализатора на выходе реакционных газов за счет протекания эндотермических гетерогенно-каталитических реакций углеводородов с СО₂ и H₂O составила Тк=735°C. Конверсия метана после контактирования углеводородов с катализатором составила 98,9%, углеводородов C₂-C₄ - 100%, селективность по водороду 96,2%, селективность по СО - 94,1%. Соответственно, выход Н₂ составил 95,1%, выход СО 93,0% от теоретического.Example 3. Used granular catalyst with a chemical composition of 15% of the mass. Ni, the rest is ZrO ₂ . The granule size of the catalyst is 0.01-0.015 m. The catalyst is placed in a catalytic cup with an inner diameter of 0.08 m, the height of the catalyst layer is 0.03 m. The start-up and operation of the device are similar to example 1. The temperature of the air entering after the heat exchanger was 455 ° C, after mixing in a mixer with hydrocarbon gas, the temperature of the stream entering the catalyst was 288 ° C. The temperature of the onset of the catalytic layer due to the exothermic reaction of deep oxidation of the hydrocarbon-containing gas to CO ₂ and H ₂ O is Tn = 981 ° C, the temperature of the middle of the catalytic layer is Tc = 799 ° C, the temperature of the catalyst at the outlet of the reaction gases due to the flow of endothermic heterogeneous catalytic reactions of hydrocarbons with CO ₂ and H ₂ O was Tk = 735 ° C. The conversion of methane after contacting hydrocarbons with a catalyst was 98.9%, C ₂ -C ₄ hydrocarbons - 100%, hydrogen selectivity 96.2%, CO selectivity 94.1%. Accordingly, the yield of H ₂ was 95.1%, the yield of CO was 93.0% of theoretical.

Пример 4. Используется гранулированный катализатор химического состава 10% масс. Ni, остальное MgO. Размер гранул катализатора 0,008-0,01 м. Катализатор помещен каталитический стакан с внутренним диаметром 0,08 м, высота слоя катализатора 0,035 м. Подается воздух в количестве 30,0 л/мин и углеводородный газ состава: метан 78,9% об, этан 2,1% пропан 15,2%, бутаны 3,5%. Расход углеводородного газа 2,2 л/мин, соотношение воздух/углеводородный газ = 13,6:1 объемные, коэффициент избытка окислителя α=1,1. Приводится в действие запальное устройство. После разогрева катализатора до температуры 615°C, изменяются расходы газов, которые составляют для воздуха 37,2 л/мин и для углеводородного газа 10,94 л/мин, при соотношении воздух/углеводородный газ = 3,4:1. Соответственно, коэффициент избытка окислителя α составляет 0,27. После прогрева генератора и стабилизации температур. Температура входящего после теплообменника воздуха составила 348°C, после смешения в смесителе с углеводородным газом температура потока поступающего на катализатор составила 230°C. Температура начала каталитического слоя за счет экзотермической реакции глубокого окисления углеводородсодержащего газа до CO₂ и H₂O равна Тн=1053°C, температура середины каталитического слоя составляет Тс=820°C, температура катализатора на выходе реакционных газов за счет протекания эндотермических гетерогенно-каталитических реакций углеводородов с CO₂ и H₂O составила Тк=750°C. Конверсия метана после контактирования углеводородного газа с катализатором составила 94,7%, углеводородов С₂-С₄ - 100%, селективность по водороду 97,1%, селективность по монооксиду углерода 96,4%. Соответственно, выход Н₂ составил 95,4%, выход СО 94,6%.Example 4. Used granular catalyst with a chemical composition of 10% of the mass. Ni, the rest is MgO. The granule size of the catalyst is 0.008-0.01 m. The catalyst is placed in a catalytic cup with an inner diameter of 0.08 m, the height of the catalyst layer is 0.035 m. Air is supplied in an amount of 30.0 l / min and hydrocarbon gas composition: methane 78.9% vol. ethane 2.1% propane 15.2%, butanes 3.5%. The consumption of hydrocarbon gas 2.2 l / min, the ratio of air / hydrocarbon gas = 13.6: 1 volumetric, the coefficient of excess oxidizer α = 1.1. The ignition device is driven. After heating the catalyst to a temperature of 615 ° C, the gas flow rates are changed, which are 37.2 l / min for air and 10.94 l / min for hydrocarbon gas, with an air / hydrocarbon gas ratio of 3.4: 1. Accordingly, the coefficient of excess oxidizer α is 0.27. After warming up the generator and stabilizing the temperatures. The temperature of the air entering after the heat exchanger was 348 ° C, after mixing in a mixer with hydrocarbon gas, the temperature of the stream entering the catalyst was 230 ° C. The temperature of the onset of the catalytic layer due to the exothermic reaction of deep oxidation of the hydrocarbon-containing gas to CO ₂ and H ₂ O is Tn = 1053 ° C, the temperature of the middle of the catalytic layer is Tc = 820 ° C, the temperature of the catalyst at the outlet of the reaction gases due to the flow of endothermic heterogeneous catalytic reactions of hydrocarbons with CO ₂ and H ₂ O was Tk = 750 ° C. The conversion of methane after contacting the hydrocarbon gas with the catalyst was 94.7%, C ₂ -C ₄ hydrocarbons - 100%, hydrogen selectivity 97.1%, carbon monoxide selectivity 96.4%. Accordingly, the yield of H ₂ was 95.4%, the yield of CO was 94.6%.

Пример 5. Используется гранулированный катализатор химического состава 0,5% масс. Pt и 5% Ni, 10% ZrO₂, остальное Al₂O₃. Размер гранул катализатора 0,005-0,008 м. Катализатор помещен каталитический стакан с внутренним диаметром 0,08 м, высота слоя катализатора 0,03 м. Подается воздух в количестве 30,0 л/мин и углеводородный газ состава: метан 95,0% об, этан 2,1% пропан 1,2%, бутаны 0,3%, CO₂ 0,4%, остальное азот. Расход углеводородного газа 3,07 л/мин, соотношение воздух/углеводородный газ = 9,77:1 объемные. Коэффициент избытка окислителя α=1,0. Приводится в действие запальное устройство. После разогрева катализатора до температуры 550°C, изменяются расходы газов, которые составляют для воздуха 25,4 л/мин и для углеводородного газа 10,3 л/мин, соотношение воздух/углеводородный газ = 2,475:1. Соответственно генерация синтез-газа осуществляется при коэффициенте избытка окислителя α=0,253. После прогрева генератора и стабилизации температур. Температура входящего после теплообменника воздуха составила 394°C, после смешения в смесителе с углеводородным газом температура потока поступающего на катализатор составила 263°C. Температура начала каталитического слоя за счет экзотермической реакции глубокого окисления углеводород содержащего газа до СО₂ и H₂O равна Тн=1074°C, температура середины каталитического слоя составляет Тс=792°C, температура катализатора на выходе реакционных газов за счет протекания эндотермических гетерогенно-каталитических реакций углеводородов с CO₂ и H₂O составила Тк=743°C. Конверсия метана после контактирования углеводородов с катализатором составила 98,2%, углеводородов C₂-C₄ - 100%, селективность по водороду 94,1%, селективность по монооксиду углерода 95,1%. Соответственно, выход водорода составил 92,4%, выход монооксида углерода 93,3%.Example 5. Used granular catalyst with a chemical composition of 0.5% of the mass. Pt and 5% Ni, 10% ZrO ₂ , the rest is Al ₂ O ₃ . The granule size of the catalyst is 0.005-0.008 m. The catalyst is placed in a catalytic cup with an inner diameter of 0.08 m, the height of the catalyst layer is 0.03 m. Air is supplied in an amount of 30.0 l / min and hydrocarbon gas composition: methane 95.0% vol. ethane 2.1% propane 1.2%, butanes 0.3%, CO ₂ 0.4%, the rest is nitrogen. The consumption of hydrocarbon gas 3.07 l / min, the ratio of air / hydrocarbon gas = 9.77: 1 volume. The coefficient of excess oxidizer α = 1.0. The ignition device is driven. After heating the catalyst to a temperature of 550 ° C, the gas flow rate changes, which are 25.4 l / min for air and 10.3 l / min for hydrocarbon gas, air / hydrocarbon gas ratio = 2.475: 1. Accordingly, the synthesis gas is generated at an oxidizer excess coefficient of α = 0.253. After warming up the generator and stabilizing the temperatures. The temperature of the air entering after the heat exchanger was 394 ° C; after mixing in a mixer with hydrocarbon gas, the temperature of the stream entering the catalyst was 263 ° C. The temperature of the onset of the catalytic layer due to the exothermic reaction of deep oxidation of the hydrocarbon containing gas to CO ₂ and H ₂ O is Tn = 1074 ° C, the temperature of the middle of the catalytic layer is Tc = 792 ° C, the temperature of the catalyst at the outlet of the reaction gases due to the flow of endothermic heterogeneously The catalytic reactions of hydrocarbons with CO ₂ and H ₂ O amounted to Tk = 743 ° C. The conversion of methane after contacting hydrocarbons with a catalyst was 98.2%, C ₂ -C ₄ hydrocarbons - 100%, hydrogen selectivity 94.1%, carbon monoxide selectivity 95.1%. Accordingly, the yield of hydrogen was 92.4%, the yield of carbon monoxide was 93.3%.

Пример 6. Используется гранулированный катализатор химического состава 0,6% масс. Pt, остальное Al₂O₃. Размер гранул катализатора 0,0015-0,0025 м. Высота слоя катализатора 0,02 м. Подается воздух в количестве 30,0 л/мин и углеводородный газ состава метан 99,9% об, остальное азот, расход углеводородного газа 3,0 л/мин, соотношение воздух/углеводородный газ = 10:1, при коэффициенте избытка окислителя α=1,1. Приводится в действие запальное устройство. После разогрева катализатора до температуры 550°C, изменяются расходы газов, которые составляют для воздуха 61,0 л/мин и для углеводородного газа 25,6 л/мин, соотношение воздух/углеводородный газ = 2,38:1. Коэффициент избытка окислителя α в режиме генерации синтез-газа равен 0,251. Температура входящего после теплообменника воздуха составила 390°C, после смешения в смесителе с углеводородным газом температура потока поступающего на катализатор составила 255°C. Температура начала каталитического слоя за счет экзотермической реакции глубокого окисления метана до СО₂ и H₂O равна Тн=1080°C, температура середины каталитического слоя составляет Тс=823°C, температура катализатора на выходе реакционных газов за счет протекания эндотермических гетерогенно-каталитических реакций метана с СО₂ и H₂O составила Тк=771°C. Конверсия метана после контактирования с катализатором составила 98,8%, селективность по водороду 92,2%, селективность по монооксиду углерода 94,2%. Соответственно, выход H₂ составил 91,1%, выход СО 93,1%.Example 6. Used granular catalyst with a chemical composition of 0.6% of the mass. Pt, the rest is Al ₂ O ₃ . The granule size of the catalyst is 0.0015-0.0025 m. The height of the catalyst layer is 0.02 m. Air is supplied in an amount of 30.0 l / min and a hydrocarbon gas of methane 99.9% vol, the rest is nitrogen, the flow of hydrocarbon gas is 3.0 l / min, the ratio of air / hydrocarbon gas = 10: 1, with the coefficient of excess oxidizer α = 1.1. The ignition device is driven. After heating the catalyst to a temperature of 550 ° C, the gas flow rates are changed, which are 61.0 l / min for air and 25.6 l / min for hydrocarbon gas, the air / hydrocarbon gas ratio = 2.38: 1. The oxidizer excess coefficient α in the synthesis gas generation mode is 0.251. The temperature of the air entering after the heat exchanger was 390 ° C, after mixing in a mixer with hydrocarbon gas, the temperature of the stream entering the catalyst was 255 ° C. The temperature of the onset of the catalytic layer due to the exothermic reaction of deep oxidation of methane to CO ₂ and H ₂ O is Tn = 1080 ° C, the temperature of the middle of the catalytic layer is Tc = 823 ° C, the temperature of the catalyst at the outlet of the reaction gases due to the occurrence of endothermic heterogeneous catalytic reactions methane with CO ₂ and H ₂ O was Tk = 771 ° C. The conversion of methane after contacting with the catalyst was 98.8%, the selectivity for hydrogen was 92.2%, the selectivity for carbon monoxide was 94.2%. Accordingly, the yield of H ₂ was 91.1%, the yield of CO was 93.1%.

Пример 7. Используется гранулированный катализатор химического состава 1,5% масс. Rh, 10% ZrO₂, остальное Al₂O₃. Размер гранул катализатора 0,005-0,008 м. Высота слоя катализатора 0,03 м. Подается воздух в количестве 25,65 л/мин и углеводородный газ состава метан 99,9% об, остальное азот, расход углеводородного газа 3,0 л/мин, соотношение воздух/углеводородный газ = 8,55:1 объемные, при α=0,9. Приводится в действие запальное устройство. После разогрева катализатора до температуры 560°C, изменяются расходы газов, которые составляют для воздуха 60 л/мин и для углеводородного газа 25,2 л/мин, при соотношении воздух/углеводородный газ = 2,38:1. Соответственно, коэффициент избытка окислителя α в режиме генерации синтез-газа составляет 0,25. Температура входящего после теплообменника воздуха составила 388°C, после смешения в смесителе с углеводородным газом температура потока поступающего на катализатор составила 249°C. Температура начала каталитического слоя за счет экзотермической реакции глубокого окисления метана до CO₂ и H₂O равна Тн=1106°C, температура середины каталитического слоя составляет Тс=855°C, температура катализатора на выходе реакционных газов за счет протекания эндотермических гетерогенно-каталитических реакций метана с CO₂ и H₂O составила Тк=758°C. Конверсия метана после контактирования с катализатором составила 99,2%, селективность по водороду 96,1%, селективность по монооксиду углерода 93,0%. Выход составил: для водорода - 95,3%, для монооксида углерода - 92,2%.Example 7. Used granular catalyst with a chemical composition of 1.5% of the mass. Rh, 10% ZrO ₂ , the rest is Al ₂ O ₃ . The granule size of the catalyst is 0.005-0.008 m. The height of the catalyst layer is 0.03 m. Air is supplied in an amount of 25.65 l / min and a hydrocarbon gas of methane composition of 99.9% vol, the rest is nitrogen, the flow rate of hydrocarbon gas is 3.0 l / min, the ratio of air / hydrocarbon gas = 8.55: 1 volumetric, with α = 0.9. The ignition device is driven. After heating the catalyst to a temperature of 560 ° C, the gas flow rates are changed, which are 60 l / min for air and 25.2 l / min for hydrocarbon gas, with an air / hydrocarbon gas ratio = 2.38: 1. Accordingly, the oxidizer excess coefficient α in the synthesis gas generation mode is 0.25. The temperature of the air entering after the heat exchanger was 388 ° C; after mixing in a mixer with hydrocarbon gas, the temperature of the stream entering the catalyst was 249 ° C. The temperature of the onset of the catalytic layer due to the exothermic reaction of deep oxidation of methane to CO ₂ and H ₂ O is Tn = 1106 ° C, the temperature of the middle of the catalytic layer is Tc = 855 ° C, the temperature of the catalyst at the outlet of the reaction gases due to endothermic heterogeneous catalytic reactions methane with CO ₂ and H ₂ O was Tk = 758 ° C. The methane conversion after contacting with the catalyst was 99.2%, the hydrogen selectivity was 96.1%, and the carbon monoxide selectivity was 93.0%. The yield was: for hydrogen - 95.3%, for carbon monoxide - 92.2%.

Пример 8. Используется гранулированный катализатор химического состава 20% масс. Со, 5% Ni, 10% MgO, 15% ZrO₂, остальное Al₂O₃. Размер гранул катализатора 0,001-0,002 м. Катализатор помещен каталитический стакан с внутренним диаметром 0,09 м, высота слоя катализатора 0,05 м. Подается воздух в количестве 29,7 л/мин и углеводородный газ состава: пропан 98,0% об, остальное азот. Расход углеводородного газа 1,5 л/мин, соотношение воздух/углеводородный газ = 19,8:1 объемные, при коэффициенте избытка окислителя α=0,85. Приводится в действие запальное устройство. При температуре катализатора 580°C, изменяются расходы газов, которые составляют для воздуха 28,0 л/мин и для углеводородного газа 4,0 л/мин, соотношение воздух/углеводородный газ = 7:1. Коэффициент избытка окислителя в режиме генерации синтез-газа α равен 0,301. После прогрева генератора и стабилизации температур. Температура входящего после теплообменника воздуха составила 450°C, после смешения в смесителе с углеводородным газом температура потока поступающего на катализатор составила 315°C. Температура начала каталитического слоя за счет экзотермической реакции глубокого окисления пропана до CO₂ и H₂O равна Тн=1065°C, температура середины каталитического слоя составляет Тс=790°C, температура катализатора на выходе реакционных газов за счет протекания эндотермических гетерогенно-каталитических реакций углеводорода с CO₂ и H₂O составила Тк=765°C. Конверсия пропана после контактирования с катализатором составила 99,2%, селективность по водороду 89,1%, селективность по монооксиду углерода 89,4%. Выход составил: для Н₂ - 88,4%, для СО 88,7%.Example 8. Used granular catalyst with a chemical composition of 20% of the mass. Co, 5% Ni, 10% MgO, 15% ZrO ₂ , the rest is Al ₂ O ₃ . The granule size of the catalyst is 0.001-0.002 m. The catalyst is placed in a catalytic cup with an inner diameter of 0.09 m, the height of the catalyst layer is 0.05 m. Air is supplied in an amount of 29.7 l / min and hydrocarbon gas composition: propane 98.0% vol. the rest is nitrogen. The consumption of hydrocarbon gas is 1.5 l / min, the air / hydrocarbon gas ratio = 19.8: 1 volumetric, with an oxidizer excess ratio of α = 0.85. The ignition device is driven. At a catalyst temperature of 580 ° C, the gas flow rates are changed, which are 28.0 l / min for air and 4.0 l / min for hydrocarbon gas, the air / hydrocarbon gas ratio = 7: 1. The excess coefficient of the oxidizing agent in the synthesis gas generation mode α is 0.301. After warming up the generator and stabilizing the temperatures. The temperature of the air entering after the heat exchanger was 450 ° C, after mixing in a mixer with hydrocarbon gas, the temperature of the stream entering the catalyst was 315 ° C. The temperature of the onset of the catalytic layer due to the exothermic reaction of deep oxidation of propane to CO ₂ and H ₂ O is Tn = 1065 ° C, the temperature of the middle of the catalytic layer is Tc = 790 ° C, the temperature of the catalyst at the outlet of the reaction gases due to endothermic heterogeneous catalytic reactions hydrocarbon with CO ₂ and H ₂ O was Tk = 765 ° C. The propane conversion after contacting with the catalyst was 99.2%, the selectivity for hydrogen 89.1%, the selectivity for carbon monoxide 89.4%. The yield was: for H ₂ - 88.4%, for CO 88.7%.

Пример 9. Используется гранулированный катализатор химического состава 25% масс. Ni, остальное MgAl₂O₄. Размер гранул катализатора 0,01-0,02 м. Катализатор помещен каталитический стакан с внутренним диаметром 0,09 м, высота слоя катализатора 0,05 м. Подается воздух в количестве 30,0 л/мин и углеводородный газ состава: метан 72,0% об, этан 27,4%, остальное азот и CO₂. Расход углеводородного газа 3,75 л/мин, соотношение воздух/углеводородный газ = 8,0:1 объемные, при коэффициенте избытка окислителя α=0,7. Приводится в действие запальное устройство. По достижении температуры катализатора 590°C, изменяются расходы газов, которые составляют для воздуха 44,2 л/мин и для углеводородного газа 14,6 л/мин, при соотношении воздух/углеводородный газ = 3,0:1. Генерация синтез-газа осуществляется при коэффициенте избытка окислителя α=0,265. После прогрева генератора и стабилизации температур. Температура входящего после теплообменника воздуха составила 394°C, после смешения в смесителе с углеводородным газом температура потока поступающего на катализатор составила 260°C. Температура начала каталитического слоя за счет экзотермической реакции глубокого окисления углеводородсодержащего газа до CO₂ и H₂O равна Тн=1035°C, температура середины каталитического слоя составляет Тс=772°C, температура катализатора на выходе реакционных газов за счет протекания эндотермических гетерогенно-каталитических реакций углеводородов с CO₂ и Н₂О составила Тк=720°C. Конверсия метана составила 89,8%, этана - 100%, селективность по Н₂ - 96,1%, селективность по СО - 97,6%. Соответственно, выход H₂ составил 94,3%, выход СО 96,6%.Example 9. Used granular catalyst with a chemical composition of 25% of the mass. Ni, the rest is MgAl ₂ O ₄ . The granule size of the catalyst is 0.01-0.02 m. The catalyst is placed in a catalytic cup with an inner diameter of 0.09 m, the height of the catalyst layer is 0.05 m. Air is supplied in an amount of 30.0 l / min and hydrocarbon gas composition: methane 72, 0% vol, ethane 27.4%, the rest is nitrogen and CO ₂ . The consumption of hydrocarbon gas 3.75 l / min, the ratio of air / hydrocarbon gas = 8.0: 1 volumetric, with the coefficient of excess oxidizer α = 0.7. The ignition device is driven. Upon reaching a catalyst temperature of 590 ° C, the gas flow rates are changed, which are 44.2 l / min for air and 14.6 l / min for hydrocarbon gas, with an air / hydrocarbon gas ratio = 3.0: 1. The synthesis gas is generated at an oxidizer excess coefficient of α = 0.265. After warming up the generator and stabilizing the temperatures. The temperature of the air entering after the heat exchanger was 394 ° C; after mixing in a mixer with hydrocarbon gas, the temperature of the stream entering the catalyst was 260 ° C. The temperature of the onset of the catalytic layer due to the exothermic reaction of deep oxidation of the hydrocarbon-containing gas to CO ₂ and H ₂ O is Tn = 1035 ° C, the temperature of the middle of the catalytic layer is Tc = 772 ° C, the temperature of the catalyst at the outlet of the reaction gases due to the flow of endothermic heterogeneous catalytic reactions of hydrocarbons with CO ₂ and H ₂ O was Tk = 720 ° C. The methane conversion was 89.8%, ethane - 100%, the selectivity for H ₂ - 96.1%, the selectivity for CO - 97.6%. Accordingly, the yield of H ₂ was 94.3%, the yield of CO was 96.6%.

Пример 10. Используется монолитный катализатор, полученный СВС синтезом, который представляет собой пористый диск с внешним диаметром 0,08 м, и высотой 0,02 м, содержание Ni 59% масс, 10% ZrO₂, остальное Al₂O₃, помещенный в каталитический стакан внутренним диаметром 0,08 м. Над блоком засыпается гранулированный катализатор химического состава 20,2% масс. Ni, остальное MgAl₂O₄. Размер гранул катализатора 0,01-0,02 м, высота слоя катализатора 0,03 м. Суммарная высота слоя катализатора блочного и гранулированного 0,05 метра. Подается воздух в количестве 30,0 л/мин и углеводородный газ состава: метан 1,5% об, этан 8,1% пропан 72,2%, бутаны 18,0%, остальное азот и CO₂. Расход углеводородного газа 1,65 л/мин, соотношение воздух/углеводородный газ = 18,2:1 объемные, при коэффициенте избытка окислителя α=7,5. Приводится в действие запальное устройство. При температуре катализатора равной 620°C, изменяются расходы газов, которые составляют для воздуха 31,0 л/мин и для углеводородного газа 4,25 л/мин, соотношение воздух/углеводородный газ = 7,3:1. Генерация синтез-газа проводится при коэффициенте избытка окислителя α=0,301. После прогрева генератора и стабилизации температур. Температура входящего после теплообменника воздуха составила 381°C, после смешения в смесителе с углеводородным газом температура потока поступающего на катализатор составила 267°C. Температура начала каталитического слоя Тн=1077°C, температура середины каталитического слоя составляет Тс=795°C, температура катализатора на выходе реакционных газов составила Тк=746°C. Конверсия метана - 95,0%, углеводородов C₂-C₄ - 100%, селективность по водороду 95,7%, селективность по монооксиду углерода 96,2%. Выход Н₂ составил 95,5%, выход СО составил 96,0%.Example 10. A monolithic catalyst obtained by SHS synthesis is used, which is a porous disk with an external diameter of 0.08 m and a height of 0.02 m, Ni content 59% by mass, 10% ZrO ₂ , the rest Al ₂ O ₃ , placed in a catalytic beaker with an inner diameter of 0.08 m. A granular catalyst with a chemical composition of 20.2% of the mass is poured over the block. Ni, the rest is MgAl ₂ O ₄ . The size of the catalyst granules is 0.01-0.02 m, the height of the catalyst layer is 0.03 m. The total height of the catalyst layer is block and granular 0.05 meters. Air is supplied in an amount of 30.0 l / min and a hydrocarbon gas of the composition: methane 1.5% vol., Ethane 8.1% propane 72.2%, butanes 18.0%, the rest is nitrogen and CO ₂ . The consumption of hydrocarbon gas 1.65 l / min, the ratio of air / hydrocarbon gas = 18.2: 1 volumetric, with the coefficient of excess oxidizer α = 7.5. The ignition device is driven. At a catalyst temperature of 620 ° C, the gas flow rates change, which are 31.0 l / min for air and 4.25 l / min for hydrocarbon gas, the air / hydrocarbon gas ratio = 7.3: 1. Generation of synthesis gas is carried out at an oxidizer excess coefficient of α = 0.301. After warming up the generator and stabilizing the temperatures. The temperature of the air entering after the heat exchanger was 381 ° C, after mixing in a mixer with hydrocarbon gas, the temperature of the stream entering the catalyst was 267 ° C. The temperature of the beginning of the catalytic layer Tn = 1077 ° C, the temperature of the middle of the catalytic layer is Tc = 795 ° C, the temperature of the catalyst at the outlet of the reaction gases was Tk = 746 ° C. The methane conversion is 95.0%, C ₂ -C ₄ hydrocarbons is 100%, the hydrogen selectivity is 95.7%, the carbon monoxide selectivity is 96.2%. The yield of H ₂ was 95.5%, the yield of CO was 96.0%.

Claims

A catalytic synthesis gas generator containing a mixer, a start-up system, a heat exchanger and a catalyst placed in a catalytic beaker, while a mixture of air and hydrocarbon gas is supplied to the catalyst at a temperature below the auto-ignition temperature of hydrocarbons, and partial heterogeneous combustion of hydrocarbon gas occurs in the initial section of the layer catalyst followed by synthesis gas generation by catalytic interaction of hydrocarbon combustion products - СО ₂ and Н ₂ О with unoxidized at the initial a portion of the catalyst with hydrocarbon gas, characterized in that the outer diameter of the metal catalytic cup is smaller than the inner diameter of the metal housing of the generator and the gap between the outer surface of the metal catalytic cup and the inner surface of the metal housing of the generator is filled with heat-insulating material to reduce heat loss through the wall and reduce the heat load on the carrier generator wall.