RU2436760C1 - Method to process carbon-bearing gases and vapours - Google Patents
Method to process carbon-bearing gases and vapours Download PDFInfo
- Publication number
- RU2436760C1 RU2436760C1 RU2010147706/04A RU2010147706A RU2436760C1 RU 2436760 C1 RU2436760 C1 RU 2436760C1 RU 2010147706/04 A RU2010147706/04 A RU 2010147706/04A RU 2010147706 A RU2010147706 A RU 2010147706A RU 2436760 C1 RU2436760 C1 RU 2436760C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen
- mixture
- reaction mixture
- gases
- carbon
- Prior art date
Links
Landscapes
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области получения топлива и полупродуктов для тяжелого органического синтеза из окислов углерода или легких органических соединений и может быть использовано при утилизации газообразных дымовых газов, промышленных отходов, синтез-газов, биогазов, крекинг-газов, природного и попутного нефтяного газа.The invention relates to the field of production of fuel and intermediates for heavy organic synthesis from carbon oxides or light organic compounds and can be used in the utilization of gaseous flue gases, industrial waste, synthesis gases, biogas, cracking gases, natural and associated petroleum gas.
Известны способы переработки газов и паров путем воздействия на них ионизирующим излучением посредством радиолиза (А.К.Пикаев. Современная радиационная химия. Радиолиз газов и жидкостей. М.: Наука, с.48-53), в том числе с образованием продуктов радиолиза (Woods R.J., Pikaev A.K. Applied radiation chemistry: radiation processing. NY.: Wiley. 1994. P.166-168, 187-193, 473-484).Known methods for processing gases and vapors by exposing them to ionizing radiation through radiolysis (A.K. Pikaev. Modern radiation chemistry. Radiolysis of gases and liquids. M: Nauka, p. 48-53), including the formation of radiolysis products ( Woods RJ, Pikaev AK Applied radiation chemistry: radiation processing. NY .: Wiley. 1994. P.166-168, 187-193, 473-484).
Однако данным известным способом получают смесь продуктов с низким содержанием той фракции, которую можно использовать как жидкое моторное топливо или сырье для тяжелого органического синтеза. Наряду с низким выходом хозяйственно ценных синтетических продуктов, их получают только в смеси с нежелательными продуктами радиолиза.However, this known method produces a mixture of products with a low content of that fraction, which can be used as liquid motor fuel or raw materials for heavy organic synthesis. Along with the low yield of economically valuable synthetic products, they are obtained only in a mixture with undesirable radiolysis products.
Наиболее близким к предложенному является способ переработки газообразных алканов путем воздействия ионизирующим излучением на содержащую их сырьевую смесь с получением продуктов радиолиза, при этом из продуктов радиолиза постоянно удаляют конденсируемую фракцию и водород, а оставшуюся часть смешивают с исходными алканами с получением сырьевой смеси (патент РФ №2099317, опубл. 20.12.1997).Closest to the proposed is a method of processing gaseous alkanes by exposure to ionizing radiation on the raw material mixture containing them to obtain radiolysis products, while the condensed fraction and hydrogen are constantly removed from the radiolysis products, and the remaining part is mixed with the starting alkanes to obtain the raw mixture (RF patent No. 2099317, publ. 12/20/1997).
Однако применение данного известного способа ограничено переработкой насыщенных углеводородов - алканов. Данный способ неприемлем для получения топлива или сырья для тяжелого органического синтеза в процессе переработки многих других газов и паров, включая окислы углерода, синтез-газы, крекинг-газы, парообразные продукты деструкции биомассы, пары ненасыщенных органических соединений и производственные выбросы. Применение данного известного способа для переработки других газов не приводит к получению жидкого моторного топлива или ценных полупродуктов для тяжелого органического синтеза.However, the application of this known method is limited to the processing of saturated hydrocarbons - alkanes. This method is unacceptable for obtaining fuel or raw materials for heavy organic synthesis during the processing of many other gases and vapors, including carbon oxides, synthesis gases, cracked gases, vaporous products of biomass destruction, vapors of unsaturated organic compounds and industrial emissions. The use of this known method for processing other gases does not lead to the production of liquid motor fuel or valuable intermediates for heavy organic synthesis.
Техническим результатом, достигаемым при реализации настоящего изобретения, является:The technical result achieved by the implementation of the present invention is:
- расширение ассортимента приемлемого исходного сырья, в том числе за счет использования неорганического сырья (СО, CO2 и H2 и ненасыщенных органических соединений (таких как алкены, кетоны, альдегиды, кислоты, сложные эфиры);- expanding the range of acceptable starting materials, including through the use of inorganic raw materials (CO, CO 2 and H 2 and unsaturated organic compounds (such as alkenes, ketones, aldehydes, acids, esters);
- возможность использования неочищенных искусственных или природных многокомпонентных газовых смесей, содержащих углеводороды;- the possibility of using untreated artificial or natural multicomponent gas mixtures containing hydrocarbons;
- расширения ассортимента и выхода ценных конденсируемых органических соединений;- expanding the range and output of valuable condensable organic compounds;
- упрощение технологии их получения за счет замены высокотемпературной каталитической переработки на прямую электрофизическую переработку, не требующую сложной подготовки сырья;- simplification of the technology for their production by replacing high-temperature catalytic processing with direct electrophysical processing, which does not require complex preparation of raw materials;
- повышение полноты утилизации исходных газов и паров, в том числе за счет предотвращения процессов коксования и образования органических отложений на стенках реакционного оборудования;- increasing the completeness of utilization of the source gases and vapors, including by preventing coking processes and the formation of organic deposits on the walls of the reaction equipment;
- создание условий эффективного управления процессом переработки, составом и качеством продукта.- creating conditions for effective management of the processing process, composition and quality of the product.
Достигается это тем, что в способе переработки путем воздействия ускоренными электронами, осуществляемым на смесь газообразного или парообразного сырья с образующимися продуктами радиолиза за исключением их конденсируемой фракции, в сырьевую смесь добавляют водород, или водородсодержащие соединения углерода, или конденсируемую низкокипящую фракцию с температурой кипения ниже, чем у целевого продукта, поддерживая в реакционной смеси содержание углерода в пределах от 16 до 35 ат.%, не допуская при этом превышения содержания кислорода выше 23 ат.%.This is achieved by the fact that in the processing method by applying accelerated electrons to a mixture of gaseous or vaporous raw materials with the resulting radiolysis products with the exception of their condensable fraction, hydrogen or hydrogen-containing carbon compounds, or a condensable low-boiling fraction with a boiling point lower, are added to the raw material mixture than that of the target product, maintaining the carbon content in the reaction mixture in the range from 16 to 35 at.%, while not allowing the oxygen content to exceed e 23 at.%.
В числе водородсодержащих соединений углерода, добавляемых в сырьевую смесь, рекомендуется использовать преимущественно алифатические (ациклические или алициклические) углеводороды, спирты или эфиры, молекулы которых содержат в среднем до 6 атомов углерода.Among the hydrogen-containing carbon compounds added to the feed mixture, it is recommended to use predominantly aliphatic (acyclic or alicyclic) hydrocarbons, alcohols or esters, whose molecules contain an average of up to 6 carbon atoms.
Известный способ предполагает обязательное удаление водорода из сырьевой смеси, тогда как в настоящем изобретении водород, наоборот, надлежит добавлять. Добавление водорода или водородсодержащего газа обеспечивает получение стабильного целевого продукта, что особенно важно при переработке кислородсодержащего сырья. В известном способе сырьевую смесь следует освобождать от всей конденсируемой фракции, в то время как в настоящем изобретении - лишь от высококипящей фракции.The known method involves the mandatory removal of hydrogen from the feed mixture, while in the present invention, hydrogen, on the contrary, should be added. The addition of hydrogen or hydrogen-containing gas provides a stable target product, which is especially important when processing oxygen-containing raw materials. In the known method, the raw material mixture should be freed from the entire condensable fraction, while in the present invention only from the high boiling fraction.
Как правило, целевой продукт представляет собой широкую фракцию с точкой начала кипения, удовлетворяющей регламентным требованиям. Часть конденсируемой фракции - конденсируемую низкокипящую фракцию - у которой температура кипения ниже, чем у целевого продукта, целесообразно возвращать в зону воздействия. Низкокипящая фракция, являясь нежелательной частью конденсата, одновременно является ценным полупродуктом для более быстрого получения заданного целевого продукта. При этом настоящее изобретение также годится для переработки газообразных алканов - они могут вводиться в реакционную смесь вместо водорода или наряду с ним.Typically, the target product is a wide fraction with a boiling point that meets regulatory requirements. Part of the condensable fraction — the condensable low-boiling fraction — in which the boiling point is lower than that of the target product, it is advisable to return to the exposure zone. The low boiling fraction, being an undesirable part of the condensate, is at the same time a valuable intermediate for faster obtaining the desired target product. Moreover, the present invention is also suitable for the processing of gaseous alkanes - they can be introduced into the reaction mixture instead of hydrogen or along with it.
Известный способ ориентирован на переработку легких алканов; целевым продуктом также являются алканы. Настоящее изобретение предусматривает переработку легких алканов, но эти алканы выступают не в качестве основного сырья, а в качестве вспомогательного реагента, который наряду с водородом, добавляется в реакционную смесь для преобразования окислов углерода и/или легких ненасыщенных органических соединений в стабильное жидкое топливо или полупродукты для тяжелого органического синтеза.The known method is oriented to the processing of light alkanes; the target product is also alkanes. The present invention provides for the processing of light alkanes, but these alkanes do not act as the main raw material, but as an auxiliary reagent, which, along with hydrogen, is added to the reaction mixture to convert carbon oxides and / or light unsaturated organic compounds into stable liquid fuel or intermediates for heavy organic synthesis.
Авторами настоящего изобретения впервые установлено, что номенклатуру и ассортимент сырья, пригодного для конверсии в жидкое топливо, можно существенно расширить. Как следствие, можно диверсифицировать типы синтезируемого жидкого топлива, целенаправленно регулируя его эксплуатационные характеристики еще на стадии синтеза. Эти эффекты достигаются, если вместо удаления водорода использовать его добавление или добавление водородсодержащего газа в сочетании с повышением концентрации легколетучих компонентов. Повышение концентрации легколетучих компонентов достигается за счет того, что в зону воздействия возвращают не только непрореагировавшее сырье, но и синтезированную фракцию с температурой кипения ниже, чем у целевого продукта.The authors of the present invention for the first time found that the range and range of raw materials suitable for conversion into liquid fuel can be significantly expanded. As a result, it is possible to diversify the types of synthesized liquid fuel, purposefully regulating its operational characteristics at the synthesis stage. These effects are achieved if, instead of removing hydrogen, use its addition or the addition of a hydrogen-containing gas in combination with an increase in the concentration of volatile components. An increase in the concentration of volatile components is achieved due to the fact that not only unreacted raw materials are returned to the impact zone, but also the synthesized fraction with a boiling point lower than that of the target product.
В конкретном исполнении водород или водородсодержащий газ можно добавлять в состоянии плазмы, т.е. осуществляя самостоятельный или несамостоятельный электрический разряд в зоне ввода водорода или водородсодержащего газа, так чтобы в объеме плазмы преобладал добавляемый газ. Например, водород может подаваться поперек потока сырьевой смеси через поры или капилляры автокатода. Инициируемые при этом плазмохимические процессы позволяют увеличить выход целевых продуктов за счет интенсификации разложения сырья.In a specific embodiment, hydrogen or a hydrogen-containing gas can be added in a plasma state, i.e. carrying out an independent or non-independent electric discharge in the zone of hydrogen or hydrogen-containing gas inlet, so that the added gas prevails in the plasma volume. For example, hydrogen may be supplied across the flow of the feed mixture through the pores or capillaries of the autocathode. The plasma-chemical processes initiated at the same time make it possible to increase the yield of target products due to the intensification of the decomposition of raw materials.
Также для увеличения выхода целевых продуктов рекомендуется компоненты реакционной смеси или всю реакционную смесь подвергать термокаталитической деструкции, увеличивая содержание ненасыщенных полупродуктов.Also, to increase the yield of the target products, it is recommended that the components of the reaction mixture or the entire reaction mixture be subjected to thermocatalytic destruction, increasing the content of unsaturated intermediates.
Порядок следования радиационного и плазмохимического или термокаталитического воздействия играет несущественную роль, поскольку реакционная смесь после стадии сепарации целевой конденсируемой фракции возвращается в зону воздействия, т.е. осуществляется ее рециркуляция по замкнутому циклу.The sequence of radiation and plasmochemical or thermocatalytic effects plays an insignificant role, since the reaction mixture returns to the exposure zone after the stage of separation of the target condensable fraction, i.e. it is recycled in a closed cycle.
В зависимости от компонентного состава сырья и реакционной смеси рекомендуется дифференцировать интенсивность облучения компонентов сырьевой смеси. В местах локального повышения концентрации конкретных компонентов (например, обусловленных вводом водорода или водородсодержащего газа, сепарацией конденсированной фазы, инерционной сепарацией компонентов при завихрениях и т.п.) может быть предусмотрено облучение с более высокой или более низкой интенсивностью. Это дифференцированное облучение призвано устранять избыточную неоднородность состава облучаемой среды.Depending on the component composition of the feed and the reaction mixture, it is recommended to differentiate the irradiation intensity of the components of the feed mixture. In places of local increase in the concentration of specific components (for example, due to the introduction of hydrogen or a hydrogen-containing gas, separation of the condensed phase, inertial separation of components during turbulence, etc.), irradiation with a higher or lower intensity can be provided. This differential exposure is intended to eliminate the excessive heterogeneity of the composition of the irradiated medium.
В конкретном исполнении рекомендуется также удалять из реакционной смеси инертные или нежелательные компоненты, такие как сажа, сера, благородные газы, азот, окислы азота и серы и т.п.In a specific embodiment, it is also recommended to remove inert or undesirable components from the reaction mixture, such as carbon black, sulfur, noble gases, nitrogen, nitrogen and sulfur oxides, etc.
В качестве исходного сырья рекомендуется использовать синтез-газы и пары, возникающие при различных методах (пиролитических, плазмохимических или радиолитических) сухой перегонки вегетативной или ископаемой форм биомассы (древесина, солома, угли, сланцы, торфы и т.п.).It is recommended to use synthesis gases and vapors arising from various methods (pyrolytic, plasmochemical or radiolytic) of the dry distillation of vegetative or fossil forms of biomass (wood, straw, coal, shale, peat, etc.) as the initial raw material.
В конкретном исполнении циркуляцию смеси через зону воздействия осуществляют таким образом, чтобы отношение расхода сырьевой смеси в зоне воздействия к скорости ее конверсии было не менее 3. Номенклатуру и молекулярно-массовое распределение продуктов регулируют за счет варьирования температуры и давления, не допуская накопления целевого продукта в парогазовой фазе. Температура и давление реакционной смеси выбираются так, чтобы:In a particular embodiment, the mixture is circulated through the exposure zone in such a way that the ratio of the consumption of the raw material mixture in the exposure zone to its conversion rate is at least 3. The nomenclature and molecular weight distribution of the products are controlled by varying the temperature and pressure, preventing the accumulation of the target product in gas-vapor phase. The temperature and pressure of the reaction mixture are selected so that:
- обеспечивать парообразное агрегатное состояние исходного сырья;- provide a vaporous aggregate state of the feedstock;
- обеспечивать парообразное состояние синтезируемых целевых продуктов, т.е. возможность их удаления из реакционной зоны с потоком газа. Условия конденсации определяются желаемым молекулярно-массовым распределением целевых продуктов и сохранением сырья в парообразном или газообразном состоянии. Предельное давление - 0.6 МПа.- provide a vapor state of the synthesized target products, i.e. the possibility of their removal from the reaction zone with a gas stream. The condensation conditions are determined by the desired molecular weight distribution of the target products and the preservation of the raw material in a vaporous or gaseous state. The ultimate pressure is 0.6 MPa.
Контроль влажности реакционной смеси необходим для того, чтобы регулировать относительное содержание и номенклатуру кислородсодержащих соединений в целевом продукте. Контроль влажности особенно целесообразен при повышенной температуре реакционной смеси, когда процессы конденсации водяного пара ослаблены. Например, при переработке смесей, обогащенных СО, пониженная влажность способствует увеличению ценных фракций алканов, алифатических спиртов и простых эфиров, тогда как во влажных смесях преобладающей становится нежелательная фракция кислот и сложных эфиров. При влажности более 7% реакционная смесь чрезмерно обогащается перекисями, что влечет за собой получение нестабильного конечного продукта или развитие неконтролируемых цепных процессов, чреватых разрушением оборудования.Humidity control of the reaction mixture is necessary in order to regulate the relative content and nomenclature of oxygen-containing compounds in the target product. Humidity control is especially appropriate at elevated temperature of the reaction mixture, when the processes of condensation of water vapor are weakened. For example, in the processing of mixtures enriched with CO, low humidity helps to increase the valuable fractions of alkanes, aliphatic alcohols and ethers, while in wet mixtures the undesirable fraction of acids and esters becomes predominant. At a moisture content of more than 7%, the reaction mixture is excessively enriched with peroxides, which entails the production of an unstable final product or the development of uncontrolled chain processes fraught with the destruction of equipment.
Операция по полному удалению водорода рациональна для переработки газообразных алканов, но делает невозможной целевую конверсию окислов углерода и ненасыщенных органических соединений. Ценность традиционных типов жидкого моторного топлива в значительной степени определяется наличием водорода и отсутствием ненасыщенных связей в топливных молекулах.The operation to completely remove hydrogen is rational for the processing of gaseous alkanes, but makes it impossible to target the conversion of carbon oxides and unsaturated organic compounds. The value of traditional types of liquid motor fuels is largely determined by the presence of hydrogen and the absence of unsaturated bonds in fuel molecules.
Окислы углерода являются неизбежными продуктами сгорания топлива. Задача их утилизации относится к наиболее актуальным глобальным проблемам. В последнее время многие технологии производства традиционного и альтернативного топлива рассматриваются через призму утилизации окислов углерода и воспринимаются как составная часть стратегии конверсии возобновляемого сырья.Carbon oxides are inevitable products of fuel combustion. The task of their disposal relates to the most pressing global problems. Recently, many technologies for the production of traditional and alternative fuels are considered through the prism of utilization of carbon oxides and are perceived as an integral part of the strategy for the conversion of renewable raw materials.
Авторами настоящего изобретения впервые установлено, что выход целевой конверсии окислов углерода, продуктов перегонки биомассы и иных смесей насыщенных и ненасыщенных органических соединений можно значительно повысить, а технологию получения из них хозяйственно ценных продуктов можно значительно упростить, если в процессе воздействия ионизирующего излучения удалять целевую фракцию конденсируемых синтетических продуктов и использовать добавки водорода или водородсодержащих газов.The authors of the present invention for the first time found that the yield of the target conversion of carbon oxides, biomass distillation products, and other mixtures of saturated and unsaturated organic compounds can be significantly improved, and the technology for obtaining economically valuable products from them can be greatly simplified if the target fraction of condensed ones is removed during the action of ionizing radiation synthetic products and use additives of hydrogen or hydrogen-containing gases.
Впервые установлено, что такая новая операция обеспечивает целенаправленность процесса радиолиза газов и органических паров, позволяя сбалансировать соотношение атомов С, О и Н в конечном продукте. Влага, так же как хозяйственно ценная конденсируемая фракция, присутствующие в зоне воздействия ионизирующим излучением, являются вредными примесями, за уровнем которых в зоне воздействия необходимо следить и не позволять, чтобы их содержание превышало допустимый предел.For the first time it was established that such a new operation ensures the focus of the process of radiolysis of gases and organic vapors, making it possible to balance the ratio of C, O, and H atoms in the final product. Moisture, as well as an economically valuable condensable fraction present in the zone of exposure to ionizing radiation, are harmful impurities, the level of which in the zone of influence must be monitored and not allowed to exceed their permissible limit.
Важно, что удаляемая из реактора смесь конденсируемых органических продуктов не нуждается в дальнейшей дополнительной очистке и, являясь отходом процесса радиолиза, одновременно является хозяйственно ценным продуктом.It is important that the mixture of condensable organic products removed from the reactor does not need further additional purification and, being a waste of the radiolysis process, is at the same time an economically valuable product.
В качестве исходного сырья для переработки наиболее пригодны газы и пары, содержащие от 30 до 60 ат.% углерода. Молекулы сырья могут также содержать до 70 ат.% кислорода и/или водорода.The most suitable raw materials for processing are gases and vapors containing from 30 to 60 at.% Carbon. Raw material molecules may also contain up to 70 atomic percent oxygen and / or hydrogen.
Дополнительно вводимый водород или водородсодержащий газ должен обеспечивать такой средний состав реакционной смеси внутри реакционной зоны, включающей зону облучения и зону пост-радиационных реакций, чтобы атомная доля углерода была не меньше 16%, но не выше 35%, при этом атомная доля кислорода не превышала 23%.Additionally, introduced hydrogen or hydrogen-containing gas should provide such an average composition of the reaction mixture inside the reaction zone, including the irradiation zone and the zone of post-radiation reactions, so that the atomic fraction of carbon is not less than 16%, but not higher than 35%, while the atomic fraction of oxygen does not exceed 23%
Ниже приведены примеры, иллюстрирующие изобретение.The following are examples illustrating the invention.
Пример 1. В качестве сырья используют смесь СО (А) и Н2 (В) со средним атомным составом С - 18%, O - 18%, Н - 64%. Газовую смесь при давлении 1.5 ат. и температуре 37°С со скоростью V=4 г/кВт·ч пропускают через стальной реактор, помещенный под пучок линейного электронного ускорителя У-10-10Т, где он подвергается воздействию потока ускоренных электронов с плотностью D=55-75 мкА/см2 и энергией Е=0.7 МэВ. На выходе из реактора смесь непрореагировавшего сырья и продуктов радиолиза охлаждают до 16°С, конденсируя низколетучие компоненты, которые отделяют в инерционном газожидкостном сепараторе. Безводную фракцию с температурой кипения ниже 37°С оставляли в реакционной смеси. Образующийся конденсат - смесь жидких спиртов, эфиров и углеводородов - сливают в емкость-хранилище. В состав удаленной смеси входят 49,2% алифатических спиртов, 41,3% алкилэфиров и 9,5 вес.% алканов. Выход органической смеси в расчете на 1 кВт.ч поглощенной энергии электронов составил ~1.2 кг. Среднее октановое число целевого продукта равно 106. В состав продукта входят: С - 25, Н - 63 и О - 12 ат.%. При этом параллельно образуется около 29 вес.% воды. Начало кипения целевой органической фракции - 35.6°С, конец кипения - 187°С. Общий расход сырья составил - 1,68 кг/кВт·ч. Таким образом, при полной конверсии сырья получено 71 вес.% целевого органического продукта и 29 вес.% воды.Example 1. As a raw material, a mixture of CO (A) and H 2 (B) with an average atomic composition of C is 18%, O is 18%, and H is 64%. The gas mixture at a pressure of 1.5 atm. and a temperature of 37 ° C with a speed of V = 4 g / kW · h pass through a steel reactor placed under a beam of a linear electron accelerator U-10-10T, where it is exposed to a stream of accelerated electrons with a density of D = 55-75 μA / cm 2 and energy E = 0.7 MeV. At the outlet of the reactor, the mixture of unreacted raw materials and radiolysis products is cooled to 16 ° C, condensing low-volatility components, which are separated in an inertial gas-liquid separator. An anhydrous fraction with a boiling point below 37 ° C was left in the reaction mixture. The resulting condensate - a mixture of liquid alcohols, ethers and hydrocarbons - is drained into a storage tank. The composition of the removed mixture includes 49.2% aliphatic alcohols, 41.3% alkyl esters and 9.5 wt.% Alkanes. The yield of the organic mixture per 1 kWh of absorbed electron energy was ~ 1.2 kg. The average octane number of the target product is 106. The composition of the product includes: C - 25, H - 63 and O - 12 at.%. At the same time, about 29 wt.% Water is formed in parallel. The beginning of the boiling of the target organic fraction is 35.6 ° С, the end of boiling is 187 ° С. The total consumption of raw materials amounted to 1.68 kg / kW · h. Thus, with a complete conversion of the feed, 71 wt.% Of the target organic product and 29 wt.% Of water were obtained.
Результаты приведены в таблице 1, где А - исходное газообразное или парообразное сырье; В - вспомогательный водородсодержащий газ, D - целевой продукт; F=[А]/[В] - мольное отношение А и В в сырьевой смеси; Е - энергия электронов; I - плотность тока в электронном пучке; t - температура реакционной смеси в зоне облучения; V - относительный расход газа в зоне облучения (отношение расхода к скорости конверсии); Р - давление газа в зоне облучения; U - разность потенциалов в разрядном устройстве (плазмотроне); g и G - массовый и энергетический выходы целевого продукта соответственно; Δtкип - пределы кипения целевого продукта; ОЧ - октановое число бензиновой фракции; W - содержание влаги в реакционной смеси, подаваемой в зону облучения.The results are shown in table 1, where a is the source of gaseous or vaporous raw materials; B — auxiliary hydrogen-containing gas; D — target product; F = [A] / [B] is the molar ratio of A and B in the raw material mixture; E is the electron energy; I is the current density in the electron beam; t is the temperature of the reaction mixture in the irradiation zone; V is the relative gas flow in the irradiation zone (ratio of flow to conversion rate); P is the gas pressure in the irradiation zone; U is the potential difference in the discharge device (plasmatron); g and G are the mass and energy yields of the target product, respectively; Δt kip - the boiling range of the target product; OH - the octane number of the gasoline fraction; W is the moisture content in the reaction mixture supplied to the irradiation zone.
Пример 2. По методике примера 1 подвергли переработке пары ацетона (А) в смеси с водородом (В). Безводную фракцию с температурой кипения ниже 65°С оставляли в реакционной смеси. Условия проведения процесса и полученные результаты представлены в таблице 1.Example 2. According to the method of example 1, a pair of acetone (A) was processed in a mixture with hydrogen (B). An anhydrous fraction with a boiling point below 65 ° C was left in the reaction mixture. The process conditions and the results are presented in table 1.
Пример 3. По методике примера 1 подвергли переработке окислы углерода (А=СО+СО2) в смеси с водородом и метаном (В=Н2+СН4). Обезвоженную фракцию с температурой кипения ниже 41°С оставляли в реакционной смеси. Условия проведения процесса и полученные результаты представлены в таблице 1.Example 3. By the method of example 1, carbon oxides (A = CO + CO 2 ) were mixed with hydrogen and methane (B = H 2 + CH 4 ). The dehydrated fraction with a boiling point below 41 ° C was left in the reaction mixture. The process conditions and the results are presented in table 1.
Пример 4. По методике примера 1 подвергли переработке смесь паров фурфурола (А, продукт пиролиза древесины) и метана (В). Обезвоженную фракцию с температурой кипения ниже 170°С оставляли в реакционной смеси. Условия проведения процесса и полученные результаты представлены в таблице 1.Example 4. According to the method of example 1, a mixture of furfural vapors (A, wood pyrolysis product) and methane (B) was processed. The dehydrated fraction with a boiling point below 170 ° C. was left in the reaction mixture. The process conditions and the results are presented in table 1.
Пример 5. Парообразные продукты сухой перегонки целлюлозы (А) и водород (В) обработали по методике примера 1, но водород подавали в реакционную зону в виде плазмы. Обезвоженную фракцию с температурой кипения ниже 170°С оставляли в реакционной смеси. Условия проведения процесса и полученные результаты представлены в таблице 1.Example 5. The vaporous products of dry distillation of cellulose (A) and hydrogen (B) were processed according to the method of example 1, but hydrogen was supplied to the reaction zone as a plasma. The dehydrated fraction with a boiling point below 170 ° C. was left in the reaction mixture. The process conditions and the results are presented in table 1.
Пример 6. По методике примера 5 подвергли переработке пары 2,3-бутандиона (А) и метана (В), причем метан подавали в реакционную зону в виде плазмы. Обезвоженную фракцию с температурой кипения ниже 95°С оставляли в реакционной смеси. Условия проведения процесса и полученные результаты представлены в таблице 2.Example 6. According to the procedure of example 5, a pair of 2,3-butanedione (A) and methane (B) was processed, and methane was supplied to the reaction zone as a plasma. The dehydrated fraction with a boiling point below 95 ° C was left in the reaction mixture. The process conditions and the results are presented in table 2.
Пример 7. По методике примера 1 перерабатывали смесь парообразных продуктов сухой перегонки древесины (А) и этана (В), однако этан перед подачей в реакционную зону пропускали через слой платинового катализатора, нагретого до 350°С, стимулирующего частичное преобразование этана в этилен и водород. Обезвоженную фракцию с температурой кипения ниже 170°С оставляли в реакционной смеси. Условия проведения процесса и полученные результаты представлены в таблице 2.Example 7. According to the method of example 1, a mixture of vaporous products of dry distillation of wood (A) and ethane (B) was processed; however, ethane was passed through a layer of a platinum catalyst heated to 350 ° C before being fed into the reaction zone, which stimulated the partial conversion of ethane to ethylene and hydrogen . The dehydrated fraction with a boiling point below 170 ° C. was left in the reaction mixture. The process conditions and the results are presented in table 2.
Пример 8. По методике примера 1 перерабатывали смесь паров ацетона и пропеналя (А), но без добавления водорода или водородсодержащего газа. В зоне облучения доминируют процессы фрагментации сырья, а выход синтезированной жидкости не превышает 0.1 кг/кВт·ч, при этом жидкость имеет смолообразную консистенцию. Соответствующие данные таблиц 1 и 2 свидетельствуют о нецелесообразности переработки паров в отсутствие водорода или водородсодержащего газа.Example 8. By the method of example 1 was processed a mixture of vapors of acetone and propenal (A), but without the addition of hydrogen or hydrogen-containing gas. In the irradiation zone, the processes of fragmentation of raw materials dominate, and the output of the synthesized liquid does not exceed 0.1 kg / kW · h, while the liquid has a resinous consistency. The relevant data in tables 1 and 2 indicate the inappropriateness of the processing of vapors in the absence of hydrogen or a hydrogen-containing gas.
Пример 9. На примере переработки СО (А) и H2 (В) во влажной атмосфере (при возврате воды в реакционную смесь) показана нецелесообразность отклонения от режимных параметров процесса, рекомендуемых настоящим изобретением (см. таблицу 2).Example 9. An example of processing CO (A) and H 2 (B) in a humid atmosphere (when water is returned to the reaction mixture) shows the inappropriateness of deviation from the process parameters recommended by the present invention (see table 2).
Пример 10. На примере переработки паров ацетона (А) и воды (В) показана нецелесообразность установления низкой атомной доли углерода (15%) и высокой доли кислорода (30%) в реакционной смеси. Синтезируемая жидкость имеет сильно кислую реакцию (рН≤2) и нестабильна (см. табл.2).Example 10. An example of the processing of vapors of acetone (A) and water (B) shows the inappropriateness of establishing a low atomic fraction of carbon (15%) and a high fraction of oxygen (30%) in the reaction mixture. The synthesized liquid has a strongly acidic reaction (pH≤2) and is unstable (see table 2).
Принципиальная реализуемость нового способа мало зависит от условий облучения. Однако для обеспечения экономичности переработки и получения наиболее качественного продукта рекомендуется использовать W≤7 вес.%, I≤250 мкА/см2, V≥3, Р≤0.6 МПа и Е≥9 МэВ. Во всех случаях реализации нового способа с измененными параметрами отмечали следующие негативные тенденции:The principal feasibility of the new method depends little on the irradiation conditions. However, to ensure the economy of processing and obtaining the highest quality product, it is recommended to use W≤7 wt.%, I≤250 μA / cm 2 , V≥3, P≤0.6 MPa and E≥9 MeV. In all cases of the implementation of the new method with modified parameters, the following negative trends were noted:
- понижение стабильности продукта и смолообразование при W≥1 вес.%, I≥250 мкА/см2, V≤2 или Р≥0.6 МПа;- lowering the stability of the product and gumming at W≥1 wt.%, I≥250 μA / cm 2 , V≤2 or P≥0.6 MPa;
- деструктивное снижение молекулярной массы реакционной смеси при V≤2 и I≥250 мкА/см2;- a destructive decrease in the molecular weight of the reaction mixture at V≤2 and I≥250 μA / cm 2 ;
- заметное накопление высокотоксичных соединений при W≥7 вес.% или Е≥9 МэВ.- a noticeable accumulation of highly toxic compounds at W≥7 wt.% or E≥9 MeV.
Энергия электронов (в диапазоне отсутствия ядерных превращений) не играет принципиальной роли для реализации способа, но от нее зависит толщина слоя перерабатываемого газа и, как следствие, габариты реактора.The electron energy (in the range of the absence of nuclear transformations) does not play a fundamental role for the implementation of the method, but the thickness of the processed gas layer and, as a consequence, the dimensions of the reactor depend on it.
Таким образом, способ согласно изобретению обеспечивает целенаправленное превращение летучих окисленных форм углерода в хозяйственно ценные конденсируемые соединения - топливные соединения и полупродукты для тяжелого органического синтеза. Это особенно ценно при утилизации таких газов, как оксиды углерода и алканы, выброс которых в атмосферу связывают с парниковым эффектом.Thus, the method according to the invention provides the targeted conversion of volatile oxidized forms of carbon into economically valuable condensable compounds - fuel compounds and intermediates for heavy organic synthesis. This is especially valuable when utilizing gases such as carbon oxides and alkanes, the release of which into the atmosphere is associated with the greenhouse effect.
В настоящее время основными направлениями утилизации окислов углерода являются закачка в подземные хранилища или использование в каталитическом синтезе органических соединений по методу Фишера-Тропша. Настоящее изобретение в отличие от этих подходов предполагает прямое одностадийное преобразование окисленных форм углерода в хозяйственно ценные продукты без образования отходов.Currently, the main directions of utilization of carbon oxides are injection into underground storage facilities or the use of organic compounds in the catalytic synthesis according to the Fischer-Tropsch method. The present invention, in contrast to these approaches, involves the direct one-step conversion of oxidized forms of carbon into economically valuable products without waste.
Утилизация небольших потоков газов по методу Фишера-Тропша нерациональна вследствие высокой стоимости переработки, потребности в больших производственных площадях, большом количестве потребляемых катализаторов и образуемых отходов. Реализация настоящего изобретения может характеризоваться сравнительно низкой металлоемкостью, безотходностью и невысокой себестоимостью переработки газов.The disposal of small gas flows by the Fischer-Tropsch method is irrational due to the high cost of processing, the need for large production facilities, the large amount of consumed catalysts and waste generated. The implementation of the present invention can be characterized by a relatively low metal consumption, wastelessness and low cost of gas processing.
Новый способ позволяет с помощью компактных установок полностью утилизировать выбросные газы с различным соотношением С:O:Н непосредственно на месте их образования, не загрязняя при этом окружающую среду.The new method allows using compact plants to completely utilize exhaust gases with various C: O: H ratios directly at the place of their formation, without polluting the environment.
Новый способ обеспечивает получение следующих результатов:The new method provides the following results:
- в состав жидкого утилизируемого продукта переходит практически весь углерод (96-98 ат.%), присутствовавший в исходном сырье;- practically all of the carbon (96-98 at.%) present in the feedstock goes into the liquid recyclable product;
- жидкий синтезированный продукт имеет надежное бытовое и промышленное применение в качестве моторного топлива и/или полупродуктов для тяжелого органического синтеза;- the liquid synthesized product has reliable domestic and industrial applications as motor fuel and / or intermediates for heavy organic synthesis;
- доминирующим побочным продуктом является вода, имеющиеся в ней примеси являются биоразлагаемыми, и их суммарная концентрация позволяет производить эффективную очистку на обычных аэротенках или биофильтрах;- the dominant by-product is water, the impurities present in it are biodegradable, and their total concentration allows for effective cleaning with conventional aeration tanks or biofilters;
- способ характеризуется экологической рациональностью, обусловленной отсутствием неутилизируемых отходов и вредных воздействий на окружающую среду, при этом он ориентирован на утилизацию наиболее вредных летучих техногенных соединений углерода;- the method is characterized by environmental rationality, due to the absence of non-recyclable waste and harmful environmental effects, while it is focused on the disposal of the most harmful volatile technogenic carbon compounds;
- способ обеспечивает низкую энергоемкость и материалоемкость переработки газов и паров за счет полноты использования энергии в газовой смеси, низких давлений и температур, отсутствия или малого расхода катализаторов.- the method provides low energy and material consumption of the processing of gases and vapors due to the full use of energy in the gas mixture, low pressures and temperatures, absence or low consumption of catalysts.
Способ согласно изобретению реализуется с помощью серийно выпускаемых узлов, без использования магистральных трубопроводов и громоздких резервуарных парков для хранения газа. Синтезируемый целевой продукт при обычных условиях является жидким и для его сбора нужны примерно в 500-1000 раз менее вместительные хранилища, чем для исходного газа. Таким образом, переработку можно вести непосредственно у источника газа.The method according to the invention is implemented using commercially available units, without the use of trunk pipelines and bulky tank farms for storing gas. The synthesized target product is liquid under ordinary conditions and for its collection approximately 500-1000 times less capacious storage facilities are needed than for the source gas. Thus, processing can be carried out directly at the gas source.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010147706/04A RU2436760C1 (en) | 2010-11-23 | 2010-11-23 | Method to process carbon-bearing gases and vapours |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010147706/04A RU2436760C1 (en) | 2010-11-23 | 2010-11-23 | Method to process carbon-bearing gases and vapours |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2436760C1 true RU2436760C1 (en) | 2011-12-20 |
Family
ID=45404314
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010147706/04A RU2436760C1 (en) | 2010-11-23 | 2010-11-23 | Method to process carbon-bearing gases and vapours |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2436760C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110540863A (en) * | 2019-01-28 | 2019-12-06 | 中国石油化工股份有限公司 | Method for producing light oil product by catalytic cracking raw material high-energy electronic cracking method |
CN110540862A (en) * | 2019-01-28 | 2019-12-06 | 中国石油化工股份有限公司 | method for producing light oil product by catalytic slurry oil high-energy electronic cracking method |
CN110564443A (en) * | 2019-01-28 | 2019-12-13 | 中国石油化工股份有限公司 | method for producing light oil product by normal pressure heavy oil high-energy electronic cracking method |
-
2010
- 2010-11-23 RU RU2010147706/04A patent/RU2436760C1/en active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110540863A (en) * | 2019-01-28 | 2019-12-06 | 中国石油化工股份有限公司 | Method for producing light oil product by catalytic cracking raw material high-energy electronic cracking method |
CN110540862A (en) * | 2019-01-28 | 2019-12-06 | 中国石油化工股份有限公司 | method for producing light oil product by catalytic slurry oil high-energy electronic cracking method |
CN110564443A (en) * | 2019-01-28 | 2019-12-13 | 中国石油化工股份有限公司 | method for producing light oil product by normal pressure heavy oil high-energy electronic cracking method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wang et al. | Co-pyrolysis of waste tire and pine bark for syngas and char production | |
Tang et al. | Co-pyrolysis of microalgae with low-density polyethylene (LDPE) for deoxygenation and denitrification | |
Park et al. | Pyrolysis characteristics of Oriental white oak: kinetic study and fast pyrolysis in a fluidized bed with an improved reaction system | |
Zhang et al. | Energy recovery from secondary pulp/paper-mill sludge and sewage sludge with supercritical water treatment | |
Alvarez et al. | Hydrogen production from biomass and plastic mixtures by pyrolysis-gasification | |
Singh et al. | Liquid fuel from castor seeds by pyrolysis | |
Kim et al. | Influence of reaction conditions on bio-oil production from pyrolysis of construction waste wood | |
US8404910B2 (en) | Low oxygen biomass-derived pyrolysis oils and methods for producing the same | |
Nanda et al. | Catalytic subcritical and supercritical water gasification as a resource recovery approach from waste tires for hydrogen-rich syngas production | |
US20100228062A1 (en) | Process and system for thermochemical conversion of biomass | |
Mishra et al. | Pyrolysis of Manilkara zapota seeds over ZSM-5 to produce high-quality bio-oil and chemicals | |
Mishra et al. | Effect of low-cost catalysts on yield and properties of fuel from waste biomass for hydrocarbon-rich oil production | |
Geng et al. | Adding nickel formate in alkali lignin to increase contents of alkylphenols and aromatics during fast pyrolysis | |
Marcilla et al. | Upgrading of tannery wastes under fast and slow pyrolysis conditions | |
WO2010119972A1 (en) | Btl fuel production system and method for producing btl fuel | |
Hasan et al. | Characterization of pyrolysis oil produced from organic and plastic wastes using an auger reactor | |
Ahmed et al. | Thermochemical conversion of Polyalthia longifolia leaves at different temperatures and characterization of their products | |
JP2016131549A (en) | Method and apparatus for synthesizing ethanol | |
RU2436760C1 (en) | Method to process carbon-bearing gases and vapours | |
Chaudhary et al. | Slow pyrolysis of low-density Poly-Ethylene (LDPE): A batch experiment and thermodynamic analysis | |
Hammani et al. | Optimization and characterization of bio-oil and biochar production from date stone pyrolysis using Box–Behnken experimental design | |
Khodaparasti et al. | Optimal Co-pyrolysis of municipal sewage sludge and microalgae Chlorella Vulgaris: Products characterization, synergistic effects, mechanism, and reaction pathways | |
RU2338769C1 (en) | Method of processing plant raw material | |
Rasam et al. | Insights into the co–pyrolysis of olive stone, waste polyvinyl chloride and Spirulina microalgae blends through thermogravimetric analysis | |
Gvero et al. | Review of synthetic fuels and new materials production based on pyrolysis technologies |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |