RU203163U1 - Устройство для окислительной конверсии метана с получением водородсодержащего газа - Google Patents
Устройство для окислительной конверсии метана с получением водородсодержащего газа Download PDFInfo
- Publication number
- RU203163U1 RU203163U1 RU2020139746U RU2020139746U RU203163U1 RU 203163 U1 RU203163 U1 RU 203163U1 RU 2020139746 U RU2020139746 U RU 2020139746U RU 2020139746 U RU2020139746 U RU 2020139746U RU 203163 U1 RU203163 U1 RU 203163U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- catalyst
- reactor
- oxidative
- separator
- methane
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
- C01B3/42—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts using moving solid particles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
- C01B3/42—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts using moving solid particles
- C01B3/44—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts using moving solid particles using the fluidised bed technique
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/584—Recycling of catalysts
Abstract
Полезная модель относится к аппаратам химической и нефтехимической промышленности, предназначена для окислительной конверсии метана с получением водородсодержащего газа в каталитической системе с раздельной подачей сырья и окислителя и может быть использована в процессах с циркулирующим потоком мелкодисперсного катализатора, таких как каталитический крекинг, дегидрирование, окислительная конверсия этана и т.д.Устройство для окислительной конверсии метана включает реактор окислительной конверсии метана, сепаратор реактора окислительной конверсии метана, узел подачи сырья, узел вывода продукта, реактор окислительной регенерации катализатора, сепаратор реактора окислительной регенерации катализатора и линию циркуляции катализатора между реактором окислительной конверсии метана и реактором окислительной регенерации катализатора и дополнительно узлы ввода транспортного азота, узел вывода технического азота. Реактор окислительной регенерации катализатора снабжен соосным ему отградуированным штоком с направляющими пластинами, угол между которыми в горизонтальной плоскости составляет 120°, соединенным с электродвигателем, обеспечивающим регулировку кратности циркуляции катализатора путем перемещения отградуированного штока в вертикальном направлении на заданное число делений. Шток выполнен полым для поддержания псевдоожижения катализатора путем подачи азота в линию циркуляции катализатора и расположен частично внутри указанного реактора, а частично внутри указанной линии циркуляции.Причем узел вывода продукта реакции представляет собой трубку, один конец которой входит в сепаратор реактора окислительной конверсии метана и срезан параллельно верхней крышки сепаратора реактора окислительной конверсии метана так, что расстояние между трубкой и крышкой сепаратора равно двум максимальным диаметрам частиц используемого катализатора, а другой конец которой соединен с системой сбора продукта. А узел вывода технического азота представляет собой трубку, один конец которой входит в сепаратор реактора окислительной регенерации катализатора срезан параллельно верхней крышки сепаратора реактора окислительной регенерации катализатора так, что расстояние между трубкой и крышкой сепаратора равно двум максимальным диаметрам частиц используемого катализатора, а другой конец которой соединен с системой сбора технического азота.Технический результат: обеспечение простого способа разделения циркулирующего потока, состоящего их твердых частиц катализатора и газа, с минимальным уносом частиц катализатора и без использования циклонного оборудования на установках с циркулирующим потоком мелкодисперсного катализатора. 2 з.п. ф-лы, 3 фиг., 5 пр.
Description
Полезная модель относится к аппаратам химической и нефтехимической промышленности и предназначена для окислительной конверсии метана с получением водородсодержащего газа в каталитической системе с раздельной подачей сырья и окислителя и может быть использована в процессах с циркулирующим потоком мелкодисперсного катализатора, таких как каталитический крекинг, дегидрирование, окислительная конверсия этана и т.д.
Водород практически не встречается в природе в чистой форме. Водород получают из других соединений с помощью различных химических методов. В настоящее время водород в промышленности получают из органического сырья, а также электролизом или другими методами разложения воды. Высокий спрос производства водорода объясняется развитием крупных областей его потребления, в частности производства аммиака, карбамида, метилового спирта, изготовления соляной и метиловой кислот, а также широким применением в процессах нефтепереработки, в частности в гидрокрекинге и гидроочистке нефтепродуктов от сернистых загрязнений.
Большое внимание уделяется разработке процессов и установок с получением водородсодержащего газа, который используется в высокотемпературных твердооксидных топливных элементах, представляющие собой устройства для превращения энергии топлива в электрическую энергию без вовлечения процесса его сжигания, или для выделения из него чистого водорода для нужд водородной энергетики [Радченко Р.В., Мокрушин А.С., Тюльпа В.В. Водород в энергетике. Екатеринбург, Урал, ун-та, 2014].
Одним из предпочтительных процессов получения водородсодержащего газа является окислительная конверсия метана, в частности парциальное каталитическое окисление (ПКО) или парциальное окисление природного газа кислородом воздуха. С помощью данного процесса реализуется получение синтез-газа.
Применение окислителя при конверсии низших алканов имеет ряд преимуществ: повышение выхода продукта, снижение температуры осуществления реакции в связи с ее экзотермичностью, увеличение времени полезной работы катализатора из-за возможного выгорания кокса в процессе реакции.
Однако процесс вызывает и ряд технологических проблем:
- высокая энергоемкость и капиталоемкость процесса: при реализации окислительной конверсии метана с использованием кислорода в качестве окислителя требуются дополнительные капитальные затраты на выделение кислорода из воздуха и организацию взрывобезопасного производства, а при использовании воздуха в качестве окислителя в состав продуктов реакции входит балластный азот, который требует дополнительных затрат для его выделения;
- взрывоопасность смеси метан-кислород;
- разделение газового потока с твердыми частицами катализатора на пилотных установках, исследования на которых являются неотъемлемым этапом разработки эффективной технологии.
В связи с этим, наиболее целесообразной является технология окислительной конверсии метана с раздельной подачей сырья и окислителя, которая обеспечивает взрывобезопасность процесса, как описано в способе для процесса окислительной конверсии этана в этилен, осуществленного с раздельной подачи сырья и окислителя (см., патент РФ №2612305 С1, кл. МПК С07С 5/48, С07С 11/04, B01J 23/22, B01J 23/28, B01J 27/057, B01J 23/20, B01J 23/26, B01J 23/755, опубл. 06.03.2017). По данному изобретению происходит практически полное превращение кислорода воздуха, после чего отработанный воздух выводят как технический азот, который в дальнейшем можно возвращать в цикл или использовать как дополнительный товарный продукт наряду с этиленом. Это обеспечило взрыво- и пожаробезопасность конверсии этана и повысило селективность по этилену, обеспечив стабильность процесса и максимально полную утилизацию воздуха, используемого как окислитель. Стабильность процесса обеспечило использование системы реактор-регенератор с применением микросферического катализатора, аналогично технологии каталитического крекинга вакуумного газойля, которая широко используется в мире на нефтеперерабатывающих заводах [Капустин В.М. Химия и технология переработки нефти / М., Химия, 2013].
Для разделения циркулирующего потока мелкодисперсного катализатора от продуктов реакции или газа из регенератора, в частности на установках с псевдоожиженным катализатором, применяют циклоны. Циклоны и подобные аппараты предназначены для очистки газа от взвешенных твердых частиц катализатора и работают на инерционном и гравитационном принципах очистки, которые реализуются за счет того, что смешенный поток газа и катализатора тангенциально входят со скоростью 15-25 м/с в верхнюю часть циклона, в которой твердые частицы катализатора направляются вниз вдоль внутренних стенок в отверстие конической части циклона, а очищенный от твердых частиц газ выходит наверх через осевой шток циклона [Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтепереработки / М.: Химия, 1980]. Разделение происходит при постоянной скорости подачи разделяемого потока и с высоким гидравлическим сопротивлением 1250-1500 Па.
Известно устройство реактора окислительной регенерации катализатора (см., патент РФ №2271247 С2, кл. МПК B01J 8/26, опубл. 10.03.2006), в котором циркулирующий отработанный катализатор подается в регенератор в псевдоожиженный слой разного разряжения в зависимости от объемного отношения газа-окислителя и транспортного газа от 1:40 до 1:5 и более предпочтительно от 1:20 до 1:5. Для разделения катализатора от газа регенерации в устройстве применяются два циклона.
Недостатком использования циклонов для разделения твердых частиц мелкодисперсных катализаторов от газов является их неприменимость для установок, предназначенных для исследования каталитических свойств мелкодисперсных катализаторов на пилотных установках с учетом создания в них высокого гидравлического сопротивления 1250-1500 Па. На пилотных установках с расходом разделяемого потока в сепараторах 200-800 л/ч необходимо использовать циклон с минимальной тангенциальной скоростью потока 15 м/с с площадью сечения входного отверстия для разделяемого потока 3,7-18,1 мм2. Реализовать подобный циклон с необходимыми характеристиками для пилотных установок представляется технологически сложной задачей, поэтому актуальны разработки новых методов разделения потоков, содержащих твердые частицы катализатора и газ.
Задача устройства заключается в разработке простого способа разделения потока, состоящего их твердых частиц катализатора и газа, представляющего собой продукты реакции и газ регенерации, из сепараторов с минимальным уносом частиц катализатора и без использования циклонного оборудования на установках с циркулирующим потоком мелкодисперсного катализатора.
Поставленная задача решается за счет определенной конструкции сепараторов и узлов вывода продукта и газа регенерации (технического азота). Известно, что концентрация взвешенных твердых частиц в газовом потоке с катализатором снижается при приближении к верхней части сепаратора (крышке). Поэтому узлы вывода продукта и технического азота необходимо размещать ближе к крышке сепаратора и во избежание загрязнения узлов вывода расстояние равно двум максимальным диаметрам частиц используемого катализатора.
Устройство окислительной конверсии метана предпочтительно реализовывать на основе устройства окислительной конверсии этана в этилен (см., патент РФ №2650623 С1, кл. МПК G01F 1/68, G01F 1/86, G01F 1/74, С07С 5/48, опубл. 16.04.2018).
Поставленная задача решается тем, что устройство для окислительной конверсии метана, включающее реактор окислительной конверсии метана, сепаратор реактора окислительной конверсии метана, узел подачи сырья, узел вывода продукта - водородсодержащего газа, причем узел вывода продуктов реакции представляет собой трубку, один конец которой входит в сепаратор реактора окислительной конверсии метана и срезан параллельно верхней крышки сепаратора реактора окислительной конверсии метана так, что расстояние между трубкой и крышкой сепаратора равно двум максимальным диаметрам частиц используемого катализатора, а другой конец которой соединен с системой сбора продукта, реактор окислительной регенерации катализатора, сепаратор реактора окислительной регенерации катализатора и линию циркуляции катализатора между реактором окислительной конверсии метана и реактором окислительной регенерации катализатора, содержит узлы ввода транспортного азота, линию рецикла части технического азота в узел ввода транспортного азота и узел вывода технического азота, причем узел вывода технического азота представляет собой трубку, один конец которой входит в сепаратор реактора окислительной регенерации катализатора срезан параллельно верхней крышки сепаратора реактора окислительной регенерации катализатора так, что расстояние между трубкой и крышкой сепаратора равно двум максимальным диаметрам частиц используемого катализатора, а другой конец которой соединен с системой сбора технического азота. Реактор окислительной регенерации катализатора снабжен соосным ему отградуированным штоком с направляющими пластинами, угол между которыми в горизонтальной плоскости составляет 120°, соединенным с электродвигателем, обеспечивающим регулировку кратности циркуляции катализатора путем перемещения отградуированного штока в вертикальном направлении на заданное число делений, причем указанный шток выполнен полым для поддержания псевдоожижения катализатора путем подачи азота в линию циркуляции катализатора и расположен частично внутри указанного реактора, а частично внутри указанной линии циркуляции.
В устройстве реализуется пространственное разделение потоков сырья и окислителя с переносом кислорода от потока окислителя к потоку сырья с помощью катализатора. Такой прием обеспечивает технологическое преимущество предлагаемой разработки за счет непрерывности протекания соответствующих реакций в каждом отдельном аппарате, простоты управления и гибкости процесса, исключает попадание балластного азота в продукты реакции.
В устройстве реализуется разделение циркулирующего потока на катализатор и продукт реакции или газ регенерации в сепараторах соответствующих реакторов окислительной конверсии метана и окислительной регенерации катализатора без использования циклонного оборудования.
Принцип работы устройства заключается в том, что потоки сырья и окислитель подают в два отдельных реактора, между которыми непрерывно циркулирует катализатор. Катализатор, функционирующий как переносчик кислорода, контактирует с потоком метана в реакторе окислительной конверсии метана и одновременно насыщается кислородом в реакторе окислительной регенерации катализатора. Эквимольное количество кислорода, которое может быть захвачено катализатором, предварительно определяют известным методом, например, методом термопрограммированного восстановления (ТПВ) [Парциальное окисление низших алканов активным решеточным кислородом оксидно-металлических систем: 1. Экспериментальные методы и установки. И.М. Герзелиев, Н.Я. Усачев, А.Ю. Попов, С.Н. Хаджиев // Нефтехимия, 2011, том 51, №6, с. 420-426]. Таким образом, обеспечивается минимальная концентрация кислорода (менее 1%) в «отработанном» воздухе, что позволяет отнести его к категории «технический азот» по ГОСТ-9293-74. Полученный технический азот частью возвращают в систему в качестве транспортного азота.
Разделение циркулирующего микросферического катализатора от продукта в сепараторе реактора окислительной конверсии метана без использования циклонного оборудования осуществляется за счет определенной конструкции сепаратора и узла вывода продукта. Узел вывода продукта реакции представляет собой трубку, один конец которой входит в сепаратор реактора окислительной конверсии метана и срезан параллельно верхней крышки сепаратора реактора окислительной конверсии метана так, что расстояние между трубкой и крышкой сепаратора равно двум максимальным диаметрам частиц используемого катализатора, а другой конец которой соединен с системой сбора продукта. Это обеспечивает минимальный унос мелкодисперсного катализатора вместе с продуктами без использования циклонного оборудования. Причем трубка узла вывода продукта выполнена в виде прямой трубки, расположенной под углом, относительно оси сепараторов.
Также в устройстве реализуется разделение циркулирующего микросферического катализатора от технического азота в сепараторе реактора окислительной регенерации катализатора аналогичным образом. Узел вывода технического азота представляет собой трубку, один конец которой входит в сепаратор реактора окислительной регенерации катализатора срезан параллельно верхней крышки сепаратора реактора окислительной регенерации катализатора так, что расстояние между трубкой и крышкой сепаратора равно двум максимальным диаметрам частиц используемого катализатора, а другой конец которой соединен с системой сбора технического азота. Причем трубка узла вывода технического азота выполнена в виде трубки, изогнутую под углом 90 град.
Технический результат заключается в обеспечении простого способа разделения циркулирующего потока, состоящего их твердых частиц катализатора и газа, с минимальным уносом частиц катализатора и без использования циклонного оборудования на установках с циркулирующим потоком мелкодисперсного катализатора. Данный способ может быть применен в других процессах с пневмотранспортом катализатора между реактором и регенератором.
Схема устройства для окислительной конверсии метана представлена на фиг. 1, где:
1 - реактор окислительной конверсии метана;
2 - сепаратор реактора окислительной конверсии метана;
3 - узел вывода продукта - водородсодержащего газа;
4 - реактор окислительной регенерации катализатора;
5 - сепаратор реактора окислительной регенерации катализатора;
6 - подъемник катализатора;
7 - стояк;
8 - транспортная линия;
9, 10 - узлы ввода транспортного азота;
11 - узел вывода технического азота;
12 - шток;
13 - направляющие пластины;
14 - электродвигатель;
15 - термоэлектрический преобразователь;
16 - вторичный преобразователь сигнала;
17 - крышка сепаратора реактора окислительной конверсии метана;
18 - крышка сепаратора реактора окислительной регенерации катализатора.
На фиг. 2 представлена в увеличении часть сепаратора реактора окислительной конверсии метана с узлом вывода продукта, вид сбоку и сверху.
На фиг. 3 представлена в увеличении часть сепаратора реактора окислительной регенерации катализатора с узлом вывода технического азота, вид сбоку и сверху.
Устройство для окислительной конверсии метана (см. Фиг. 1) включает реактор окислительной конверсии метана (1), представляющий собой вертикальный цилиндрический аппарат с узлом подачи сырья (не имеет числового обозначения), и реактор окислительной регенерации катализатора (4), также представляющий собой вертикальный аппарат.
Над реактором окислительной конверсии метана (1) находится сепаратор реактора окислительной конверсии метана (2), к которому присоединены узел вывода продукта (3) и стояк (7) и который снабжен крышкой сепаратора реактора окислительной конверсии метана (17). Узел вывода продукта (3) представляет собой трубку (см. Фиг. 2), один конец которой входит в сепаратор реактора окислительной конверсии метана и срезан параллельно верхней крышки сепаратора реактора окислительной конверсии метана (17) так, что расстояние между трубкой и крышкой сепаратора равно двум максимальным диаметрам частиц используемого катализатора, а другой конец которой соединен с системой сбора продукта.
Над реактором окислительной регенерации катализатора (4) находится сепаратор реактора окислительной регенерации катализатора (5), который снабжен крышкой сепаратора реактора окислительной регенерации катализатора (18) и узлом вывода технического азота (11). Узел вывода технического азота (11) представляет собой трубку (см. Фиг. 3), один конец которой входит в сепаратор реактора окислительной регенерации катализатора (5) срезан параллельно верхней крышки сепаратора реактора окислительной регенерации катализатора (18) так, что расстояние между трубкой и крышкой сепаратора (18) равно двум максимальным диаметрам частиц используемого катализатора, а другой конец которой соединен с системой сбора технического азота.
Реактор окислительной конверсии метана (1) и реактор окислительной регенерации катализатора (4) находятся в соединении посредством линии циркуляции катализатора между реактором окислительной конверсии метана (1) и реактором окислительной регенерации катализатора (4). Эту линию в совокупности составляют подъемник катализатора (6), стояк (7) и транспортная линия (8). В нижней части транспортной линии (8) существует зона, в которой накапливается катализатор. Узлы ввода транспортного азота (9) и (10) присоединены к реактору окислительной конверсии метана (1) и подъемнику катализатора (6) соответственно. От узла вывода технического азота к узлам ввода транспортного азота (9) и (10).
Соосно реактору окислительной регенерации катализатора (4), то есть вертикально по оси реактора, расположен регулирующий отградуированный шток (12), представляющий собой полую трубку. Так как его общая высота превышает высоту реактора (4), шток находится внутри него лишь частично, а частично выходит в линию циркуляции катализатора, а именно в транспортную линию (8). В нижней части шток (12) снабжен тремя направляющими пластинами (13), угол между которыми в горизонтальной плоскости составляет 120°. В верхней части шток (12) соединен с электродвигателем (14).
С внешней стороны подъемника катализатора (6) установлен термоэлектрический преобразователь (15), соединенный с вторичным преобразователем сигнала (16), регистрирующим значение температуры поверхности подъемника. Подъемник катализатора является необогреваемой линией, в которой осуществляется пневмотранспорт катализатора и не протекает каких-либо химических реакций, поэтому температура его поверхности зависит исключительно от величины теплового потока, проходящего через подъемник, которая, в свою очередь, зависит от скорости циркуляции катализатора. Подъемник хорошо изолирован для предотвращения влияния тепловых воздействий окружающей среды.
Устройство работает следующим образом.
Сырье - метан - через узел ввода сырья подают в нижнюю часть реактора окислительной конверсии метана (1), где оно контактирует с катализатором.
В реакторе осуществляют реакцию окислительной конверсии метана с получением водородсодержащего газа при температуре 550-850°С с одновременным восстановлением катализатора.
Смесь продуктов реакции, представляющая водородсодержащий газ, и отработанный (восстановленный) катализатор из реактора окислительной конверсии метана (1) с помощью потока транспортного азота, подаваемого через узел ввода транспортного азота (9), поднимается в сепаратор реактора окислительной конверсии метана (2) для разделения. Разделение водородсодержащего газа и катализатора происходит вследствие того, что узел вывода продукта размещен ближе к крышке сепаратора реактора окислительной конверсии метана (2) на расстоянии равном двум максимальным диаметрам частиц используемого катализатора в месте, где концентрация взвешенных твердых частиц катализатора в газовом потоке самая низкая, что защищает узел от загрязнения и попадания в него катализатора. После разделения катализатор направляет вниз сепаратора (2) в линию циркуляции, а водородсодержащий газ - в трубку узла вывода продукта (3).
Отработанный катализатор попадает в линию циркуляции катализатора между реактором окислительной конверсии метана (1) и реактором окислительной регенерации катализатора (4): первоначально в стояк (7), по которому он транспортируется вниз, затем с помощью потока транспортного азота, подаваемого через узел ввода транспортного азота (10), поднимается по подъемнику катализатора (6) в реактор окислительной регенерации катализатора (4). Поступающие в реактор (4) воздух и несущий катализатор транспортный азот создают и поддерживают в реакторе псевдоожиженный слой. В этом псевдоожиженном слое происходит окисление катализатора при температуре 600÷650°С путем контакта с горячим воздухом. Отработанный катализатор в реакторе окислительной регенерации катализатора (4) насыщается решеточным кислородом, что приводит не только к окислению, но и к удалению коксовых отложений с поверхности катализатора в случае их образования. Полученную смесь газов, несущую регенерированный катализатор из реактора окисления, отделяют от катализатора в сепараторе реактора окислительной регенерации катализатора (5) и выводят через узел вывода технического азота (11). Конструкция сепаратора (5) и узла вывода технического азота (11) способствуют разделению потока газа и катализатора за счет того, что узел вывода технического азота (11) размещен ближе к крышке сепаратора реактора окислительной регенерации катализатора (5) на расстоянии равном двум максимальным диаметрам частиц используемого катализатора в месте, где концентрация взвешенных твердых частиц катализатора в газовом потоке самая низкая, что защищает узел от загрязнения и попадания в него катализатора. После разделения катализатор после сепаратора окислительной регенерации катализатора (5) попадает в транспортную линию (8), после которой направляется в реактор окислительной конверсии метана (1). Газ, содержащий в основном азот, выводят из системы через узел вывода технического азота (11).
Поскольку весь поступающий кислород в составе воздуха используется в процессе окисления катализатора, из установки выходит поток технического азота, соответствующего ГОСТ-9293-74. Чистота его дополнительно повышается за счет того, что транспортный поток, который поступает в реактор окисления и смешивается в нем с воздухом, представляет собой азот.
Необходимое количество технического азота через линию рецикла части технического азота возвращают в узлы ввода транспортного азота (9) и (10) как транспортные потоки.
Соотношение «катализатор: сырье» регулируют путем изменения расхода подачи метана. Кратность циркуляции катализатора выбирают так, чтобы она находилась в пределах 8-15 и соответствовала требуемому соотношению «катализатор : сырье». Фиксированную кратность циркуляции, необходимую для стабильного получения водородсодержащего газа с высокой селективностью и технического азота требуемого качества, обеспечивают с помощью перемещения отградуированного штока (12) с направляющими пластинами (13). В шток (12) подают поток азота, что приводит к псевдоожижению части катализатора. Электропривод (14), соединенный с регулирующим штоком через шариковинтовую передачу, обеспечивает возвратно-поступательное движение (перемещение) штока в вертикальном направлении. При опускании штока увеличивается доля псевдоожиженного катализатора и увеличивается скорость катализатора, который поступает в разгонный участок. При поднятии штока снижается доля псевдоожиженного катализатора, увеличивается неподвижный слой катализатора, что приводит к замедлению скорости циркуляции. Градуировка штока позволяет точно регулировать кратность циркуляции путем перемещения штока на требуемое число делений. При предварительном установлении зависимости между положением штока и кратностью циркуляции для реакции окислительной конверсии метана в водородсодержащий газ на конкретном производстве можно быстро достичь требуемого устойчивого режима. Регулирующий шток, таким образом, позволяет добиться фиксированного режима циркуляции катализатора и достичь требуемого оптимального отношения «катализатор: сырье». Его применение в устройстве, в котором обеспечивается вывод технического азота как второго продукта и рецикл части технического азота в процесс в качестве транспортного азота, позволяет наиболее рационально утилизировать отработанный обедненный воздух при высокой селективности по водородсодержащему газу во взрывобезопасном процессе.
С внешней стороны подъемника катализатора (6) установлен термоэлектрический преобразователь (15), соединенный с вторичным преобразователем сигнала (16), регистрирующим значение температуры поверхности подъемника. Подъемник катализатора является необогреваемой линией, в которой осуществляется пневмотранспорт катализатора и не протекает каких-либо химических реакций, поэтому температура его поверхности зависит исключительно от величины теплового потока, проходящего через подъемник, которая, в свою очередь, зависит от скорости циркуляции катализатора. Подъемник хорошо изолирован для предотвращения влияния тепловых воздействий окружающей среды.
Осуществление полезной модели подтверждается следующими примерами.
Пример 1.
Осуществляют окислительную конверсию метана в системе без использования специальной конструкции узла вывода продукта реакции и технического азота. Для определения количества унесенного катализатора на узлах вывода продукта реакции и технического азота установлены емкости для сбора катализатора, унесенного вместе с потоками.
Используют катализатор, содержащий 10% суммы оксидов Ni и Со на γ-Al2O3. Катализатор представляет собой микросферический порошок синеватого цвета. Размер частиц катализатора 50-100 мкм. Объем используемого катализатора для загрузки 2 л.
Эксперимент проводят при температуре 850°С и кратности циркуляции катализатора по метану равно 8, скорость подачи сырья (метана) - 30 нл/ч. Продукты реакции вместе с катализатором поступают в сепаратор реактора окислительной конверсии метана и выводят продукт. Отработанный (восстановленный) катализатор направляют в реактор окислительной регенерации катализатора. Осуществляют окисление отработанного катализатора воздухом при 650°С в псевдоожиженном слое. Оттуда смесь газов, содержащая технический азот вместе с катализатором поступает в сепаратор реактора окислительной регенерации катализатора. Регенерированный катализатор возвращают в реактор окислительной конверсии метана. Эксперимент проводят в течение 8 ч.
По окончанию эксперимента проверяют емкости для сбора катализатора, унесенного вместе с потоками продукта и технического азота. Результаты измерений представлены в табл. 1.
Пример 2.
Осуществляют окислительную конверсию метана в системе с использованием специальной конструкции узла вывода продукта реакции и технического азота. Для определения количества унесенного катализатора на узлах вывода продукта реакции и технического азота установлены емкости для сбора катализатора, унесенного вместе с потоками.
Эксперимент проводят аналогично примеру 1 при использовании того же катализатора.
По окончанию эксперимента проверяют емкости для сбора катализатора, унесенного вместе с потоками продукта и технического азота. Результаты измерений представлены в табл. 1.
Пример 3.
Осуществляют окислительную конверсию метана в системе с использованием специальной конструкции узла вывода продукта реакции и технического азота.
Используют катализатор, содержащий 10% суммы оксидов Ni и Со на γ-Al2O3. Катализатор представляет собой микросферический порошок синеватого цвета. Размер частиц катализатора 50-100 мкм. Объем используемого катализатора для загрузки 2 л.
Эксперимент проводят при температуре 550°С и кратности циркуляции катализатора по метану равно 8, скорость подачи сырья (метана) - 30 нл/ч. Эксперимент проводят аналогично примеру 1.
Эксперимент показал, что перепад давления в сепараторе окислительной конверсии метана составляет 22 Па (скорость выводимого продукта составила 100 нл/ч), а перепад давления в сепараторе окислительной регенерации катализатора составляет 4 Па (скорость потока технического азота составила 215 нл/ч).
Пример 4,
Эксперимент проводят аналогично примеру 3 при использовании того же катализатора, но скорость подачи сырья (метана) - 50 нл/ч.
Эксперимент показал, что перепад давления в сепараторе окислительной конверсии метана составляет 34 Па (скорость выводимого продукта составила 130 нл/ч), а перепад давления в сепараторе окислительной регенерации катализатора составляет 4 Па (скорость выводимого потока технического азота составила 215 нл/ч).
Пример 5.
Эксперимент проводят аналогично примеру 3 при использовании того же катализатора, но скорость подачи сырья (метана) - 60 нл/ч.
Эксперимент показал, что перепад давления в сепараторе окислительной конверсии метана составляет 36 Па (скорость выводимого продукта составила 148 нл/ч), а перепад давления в сепараторе окислительной регенерации катализатора составляет 4 Па (скорость выводимого потока технического азота составила 215 нл/ч).
Таким образом, предлагаемая полезная модель обеспечивает простой способ разделения потока, состоящего их твердых частиц катализатора и газа, представляющего собой продукты реакции и газ регенерации, из сепараторов с минимальным уносом частиц катализатора и без использования циклонного оборудования на установках с циркулирующим потоком мелкодисперсного катализатора.
Доля унесенного катализатора характеризует степень разделения потока, содержащего катализатора и газ. Пример 2 показывает эффективность разделения газового потока с катализатором при использовании определенной конструкции сепараторов и узлов вывода продукта и газа регенерации (технического азота). За счет размещения входа узлов вывода продуктов и технического газа на расстоянии двух максимальных диаметров частиц используемого катализатора от крышек сепараторов.
Исследования по измерению перепада давления при проведении экспериментов показали, что перепад давления в сепараторе окислительной конверсии метана - 36 Па, а в сепараторе окислительной регенерации катализатора не превышает 4 Па при подаче сырья с расходом 60 нл/ч, что в разы меньше в сравнении с перепадом давления, создаваемым в циклоном оборудовании (1250-1500 Па).
Claims (3)
1. Устройство для окислительной конверсии метана, включающее реактор окислительной конверсии метана, сепаратор реактора окислительной конверсии метана, узел подачи сырья, узел вывода продукта, реактор окислительной регенерации катализатора, снабженный соосным ему отградуированным штоком с направляющими пластинами, угол между которыми в горизонтальной плоскости составляет 120°, соединенным с электродвигателем, обеспечивающим регулировку кратности циркуляции катализатора путем перемещения отградуированного штока в вертикальном направлении на заданное число делений, причем указанный шток выполнен полым для поддержания псевдоожижения катализатора путем подачи азота в линию циркуляции катализатора и расположен частично внутри указанного реактора и частично внутри указанной линии циркуляции, сепаратор реактора окислительной регенерации катализатора, линию циркуляции катализатора между реактором окислительной конверсии метана и реактором окислительной регенерации катализатора, узлы ввода транспортного азота, отличающееся тем, что узел вывода продукта реакции представляет собой трубку, один конец которой входит в сепаратор реактора окислительной конверсии метана и срезан параллельно верхней крышки сепаратора реактора окислительной конверсии метана так, что расстояние между трубкой и крышкой сепаратора равно двум максимальным диаметрам частиц используемого катализатора, а другой конец которой соединен с системой сбора продукта, а узел вывода технического азота представляет собой трубку, один конец которой входит в сепаратор реактора окислительной регенерации катализатора срезан параллельно верхней крышки сепаратора реактора окислительной регенерации катализатора так, что расстояние между трубкой и крышкой сепаратора равно двум максимальным диаметрам частиц используемого катализатора, а другой конец которой соединен с системой сбора технического азота.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что трубка узла вывода продукта из сепаратора реактора окислительной конверсии метана представляет собой прямую трубку, расположенную под углом, относительно оси сепараторов.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что трубка узла вывода технического азота из сепаратора реактора окислительной регенерации катализатора представляет собой трубку, изогнутую под углом 90 град.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020139746U RU203163U1 (ru) | 2020-12-02 | 2020-12-02 | Устройство для окислительной конверсии метана с получением водородсодержащего газа |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020139746U RU203163U1 (ru) | 2020-12-02 | 2020-12-02 | Устройство для окислительной конверсии метана с получением водородсодержащего газа |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU203163U1 true RU203163U1 (ru) | 2021-03-24 |
Family
ID=75169658
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020139746U RU203163U1 (ru) | 2020-12-02 | 2020-12-02 | Устройство для окислительной конверсии метана с получением водородсодержащего газа |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU203163U1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU8788075A (en) * | 1974-12-27 | 1977-06-30 | Union Carbide Corporation | Integrated coal hydrocarbonization and gasification of char |
| WO2009061605A2 (en) * | 2007-11-05 | 2009-05-14 | Uop Llc | Process for conversion of natural gas to syngas using a solid oxidizing agent |
| RU166983U1 (ru) * | 2016-07-07 | 2016-12-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) | Устройство для окислительной конверсии этана в этилен |
| RU2650623C1 (ru) * | 2016-10-28 | 2018-04-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) | Способ измерения скорости циркуляции мелкодисперсного катализатора |
| RU2663745C2 (ru) * | 2013-02-05 | 2018-08-09 | Релайанс Индастриз Лимитед | Способ каталитической газификации углеродсодержащего сырья |
| RU2722772C1 (ru) * | 2016-10-19 | 2020-06-03 | Далянь Инститьют Оф Кемикал Физикс, Чайниз Академи Оф Сайенсез | Быстрый реактор с псевдоожиженным слоем, устройство и способ, в котором используют кислородсодержащее соединение для производства пропена или с4 углеводорода |
-
2020
- 2020-12-02 RU RU2020139746U patent/RU203163U1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU8788075A (en) * | 1974-12-27 | 1977-06-30 | Union Carbide Corporation | Integrated coal hydrocarbonization and gasification of char |
| WO2009061605A2 (en) * | 2007-11-05 | 2009-05-14 | Uop Llc | Process for conversion of natural gas to syngas using a solid oxidizing agent |
| RU2663745C2 (ru) * | 2013-02-05 | 2018-08-09 | Релайанс Индастриз Лимитед | Способ каталитической газификации углеродсодержащего сырья |
| RU166983U1 (ru) * | 2016-07-07 | 2016-12-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) | Устройство для окислительной конверсии этана в этилен |
| RU2722772C1 (ru) * | 2016-10-19 | 2020-06-03 | Далянь Инститьют Оф Кемикал Физикс, Чайниз Академи Оф Сайенсез | Быстрый реактор с псевдоожиженным слоем, устройство и способ, в котором используют кислородсодержащее соединение для производства пропена или с4 углеводорода |
| RU2650623C1 (ru) * | 2016-10-28 | 2018-04-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) | Способ измерения скорости циркуляции мелкодисперсного катализатора |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3194070B1 (en) | Catalysts for oxidative coupling of methane and oxidative dehydrogenation of ethane | |
| AU777045B2 (en) | Process for converting synthesis gas into higher hydrocarbons | |
| RU2379276C2 (ru) | Способ получения дегидрированных углеводородных соединений | |
| US4283273A (en) | Method and system for regenerating fluidizable catalyst particles | |
| RU2636077C1 (ru) | Реакционное устройство для получения легких олефинов из метанола и/или диметилового эфира | |
| RU2632905C1 (ru) | Метод получения легких олефинов при помощи кислородсодержащего соединения | |
| CN1206356A (zh) | 用流化床反应器进行烃类转化的方法和设备 | |
| EP3429747A2 (en) | Catalysts and methods for natural gas processes | |
| CN101903311B (zh) | 将甲醇原料转化为烯烃的方法 | |
| US4705908A (en) | Natural gas conversion process | |
| RU2726483C1 (ru) | Способ и устройство для производства пропена и c4 углеводорода | |
| CN111807916A (zh) | 一种高效的含氧化合物生产低碳烯烃的装置 | |
| CN102730636A (zh) | 复合式反应器水蒸汽重整制氢方法及装置 | |
| RU203163U1 (ru) | Устройство для окислительной конверсии метана с получением водородсодержащего газа | |
| RU2727699C1 (ru) | Способ и устройство для производства пропена и c4 углеводорода | |
| CN103209946A (zh) | 甲醇的制造方法 | |
| MXPA01008445A (es) | Proceso de separacion gas-solido. | |
| CN102773051A (zh) | 一种合成气甲烷化的流化床工艺及装置 | |
| RU166983U1 (ru) | Устройство для окислительной конверсии этана в этилен | |
| CN108003916B (zh) | 流化床反应器及其应用、以及一种烃油吸附脱硫的方法 | |
| CN111484387B (zh) | 一种含有石脑油的原料转化为低碳烯烃和/或芳烃的方法 | |
| CN113477191A (zh) | 一种甲烷氧化偶联制乙烯的反应装置和方法 | |
| EP2295391A2 (en) | Fischer-tropsch process | |
| CN105582860B (zh) | 一种催化转化系统 | |
| CN113651664A (zh) | 苄醇转化的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC91 | Official registration of the transfer of exclusive right (utility model) |
Effective date: 20220120 |