RU2547845C1 - Catalyst, method for production thereof and method of producing synthesis gas - Google Patents
Catalyst, method for production thereof and method of producing synthesis gas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2547845C1 RU2547845C1 RU2013141037/04A RU2013141037A RU2547845C1 RU 2547845 C1 RU2547845 C1 RU 2547845C1 RU 2013141037/04 A RU2013141037/04 A RU 2013141037/04A RU 2013141037 A RU2013141037 A RU 2013141037A RU 2547845 C1 RU2547845 C1 RU 2547845C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- catalyst
- synthesis gas
- temperature
- active component
- methane
- Prior art date
Links
Landscapes
- Catalysts (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области нефтехимии и разработки катализатора для получения синтез-газа в процессе парциального окисления метана.The invention relates to the field of petrochemistry and the development of a catalyst for producing synthesis gas in the process of partial oxidation of methane.
Известен способ и катализатор получения синтез-газа методом парциального окисления метана, описанный в патенте RU 2144844, согласно которому синтез-газ получают путем селективного каталитического окисления метана кислородом при температуре 700-850°C. Указанный способ имеет недостаток, заключающийся в необходимости одновременной подачи сырья (метана) и окислителя (кислорода) в реактор, что приводит к повышенной взрывоопасности процесса вследствие образования смесей метана с кислородом. Еще одним недостатком данного способа является высокая стоимость получения кислорода.A known method and catalyst for producing synthesis gas by the method of partial oxidation of methane described in patent RU 2144844, according to which the synthesis gas is obtained by selective catalytic oxidation of methane with oxygen at a temperature of 700-850 ° C. The specified method has the disadvantage that it is necessary to simultaneously feed raw materials (methane) and an oxidizing agent (oxygen) into the reactor, which leads to an increased explosion hazard of the process due to the formation of mixtures of methane with oxygen. Another disadvantage of this method is the high cost of producing oxygen.
Известен способ получения синтез-газа, описанный в патенте US 2665199 A, опубл. 05.01.1954, кл. C01B 3/30, C01B 3/44, согласно которому синтез-газ получают из газообразных углеводородов в установке, состоящей из реактора и регенератора, в присутствии твердых частиц оксида металла, находящихся в псевдоожиженном состоянии. В реакторе протекает окисление углеводородов кислородом, содержащимся в твердых частицах, в регенераторе происходит окисление твердых частиц до оксида металла. Реакция окисления углеводородов проводится в псевдоожиженном слое, имеющем следующие недостатки:A known method of producing synthesis gas, described in patent US 2665199 A, publ. 01/05/1954, class C01B 3/30, C01B 3/44, according to which synthesis gas is obtained from gaseous hydrocarbons in a plant consisting of a reactor and a regenerator in the presence of solid particles of a metal oxide in a fluidized state. In the reactor, the oxidation of hydrocarbons with oxygen contained in the solid particles takes place, in the regenerator, the solid particles are oxidized to metal oxide. The hydrocarbon oxidation reaction is carried out in a fluidized bed having the following disadvantages:
- неравномерность времени пребывания сырья в зоне реакции, в результате некоторая часть сырья подвергается чрезмерному превращению до образования сажи, а другая часть не достигает полной конверсии;- uneven residence time of the raw materials in the reaction zone, as a result, some of the raw materials are subjected to excessive conversion to the formation of soot, and the other part does not achieve complete conversion;
- среднее фиктивное время пребывания сырья в зоне реакции недостаточно малое, чтобы обеспечить максимально высокую селективность процесса.- the average fictitious residence time of the raw material in the reaction zone is not small enough to provide the highest selectivity of the process.
В качестве оксида металла применяют оксид железа. Применение оксида металла без носителя может привести к спеканию или агломерации частиц. Для предотвращения агломерации и обеспечения высокой площади контакта активной фазы и реагентов применяют нанесение активного компонента катализатора на какой-либо малоактивный или инертный материал [Дж. Андерсон. Структура металлических катализаторов. / М.: Мир, 1978].As metal oxide, iron oxide is used. The use of metal oxide without a carrier can lead to sintering or agglomeration of particles. To prevent agglomeration and to ensure a high contact area of the active phase and the reagents, application of the active component of the catalyst to any inactive or inert material is used [J. Anderson. The structure of metal catalysts. / M .: Mir, 1978].
Наиболее близким к заявленному по технической сущности и достигаемому эффекту являются катализатор и способ получения синтез-газа, описанный в патенте US 6833013 B1, опубл. 21.12.2004, кл. C01B 3/32, согласно которому синтез-газ получают парциальным окислением низших алканов кислородом, содержащимся в твердых частицах, содержащих оксид металла и подвергающихся окислительно-восстановительным циклам. Низшие алканы окисляются в реакторе при температуре 800-1100°C и давлении 0,5-5 МПа, твердые частицы окисляются в регенераторе при температуре 750-1050°C. Полученный синтез-газ содержит 60,2% H2 и 30,6% CO, т.е. мольное отношение H2/CO в нем составляет 1,97, что хорошо подходит для получения из синтез-газа метанола, продуктов синтеза Фишера-Тропша. Согласно примеру в описываемом способе получения синтез-газа катализатор содержит 20 мас.% оксида хрома (VI). Во время реакции с углеводородами с образованием водорода и монооксида углерода оксид хрома (VI) восстанавливается до оксида хрома (III). Таким образом, оксид хрома (VI) выступает в виде донора «активного кислорода», участвующего в реакции парциального окисления углеводородов. Именно от его содержания в катализаторе зависит эффективность описанного способа получения синтез-газа: чем больше активного кислорода может запасать катализатор, тем большее количество сырья можно конвертировать в его присутствии. Исходя из данных, представленных в рассматриваемом патенте, содержание активного кислорода на оксидно-хромовом катализаторе составляет 4,8 мас. %.Closest to the claimed technical essence and the achieved effect are a catalyst and a method for producing synthesis gas described in US patent 6833013 B1, publ. 12/21/2004, class C01B 3/32, according to which synthesis gas is produced by partial oxidation of lower alkanes with oxygen contained in solid particles containing metal oxide and undergoing redox cycles. Lower alkanes are oxidized in the reactor at a temperature of 800-1100 ° C and a pressure of 0.5-5 MPa, solid particles are oxidized in the regenerator at a temperature of 750-1050 ° C. The resulting synthesis gas contains 60.2% H 2 and 30.6% CO, i.e. the molar ratio of H 2 / CO in it is 1.97, which is well suited for the production of methanol from the synthesis gas, Fischer-Tropsch synthesis products. According to an example, in the described method for producing synthesis gas, the catalyst contains 20 wt.% Chromium oxide (VI). During the reaction with hydrocarbons to form hydrogen and carbon monoxide, chromium (VI) oxide is reduced to chromium (III) oxide. Thus, chromium oxide (VI) acts as a donor of "active oxygen" involved in the partial oxidation of hydrocarbons. The effectiveness of the described method for producing synthesis gas depends on its content in the catalyst: the more active oxygen the catalyst can store, the more raw materials can be converted in its presence. Based on the data presented in this patent, the content of active oxygen on the oxide-chromium catalyst is 4.8 wt. %
Однако недостатком описанного способа является применение катализатора на основе оксида хрома. Хром и его соединения являются токсичными веществами [Плющев В.Е. Справочник по редким металлам / М.: Мир, 1978], поэтому использование предлагаемого способа получения синтез-газа существенно повышает требования к уровню техники безопасности и охраны окружающей среды. Еще одним недостатком описанного способа является проведение реакции окисления углеводородов и регенерации твердых частиц в псевдоожиженном слое, в результате чего обеспечивается весьма низкий удельный съем продукта, а именно 0,159 кг синтез-газа с килограмма катализатора в час, что оказывает отрицательное влияние на производительность реактора. Удельным съемом называется количество продукта, полученное при осуществлении процесса на катализаторе определенной массы за единицу времени [Мельников Е.Я. Справочник азотчика. / М.: Химия, 1967, 492 C.]. Удельный съем продукта в наиболее близком аналоге был рассчитан исходя из количества катализатора в реакторе - 1400 г и выхода продукта - 516 л/ч.However, the disadvantage of the described method is the use of a catalyst based on chromium oxide. Chromium and its compounds are toxic substances [Plyushchev V.E. Handbook of rare metals / M .: Mir, 1978], therefore, the use of the proposed method for producing synthesis gas significantly increases the requirements for the level of safety and environmental protection. Another disadvantage of the described method is the reaction of hydrocarbon oxidation and solid particle regeneration in the fluidized bed, which results in a very low specific removal of the product, namely 0.159 kg of synthesis gas per kilogram of catalyst per hour, which negatively affects the performance of the reactor. Specific removal refers to the amount of product obtained by carrying out the process on a catalyst of a certain mass per unit time [Melnikov E.Ya. Reference book of nitrogen. / M .: Chemistry, 1967, 492 C.]. The specific removal of the product in the closest analogue was calculated based on the amount of catalyst in the reactor - 1400 g and the product yield - 516 l / h.
Задача настоящего изобретения заключается в создании оксидно-металлического катализатора получения синтез-газа путем парциального окисления метана, не содержащего хрома и его соединений и способного к многократным окислительно-восстановительным переходам, а также в увеличении удельного съема продукта при сохранении преимуществ наиболее близкого аналога - исключении образования взрывоопасных смесей и низких энергозатратах с возможностью получения синтез-газа с отношением Н2/СО в пределах 1,5-2,5.The objective of the present invention is to create an oxide-metal catalyst for producing synthesis gas by partial oxidation of methane free of chromium and its compounds and capable of multiple redox transitions, as well as to increase the specific removal of the product while maintaining the advantages of the closest analogue - eliminating the formation explosive mixtures and low energy consumption with the possibility of producing synthesis gas with a ratio of N 2 / CO in the range of 1.5-2.5.
Решение поставленной задачи достигается тем, что катализатор получения синтез-газа в процессе парциального окисления метана представляет собой микросферический носитель, в качестве которого используют частицы диаметром от 50 до 160 мкм оксида алюминия и/или алюмосиликата, а в качестве активного компонента - оксид Со, или Ni, или Fe, или Mn, или Cu, или Ce, или смесь оксидов NiO, Co3O4 и Ce2O3, при следующем соотношении компонентов, % мас:The solution to this problem is achieved by the fact that the synthesis gas catalyst in the process of partial methane oxidation is a microspherical carrier, which is used as particles with a diameter of 50 to 160 μm aluminum oxide and / or aluminosilicate, and Co as the active component, or Ni, or Fe, or Mn, or Cu, or Ce, or a mixture of oxides NiO, Co 3 O 4 and Ce 2 O 3 , in the following ratio of components,% wt:
Катализатор получают нанесением предшественника активного компонента - растворов солей указанных металлов - на микросферический носитель с диаметром частиц от 50 до 160 мкм путем пропитки по влагопоглощению, сушки при температуре от 90 до 120°C в течение 1-5 часов и прокаливания при температуре от 500 до 1200°C в течение 2-8 часов.The catalyst is obtained by applying the precursor of the active component - solutions of salts of these metals - on a microspherical carrier with a particle diameter of from 50 to 160 microns by impregnation by moisture absorption, drying at a temperature of from 90 to 120 ° C for 1-5 hours and calcining at a temperature of from 500 to 1200 ° C for 2-8 hours.
Синтез-газ получают окислительной конверсией метансодержащего газа при температуре более 750°C в реакторе с использованием в качестве окислителя катализатора - микросферического носителя с нанесенным активным компонентом на основе оксидов металлов - и регенерацией восстановленного катализатора путем его окисления в регенераторе, из которого регенерированный катализатор поступает в реактор, причем используют указанный катализатор, окислительную конверсию проводят в сквознопоточном лифт-реакторе, через который катализатор непрерывно проходит снизу вверх в потоке метансодержащего газа при времени пребывания сырья в зоне реакции 0,1-10 с, затем выходящий из реактора восстановленный катализатор отделяют от продукта - синтез-газа - и направляют в регенератор.The synthesis gas is obtained by oxidizing the conversion of methane-containing gas at a temperature of more than 750 ° C in a reactor using a catalyst as an oxidizing agent — a microspherical support coated with an active component based on metal oxides — and regenerating the reduced catalyst by oxidizing it in a regenerator, from which the regenerated catalyst enters a reactor, wherein said catalyst is used, oxidative conversion is carried out in a through-flow elevator reactor through which the catalyst is continuously It extends upward across a methane-containing gas stream with a residence time of raw materials in the reaction zone of 0.1-10 seconds, and then discharged from the reactor the recovered catalyst separated from the product - the synthesis gas - and sent to the regenerator.
Окислительную конверсию предпочтительно проводят при температуре от более 750 до 1100°C, наиболее предпочтительно - 850°C.The oxidative conversion is preferably carried out at a temperature of from more than 750 to 1100 ° C, most preferably 850 ° C.
Регенерацию катализатора предпочтительно проводят в псевдоожиженном, или форсированном псевдоожиженном, или полусквозном потоке путем окисления кислородсодержащим агентом.The regeneration of the catalyst is preferably carried out in a fluidized or forced fluidized or semi-through stream by oxidation with an oxygen-containing agent.
В качестве кислородсодержащего агента предпочтительно используют воздух или кислород.As the oxygen-containing agent, air or oxygen is preferably used.
Принято считать, что псевдоожиженный слой присутствует при скоростях газового потока до 0,8 м/с. При скоростях газа 0,8-1,5 м/с система характеризуется состоянием форсированного псевдоожиженного слоя. Системы, в которых перемещение твердых частиц осуществляется при скоростях газа, достигающих 1,5-3,0 м/с, называются полусквозным потоком. Скорости газового потока выше 3-4 м/с соответствуют перемещению твердых частиц в потоке газа в режиме сквозного потока [Хаджиев С.Н. Крекинг нефтяных фракций на цеолитсодержащих катализаторах / М.: Химия, 1982. - 280 С.].It is generally accepted that the fluidized bed is present at gas flow rates of up to 0.8 m / s. At gas speeds of 0.8-1.5 m / s, the system is characterized by the state of a forced fluidized bed. Systems in which the movement of solid particles is carried out at gas velocities reaching 1.5-3.0 m / s are called semi-through flow. Gas flow rates above 3-4 m / s correspond to the movement of solid particles in the gas stream in the through flow mode [S. Hadzhiev Cracking of oil fractions on zeolite-containing catalysts / M.: Chemistry, 1982. - 280 C.].
Реакторы, работающие в двух последних режимах, называют сквознопоточными (лифт-реакторы).Reactors operating in the last two modes are called flow-through (elevator reactors).
Процесс является непрерывным, и его проводят в двух пространственно разделенных аппаратах: реакторе и регенераторе. В такой системе «реактор-регенератор» катализатор по мере истирания и разрушения выводят из системы в виде пыли и заменяют свежим.The process is continuous, and it is carried out in two spatially separated apparatuses: a reactor and a regenerator. In such a reactor-regenerator system, the catalyst is removed from the system in the form of dust as it is abraded and destroyed, and replaced with fresh.
Полученный синтез-газ и восстановленный катализатор выводят из реактора и поток отработанного (восстановленного) катализатора отделяют от потока целевого продукта. Поток восстановленного катализатора по транспортной линии подают в блок регенерации, где происходит окисление катализатора в потоке кислородсодержащего агента (воздух, кислород). Затем катализатор отделяют от газов регенерации и по транспортным линиям снова подают в реактор конверсии, как описано выше.The resulting synthesis gas and the recovered catalyst are removed from the reactor and the spent (recovered) catalyst stream is separated from the target product stream. The stream of reduced catalyst through a transport line is fed to a regeneration unit, where the catalyst is oxidized in a stream of an oxygen-containing agent (air, oxygen). The catalyst is then separated from the regeneration gases and fed back to the conversion reactor via transport lines, as described above.
Процесс является непрерывным и состоит из следующих стадий:The process is continuous and consists of the following stages:
- конверсия углеводородного сырья в синтез-газ (с восстановлением катализатора до металлического состояния);- the conversion of hydrocarbons into synthesis gas (with the restoration of the catalyst to a metallic state);
- регенерация катализатора (с окислением его металлических компонентов).- catalyst regeneration (with oxidation of its metal components).
Стадии окисления и восстановления катализатора проходят параллельно и непрерывно.The stages of oxidation and reduction of the catalyst are parallel and continuous.
Таким образом, осуществляется непрерывная циркуляция катализатора, и обеспечивается перенос кислорода из зоны регенерации в зону реакции, а также сводятся материальный и тепловой балансы.Thus, the catalyst is continuously circulated, and oxygen is transferred from the regeneration zone to the reaction zone, and the material and thermal balances are reduced.
В качестве носителя катализатора используют микросферический оксид алюминия и/или алюмосиликат. Диаметр частиц носителя от 50 до 160 мкм, удельная площадь поверхности - от 10 до 330 м2/г.As the catalyst carrier, microspherical alumina and / or aluminosilicate are used. The particle diameter of the carrier is from 50 to 160 μm, the specific surface area is from 10 to 330 m 2 / g.
Достигаемый технический результат заключается:The technical result achieved is:
- в повышении удельного съема продукта;- to increase the specific removal of the product;
- в возможности использования углеводородного сырья, содержащего диоксид углерода;- the possibility of using hydrocarbon raw materials containing carbon dioxide;
- в снижении опасности взрыва и возгорания, низких энергозатратах, получении синтез-газа с отношением Н2/СО в пределах 1,5-2,5.- to reduce the risk of explosion and fire, low energy consumption, obtaining synthesis gas with a ratio of H 2 / CO in the range of 1.5-2.5.
- в использовании катализаторов, содержащих менее токсичные вещества, чем соединения хрома;- in the use of catalysts containing less toxic substances than chromium compounds;
- в возможности получения побочного продукта - технического азота.- the possibility of obtaining a by-product of technical nitrogen.
Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется следующими примерами.The essence of the invention is illustrated by the following examples.
Пример 1Example 1
Готовят микросферический алюмосиликатный носитель путем смешения водных суспензий силиката натрия и сульфата алюминия в таких пропорциях, чтобы композиция алюмосиликата имела состав Na2O(Al2O3·nSiO2), где n является мольным отношение SiO2/Al2O3 и равно 2,3, с последующим получением микросферической формы методом распылительной сушки и прокаливанием при 800°C в течение 3 ч. 100 г микросферического алюмосиликатного носителя пропитывают по влагопоглощению водным раствором, полученным смешением 57,9 г Ni(NO3)2·6H2O, 53,9 г Co(NO3)2·6H2O, 41,0 г Al(NO3)3·9H2O, и 4,7 г Ce(NO3)3·6H2O при температуре 90°C. Образец сушат при температуре 100°C и затем прокаливают в печи при температуре 500-900°C в течение 3-5 часов. Полученный катализатор содержит 10,8 мас. % NiO, 10,8 мас. % Co3O4, A microspherical aluminosilicate carrier is prepared by mixing aqueous suspensions of sodium silicate and aluminum sulfate in such proportions that the aluminosilicate composition has a composition of Na 2 O (Al 2 O 3 · nSiO 2 ), where n is a molar ratio of SiO 2 / Al 2 O 3 and equal to 2 , 3, followed by obtaining a microspherical form by spray drying and calcining at 800 ° C for 3 hours. 100 g of a microspherical aluminosilicate carrier are impregnated by moisture absorption in an aqueous solution obtained by mixing 57.9 g of Ni (NO 3 ) 2 · 6H 2 O, 53.9 g Co (NO 3 ) 2 · 6H 2 O, 41.0 g Al (NO 3 ) 3 · 9H 2 O, and 4.7 g Ce (NO 3 ) 3 · 6H 2 O at a temperature of 90 ° C. The sample is dried at a temperature of 100 ° C and then calcined in an oven at a temperature of 500-900 ° C for 3-5 hours. The resulting catalyst contains 10.8 wt. % NiO, 10.8 wt. % Co 3 O 4 ,
4,1 мас.% Al2O3, 1,4 мас.% CeO2, остальное (70,2 мас.%) - алюмосиликатный носитель. Количество активного кислорода в катализаторе составляет 5,2 мас.%, диаметр микросфер от 50 до 160 мкм. Катализатор испытан в реакции парциального окисления метана.4.1 wt.% Al 2 O 3 , 1.4 wt.% CeO 2 , the rest (70.2 wt.%) Is an aluminosilicate carrier. The amount of active oxygen in the catalyst is 5.2 wt.%, The diameter of the microspheres is from 50 to 160 microns. The catalyst was tested in the partial oxidation of methane.
В нижнюю часть лифт-реактора подают метан, который контактирует с микросферическим катализатором, поступающим из регенератора. Катализатор, подхваченный восходящим потоком метана, движется по реактору снизу вверх в режиме сквозного потока, при этом происходит окисление метана кислородом, содержащимся в катализаторе, в монооксид углерода и водород по реакцииMethane is fed to the bottom of the elevator reactor, which is in contact with the microspherical catalyst coming from the regenerator. The catalyst, caught in an upward flow of methane, moves upward through the reactor in the through flow mode, and methane is oxidized by the oxygen contained in the catalyst to carbon monoxide and hydrogen by the reaction
CH4+[O]→CO+2H2. CH 4 + [O] → CO + 2H 2.
Метан подают с такой скоростью, чтобы поддерживать время пребывания сырья в лифт-реакторе 2,1 с. Температуру в зоне реакции держат 850°C. Пары продуктов отделяют от катализатора, катализатор направляют в регенератор. В регенераторе катализатор подвергают окислению воздухом в режиме псевдоожиженного слоя. Температуру в зоне регенерации держат 600°C. Окисленный катализатор из регенератора вновь направляют в нижнюю часть реактора.Methane is supplied at such a rate as to maintain a residence time of the feed in the riser reactor of 2.1 s. The temperature in the reaction zone is kept at 850 ° C. The product pairs are separated from the catalyst, and the catalyst is sent to a regenerator. In the regenerator, the catalyst is subjected to air oxidation in a fluidized bed mode. The temperature in the regeneration zone is kept at 600 ° C. The oxidized catalyst from the regenerator is again sent to the lower part of the reactor.
Конверсию сырья рассчитывают как отношение количества превращенного сырья к исходному, выраженное в %:The conversion of raw materials is calculated as the ratio of the amount of converted raw materials to the original, expressed in%:
где X - конверсия сырья, мас.%,where X is the conversion of raw materials, wt.%,
mf - масса сырья, кг,m f is the mass of raw materials, kg,
mp - масса углеводородов в продуктах, кг.m p - mass of hydrocarbons in products, kg.
Удельный съем синтез-газа рассчитывают как количество синтез-газа, полученное с одного килограмма катализатора в час:The specific removal of synthesis gas is calculated as the amount of synthesis gas obtained from one kilogram of catalyst per hour:
где P - удельный съем синтез-газа, кг/(кг кат.·ч),where P is the specific removal of synthesis gas, kg / (kg cat. · h),
msg - масса синтез-газа, полученного за время τ, л,m sg is the mass of synthesis gas obtained during time τ, l,
mcat - масса катализатора, находящегося в реакторе, кг,m cat is the mass of the catalyst in the reactor, kg,
τ - время, с.τ is the time, s.
Мольное отношение H2/CO рассчитывают как отношение количества водорода к количеству монооксида углерода в продуктах реакции:The molar ratio of H 2 / CO is calculated as the ratio of the amount of hydrogen to the amount of carbon monoxide in the reaction products:
Показатели процесса приведены в таблице 1.The process indicators are shown in table 1.
Как видно из таблицы, существенно возрастает удельный съем синтез-газа (по сравнению с удельным съемом синтез-газа по прототипу - 0,159 кг/(кг кат. · ч) при высоком значении конверсии сырья.As can be seen from the table, the specific consumption of synthesis gas increases significantly (compared with the specific consumption of synthesis gas of the prototype - 0.159 kg / (kg cat. · H) with a high value of the conversion of raw materials.
Пример 2Example 2
Опыт проводят, как в примере 1, но процесс проводят при температуре в зоне реакции, равной 750°C, в присутствии катализатора, полученного путем пропитки по влагопоглощению 100 г микросферического оксида алюминия (полученного путем распылительной сушки суспензии гидроксида алюминия) водным раствором 88,6 г Fe(NO3)3·9H2O, при температуре 90°C. Катализатор содержит 14,5 мас.% Fe3O4, остальное (85,5) алюмооксидный носитель.The experiment is carried out as in example 1, but the process is carried out at a temperature in the reaction zone of 750 ° C in the presence of a catalyst obtained by moisture absorption of 100 g of microspherical aluminum oxide (obtained by spray drying a suspension of aluminum hydroxide) with an aqueous solution of 88.6 g Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O, at a temperature of 90 ° C. The catalyst contains 14.5 wt.% Fe 3 O 4 , the rest (85.5) alumina carrier.
Конверсия сырья согласно примеру составляет 60,3%.The conversion of raw materials according to the example is 60.3%.
Удельный съем синтез-газа согласно примеру составляет 2,180 кг/(кг кат. · ч).The specific removal of synthesis gas according to the example is 2.180 kg / (kg cat. · H).
Показатели процесса приведены в таблице 1.The process indicators are shown in table 1.
Пример 3Example 3
Опыт проводят, как в примере 1, но температуру в зоне реакции поддерживают равной 950°C.The experiment is carried out as in example 1, but the temperature in the reaction zone is maintained equal to 950 ° C.
Конверсия сырья согласно примеру составляет 99,4%.The conversion of raw materials according to the example is 99.4%.
Удельный съем синтез-газа согласно примеру составляет 3,649 кг/(кг кат. · ч).The specific removal of synthesis gas according to the example is 3,649 kg / (kg cat. · H).
Показатели процесса приведены в таблице 1.The process indicators are shown in table 1.
Пример 4Example 4
Опыт проводят, как в примере 1, но температуру в зоне реакции поддерживают равной 1000°C.The experiment is carried out as in example 1, but the temperature in the reaction zone is maintained equal to 1000 ° C.
Конверсия сырья согласно примеру составляет 99,6%.The conversion of raw materials according to the example is 99.6%.
Удельный съем синтез-газа согласно примеру составляет 3,649 кг/(кг кат. · ч).The specific removal of synthesis gas according to the example is 3,649 kg / (kg cat. · H).
Показатели процесса приведены в таблице 1.The process indicators are shown in table 1.
Пример 5Example 5
Опыт проводят, как в примере 1, но процесс проводят при температуре в зоне регенерации, равной 800°C, в присутствии катализатора, содержащего оксид кобальта, нанесенного на алюмосиликатный носитель, полученный путем пропитки по влагопоглощению 100 г микросферического алюмосиликатного носителя водным раствором 64,2 г Co(NO3)2·6H2O, при температуре 90°C. Катализатор содержит 15,1 мас.% Co3O4, остальное (84,9) алюмосиликатный носитель.The experiment is carried out as in example 1, but the process is carried out at a temperature in the regeneration zone equal to 800 ° C in the presence of a catalyst containing cobalt oxide deposited on an aluminosilicate carrier obtained by moisture absorption of 100 g of a microspherical aluminosilicate carrier with an aqueous solution of 64.2 g Co (NO 3 ) 2 · 6H 2 O, at a temperature of 90 ° C. The catalyst contains 15.1 wt.% Co 3 O 4 , the rest (84.9) aluminosilicate carrier.
Конверсия сырья согласно примеру составляет 95,1%.The conversion of raw materials according to the example is 95.1%.
Удельный съем синтез-газа согласно примеру составляет 3,460 кг/(кг кат. · ч).The specific removal of synthesis gas according to the example is 3.460 kg / (kg cat. · H).
Показатели процесса приведены в таблице 1.The process indicators are shown in table 1.
Пример 6Example 6
Опыт проводят, как в примере 5, но температуру в зоне регенерации держат равной 1100°C.The experiment is carried out as in example 5, but the temperature in the regeneration zone is kept equal to 1100 ° C.
Конверсия сырья согласно примеру составляет 95,1%.The conversion of raw materials according to the example is 95.1%.
Удельный съем синтез-газа согласно примеру составляет 3,460 кг/(кг кат. · ч).The specific removal of synthesis gas according to the example is 3.460 kg / (kg cat. · H).
Показатели процесса приведены в таблице 1.The process indicators are shown in table 1.
Пример 7Example 7
Опыт проводят, как в примере 1, но процесс проводят при температуре в зоне реакции, равной 1100°C, и времени пребывания сырья в зоне реакции 0,1 с в присутствии катализатора, полученного путем пропитки по влагопоглощению 100 г микросферического оксида алюминия (полученного путем распылительной сушки суспензии гидроксида алюминия) 89,4 г Ni(NO3)2·6H2O, при температуре 90°C. Катализатор содержит 18,7 мас.% NiO, остальное (81,3) алюмооксидный носитель.The experiment is carried out as in example 1, but the process is carried out at a temperature in the reaction zone of 1100 ° C and a residence time of the raw material in the reaction zone of 0.1 s in the presence of a catalyst obtained by moisture absorption by impregnation of 100 g of microspherical alumina (obtained by spray drying a suspension of aluminum hydroxide) 89.4 g of Ni (NO 3 ) 2 · 6H 2 O, at a temperature of 90 ° C. The catalyst contains 18.7 wt.% NiO, the rest (81.3) alumina carrier.
Конверсия сырья согласно примеру составляет 20,4%.The conversion of raw materials according to the example is 20.4%.
Удельный съем синтез-газа согласно примеру составляет 19,147 кг/(кг кат. · ч).The specific removal of synthesis gas according to the example is 19.147 kg / (kg cat. · H).
Показатели процесса приведены в таблице 1.The process indicators are shown in table 1.
Пример 8Example 8
Опыт проводят, как в примере 7 при времени пребывания сырья в зоне реакции, равном 5,0 с, и температуре в реакторе 850°C.The experiment is carried out, as in example 7, with a residence time of the raw material in the reaction zone of 5.0 s and a temperature in the reactor of 850 ° C.
Конверсия сырья согласно примеру составляет 99,4%.The conversion of raw materials according to the example is 99.4%.
Удельный съем синтез-газа согласно примеру составляет 1,374 кг/(кг кат. · ч).The specific removal of synthesis gas according to the example is 1.374 kg / (kg cat. · H).
Показатели процесса приведены в таблице 1.The process indicators are shown in table 1.
Пример 9Example 9
Опыт проводят, как в примере 8, при времени пребывания сырья в зоне реакции, равном 10,0 с.The experiment is carried out, as in example 8, with a residence time of the raw material in the reaction zone equal to 10.0 s.
Конверсия сырья согласно примеру составляет 99,2%.The conversion of raw materials according to the example is 99.2%.
Удельный съем синтез-газа согласно примеру составляет 0,711 кг/(кг кат. · ч).The specific removal of synthesis gas according to the example is 0.711 kg / (kg cat. · H).
Показатели процесса приведены в таблице 1.The process indicators are shown in table 1.
Пример 10Example 10
Опыт проводят, как в примере 1, но в качестве метансодержащего сырья в лифт-реактор подают газовую смесь, состоящую из метана и этана с концентрацией последнего 20 об.%, а катализатор содержит оксид марганца, нанесенный на алюмосиликатный носитель, и получен путем пропитки по влагопоглощению 100 г микросферического алюмосиликатного носителя водным раствором 40,3 г Mn(NO3)2·6H2O, при температуре 90°C. Катализатор содержит 10,9 мас.% MnO2, остальное (89,1) алюмосиликатный носитель.The experiment is carried out as in example 1, but as a methane-containing feed, a gas mixture consisting of methane and ethane with a concentration of the latter of 20 vol% is fed to the elevator reactor, and the catalyst contains manganese oxide supported on an aluminosilicate carrier and obtained by impregnation with moisture absorption of 100 g of a microspherical aluminosilicate carrier with an aqueous solution of 40.3 g of Mn (NO 3 ) 2 · 6H 2 O, at a temperature of 90 ° C. The catalyst contains 10.9 wt.% MnO 2 , the rest (89.1) is an aluminosilicate carrier.
Конверсия сырья согласно примеру составляет 92,3%.The conversion of raw materials according to the example is 92.3%.
Удельный съем синтез-газа согласно примеру составляет 3,792 кг/(кг кат. · ч).The specific removal of synthesis gas according to the example is 3.792 kg / (kg cat. · H).
Показатели процесса приведены в таблице 1.The process indicators are shown in table 1.
Пример 11Example 11
Опыт проводят, как в примере 1, но в лифт-реактор подают реакционную газовую смесь, состоящую из метана и диоксида углерода с концентрацией последнего 10 об.%, а катализатор содержит оксид меди, нанесенный на алюмосиликатный носитель и получен путем пропитки по влагопоглощению 100 г микросферического алюмосиликатного носителя водным раствором 92,3 г Cu(NO3)2·6H2O, при температуре 90°C. Катализатор содержит 19,9 мас.% CuO, остальное (80,1) алюмосиликатный носитель.The experiment is carried out as in example 1, but a reaction gas mixture consisting of methane and carbon dioxide with a concentration of the latter of 10 vol% is fed into the elevator reactor, and the catalyst contains copper oxide deposited on an aluminosilicate carrier and obtained by moisture absorption by 100 g microspherical aluminosilicate carrier with an aqueous solution of 92.3 g Cu (NO 3 ) 2 · 6H 2 O, at a temperature of 90 ° C. The catalyst contains 19.9 wt.% CuO, the rest (80.1) aluminosilicate carrier.
Конверсия сырья согласно примеру составляет 91,6%.The conversion of raw materials according to the example is 91.6%.
Удельный съем синтез-газа согласно примеру составляет 3,436 кг/(кг кат. · ч).The specific removal of synthesis gas according to the example is 3.436 kg / (kg cat. · H).
Показатели процесса приведены в таблице 1.The process indicators are shown in table 1.
Пример 12Example 12
Опыт проводят, как в примере 1, но в лифт-реактор подают реакционную газовую смесь, состав которой приведен в таблице 2. Состав этой смеси соответствует усредненному составу попутных нефтяных газов (ПНГ) России и СНГ. Попутные газы - газообразные углеводороды, сопровождающие сырую нефть, в условиях пластового давления, растворенные в нефти и выделяющиеся в процессе ее добычи. Попутные газы содержат 30-80% метана, 10-26% этана, 7-22% пропана, 4-7% бутана и изобутана, 1-3% н-пентана и высших н-алканов. Также в этих газах содержатся сероводород, диоксид углерода, азот, инертные газы, меркаптаны. Средний газовый фактор нефтяных месторождений России - 95-112 куб. м/т (количество попутных газов в куб. м, приходящееся на 1 т добытой нефти) Для расчета усредненного состава модельной смеси (концентраций метана, этана, пропана и бутана) использовали данные состава попутных нефтяных газов некоторых нефтяных месторождений РФ и СНГ (таблица 3) [Лапидус А.Л., Голубева И.А., Жагфаров Ф.Г. Газохимия. М.: ЦентрЛитНефтеГаз, 2008].The experiment is carried out as in example 1, but a reaction gas mixture is supplied to the elevator reactor, the composition of which is given in table 2. The composition of this mixture corresponds to the average composition of associated petroleum gases (APG) of Russia and the CIS. Associated gases - gaseous hydrocarbons accompanying crude oil, under reservoir pressure conditions, dissolved in oil and released during its production. Associated gases contain 30-80% methane, 10-26% ethane, 7-22% propane, 4-7% butane and isobutane, 1-3% n-pentane and higher n-alkanes. Also, these gases contain hydrogen sulfide, carbon dioxide, nitrogen, inert gases, mercaptans. The average gas factor of Russian oil fields is 95-112 cubic meters. m / t (the amount of associated gases per cubic meter per 1 ton of extracted oil) To calculate the average composition of the model mixture (concentrations of methane, ethane, propane and butane), we used data on the composition of the associated gas of some oil fields in the Russian Federation and the CIS (table 3 ) [Lapidus A.L., Golubeva I.A., Zhagfarov F.G. Gas chemistry. M .: TsentrLitNefteGaz, 2008].
Концентрацию каждого компонента в составе модельной смеси рассчитывали:The concentration of each component in the composition of the model mixture was calculated:
ccpi=100·Σ(cij·pj)/Σ(Σ( cij·pj)i),c cpi = 100 · Σ (c ij · p j ) / Σ (Σ (c ij · p j ) i ),
где cij - концентрация i-го компонента в j-м месторождении,where c ij is the concentration of the i-th component in the j-th field,
pj - j-е месторождение.p j - j-th field.
Катализатор состоит из оксидов никеля, кобальта и церия, нанесенных на алюмосиликат и оксид алюминия.The catalyst consists of nickel, cobalt and cerium oxides supported on aluminosilicate and alumina.
Конверсия сырья согласно примеру составляет 97,6%.The conversion of raw materials according to the example is 97.6%.
Удельный съем синтез-газа согласно примеру составляет 4,739 кг/(кг кат.·ч).The specific removal of synthesis gas according to the example is 4.739 kg / (kg cat. · H).
Показатели процесса приведены в таблице 1.The process indicators are shown in table 1.
Мольное отношение H2/CO в получаемом синтез-газе составляет 2,1.The molar ratio of H 2 / CO in the resulting synthesis gas is 2.1.
Концентрация азота в газе регенерации составляет 99,1% об.The nitrogen concentration in the regeneration gas is 99.1% vol.
Как видно из таблицы 1, уменьшение времени пребывания сырья в зоне реакции ниже определенной величины (2 с) приводит к увеличению съема продукта, но снижению степени конверсии, что в свою очередь потребует разделения непрореагировавшего сырья от продуктов реакции. Увеличение времени пребывания сырья в зоне реакции до 10 с связано с уменьшением скорости потока, что может привести к переходу режима работы реактора из сквозного потока в полусквознопоточный и, соответственно, снижению съема продукта.As can be seen from table 1, a decrease in the residence time of the raw material in the reaction zone below a certain value (2 s) leads to an increase in product removal, but a decrease in the degree of conversion, which in turn will require separation of unreacted raw materials from the reaction products. An increase in the residence time of the raw material in the reaction zone up to 10 s is associated with a decrease in the flow rate, which can lead to a transition of the reactor operation mode from a through flow to a half-through flow and, accordingly, a decrease in product removal.
При снижении температуры реакции до 750°C падает конверсия и съем продукта.When the reaction temperature decreases to 750 ° C, the conversion and removal of the product decreases.
Таким образом, предложен способ получения синтез-газа, позволяющий в оптимальных условиях при высоких значениях конверсии метансодержащего сырья увеличить удельный съем синтез-газа в 20-30 раз по сравнению с прототипом при соотношении H2/CO в пределах 1,5-2,5, при исключении опасности взрыва и возгорания и низких энергозатратах.Thus, the proposed method for producing synthesis gas, which allows under optimal conditions at high values of the conversion of methane-containing raw materials to increase the specific removal of synthesis gas by 20-30 times compared with the prototype when the ratio of H 2 / CO in the range of 1.5-2.5 , with the exception of the danger of explosion and fire and low energy consumption.
Пример 13Example 13
Опыт проводят, как в примере 1, но катализатор в регенераторе окисляют кислородом.The experiment is carried out, as in example 1, but the catalyst in the regenerator is oxidized with oxygen.
Конверсия сырья согласно примеру составляет 95,1%.The conversion of raw materials according to the example is 95.1%.
Удельный съем синтез-газа согласно примеру составляет 3,460 кг/(кг кат. · ч).The specific removal of synthesis gas according to the example is 3.460 kg / (kg cat. · H).
Показатели процесса приведены в таблице 1.The process indicators are shown in table 1.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013141037/04A RU2547845C1 (en) | 2013-09-06 | 2013-09-06 | Catalyst, method for production thereof and method of producing synthesis gas |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013141037/04A RU2547845C1 (en) | 2013-09-06 | 2013-09-06 | Catalyst, method for production thereof and method of producing synthesis gas |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2547845C1 true RU2547845C1 (en) | 2015-04-10 |
RU2013141037A RU2013141037A (en) | 2015-04-10 |
Family
ID=53282191
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013141037/04A RU2547845C1 (en) | 2013-09-06 | 2013-09-06 | Catalyst, method for production thereof and method of producing synthesis gas |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2547845C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5780381A (en) * | 1994-12-15 | 1998-07-14 | Syncrude Technology Inc. | Cobalt/molybdenum/zirconium catalyst for Fischer-Tropsch synthesis |
RU2144844C1 (en) * | 1997-05-06 | 2000-01-27 | Институт катализа им.Г.К.Борескова СО РАН | Catalyst (its versions) and process of synthesis gas production |
RU2183987C1 (en) * | 2000-11-27 | 2002-06-27 | Открытое акционерное общество "Катализатор" | Catalyst for oxychlorination of ethylene into 1,2-dichloroethane and method of preparation thereof |
-
2013
- 2013-09-06 RU RU2013141037/04A patent/RU2547845C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5780381A (en) * | 1994-12-15 | 1998-07-14 | Syncrude Technology Inc. | Cobalt/molybdenum/zirconium catalyst for Fischer-Tropsch synthesis |
RU2144844C1 (en) * | 1997-05-06 | 2000-01-27 | Институт катализа им.Г.К.Борескова СО РАН | Catalyst (its versions) and process of synthesis gas production |
RU2183987C1 (en) * | 2000-11-27 | 2002-06-27 | Открытое акционерное общество "Катализатор" | Catalyst for oxychlorination of ethylene into 1,2-dichloroethane and method of preparation thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013141037A (en) | 2015-04-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4296094B2 (en) | Catalyst composition for dehydrogenation of alkylaromatic hydrocarbons | |
KR100201748B1 (en) | Process for removing nitrogen oxides from exhaust gases | |
EA022062B1 (en) | Fischer-tropsch catalysts | |
US3340011A (en) | Hydrogen production | |
CN102781574A (en) | Fischer-tropsch synthesis catalyst, manufacturing method therefor, and hydrocarbon manufacturing method | |
KR20210104656A (en) | Improved Mixed Metal Oxide Catalysts Useful for Paraffin Dehydrogenation | |
US9180435B2 (en) | Process for the preparation of a catalyst using a rapid drying stage and use thereof for Fischer-Tropsch synthesis | |
EP3900828A1 (en) | Catalyst having monolithic structure for reducing emission of nox in flue gas, preparation method therefor, and use method therefor | |
WO2014158095A1 (en) | Methanation catalyst | |
JPS61216735A (en) | Catalyst for reducing sox exhaust amount of fcc apparatus and reduction of sox | |
RU2638534C1 (en) | Catalyst of converting natural or associated gas into synthesis gas in autothermal riforming process and method of its production | |
US20020037937A1 (en) | Fischer-tropsch processes and catalysts using aluminum borate supports | |
CN107952495B (en) | Regeneration method and application of Fischer-Tropsch synthesis catalyst | |
JPS594175B2 (en) | Nitrogen oxide removal using coated catalysts | |
JPH01500571A (en) | Improved vanadium, rare earth metal-containing spinel compositions and methods of using the same | |
RU2493913C1 (en) | Method of producing cobalt catalyst for fischer-tropsch synthesis of liquid hydrocarbons | |
RU2547845C1 (en) | Catalyst, method for production thereof and method of producing synthesis gas | |
US3407149A (en) | Promoted catalyst for methane production | |
Shen et al. | Effect of micropores on the structure and CO2 methanation performance of supported Ni/SiO2 catalyst | |
US11168039B2 (en) | Mixed metal oxide catalyst useful for paraffin dehydrogenation | |
Kim et al. | Catalytic reduction of SO3 Stored in SOx transfer catalysts—A temperature-programmed reaction study | |
AU642029B2 (en) | Catalysts and catalysts precursors suitable for hydrocarbon synthesis | |
WO2019150306A1 (en) | Catalyst and method related for producing thereof | |
JP6769769B2 (en) | Methods for preparing catalysts intended for use in the Fischer-Tropsch reaction | |
RU2533731C2 (en) | Synthetic gas production method |