RU2556941C2 - Способ получения синтез-газа - Google Patents
Способ получения синтез-газа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2556941C2 RU2556941C2 RU2013141036/05A RU2013141036A RU2556941C2 RU 2556941 C2 RU2556941 C2 RU 2556941C2 RU 2013141036/05 A RU2013141036/05 A RU 2013141036/05A RU 2013141036 A RU2013141036 A RU 2013141036A RU 2556941 C2 RU2556941 C2 RU 2556941C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- catalyst
- reactor
- methane
- oxygen
- synthesis gas
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/584—Recycling of catalysts
Landscapes
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области нефтехимии и более конкретно к способу получения синтез-газа, который используется как исходное сырье, например, для синтеза метанола, диметилового эфира, углеводородов по методу Фишера-Тропша. Способ получения синтез-газа включает окислительную конверсию метансодержащего газа при температуре более 650°C в сквознопоточном лифт-реакторе с использованием в качестве окислителя микросферического или дробленого катализатора на основе оксидов металлов, способных к многократным окислительно-восстановительным переходам, при этом катализатор непрерывно проходит через лифт-реактор снизу вверх в потоке метансодержащего газа при времени пребывания сырья в зоне реакции 0,1-10 с, отделение выходящего из реактора катализатора от продукта и регенерацию катализатора путем окисления диоксидом углерода в регенераторе, из которого регенерированный катализатор поступает в реактор. Окислительную конверсию метансодержащего сырья и регенерацию восстановленного катализатора проводят параллельно и непрерывно. Изобретение позволяет повысить удельный съем продукта, снизить энергозатраты на транспорт кислородсодержащего агента, снизить опасность взрыва и возгорания, а также регулировать состав синтез-газа. 6 з.п. ф-лы, 1 табл., 9 пр.
Description
Изобретение относится к области нефтехимии и более конкретно к процессу парциального окисления метана в синтез-газ, смесь водорода и монооксида углерода, который известен как исходное сырье, например, для синтеза метанола, диметилового эфира, углеводородов по методу Фишера-Тропша.
Известен способ получения синтез-газа методом парциального окисления метана кислородом. Реакцию проводят при температуре 800-900°C. Получаемый синтез-газ состоит из водорода и монооксида углерода с мольным соотношением H2/CO, близким к 2 (Арутюнов B.C., Крылов О.В. Окислительные превращения метана. - М.: Наука, 1998).
Недостатком указанного способа является взрывоопасность процесса вследствие образования смесей метана с кислородом, а также высокая стоимость получения кислорода.
Известен способ получения синтез-газа (патент US 2665199 A, опубл. 05.01.1954, кл. C01B 3/30, C01B 3/44), согласно которому синтез-газ получают из газообразных углеводородов в присутствии твердых частиц оксида металла, находящихся в псевдоожиженном состоянии, в установке, состоящей из реактора и регенератора. В реакторе протекает окисление углеводородов кислородом, содержащимся в твердых частицах, в регенераторе происходит окисление твердых частиц оксида металла. Реакция окисления углеводородов проводится в псевдоожиженном слое, имеющем следующие недостатки:
- 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;
- среднее фиктивное время пребывания сырья в зоне реакции недостаточно малое, чтобы обеспечить максимально высокую селективность процесса.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ получения синтез-газа, описанный в патенте US 7540893.
Согласно способу, описанному в патенте US 7540893, синтез-газ получают путем парциального окисления легких углеводородов кислородом, содержащимся в твердых частицах катализатора (переносчика кислорода). Переносчик кислорода представляет собой оксид металла или смесь оксидов металлов. В способе описывается система для производства синтез-газа, включающая зону регенерации, в которую подается окислитель для окисления переносчиком кислорода и зону риформинга, в которой легкие углеводороды окисляются переносчиком кислорода с образованием водорода и монооксида углерода (синтез-газа).
Однако недостатком описанного способа является применение в качестве окислителя для проведения стадии регенерации переносчика кислорода обедненного кислородом воздуха, воздуха или обогащенного кислородом воздуха. Применение воздуха и обедненного кислородом воздуха в качестве окислителя ведет к снижению производительности оборудования, поскольку менее 21% от объема воздуха, поданного в зону регенерации, может эффективно использоваться для окисления катализатора (исходя из максимального содержания кислорода в воздухе), что приводит к нерациональным энергозатратам на транспорт остального объема (азота), не участвующего в окислении катализатора. Применение обогащенного кислородом воздуха ведет к дополнительным расходам на выделение кислорода из воздуха, что приводит к удорожанию получаемого с использованием в качестве сырья синтез-газа конечного продукта.
Изобретение предполагает использование в качестве окислителя (кислородсодержащего агента) диоксида углерода. Применение CO2 приводит к снижению объемного расхода кислородсодержащего агента и получению дополнительного количества монооксида углерода (и, соответственно, увеличению удельного съема синтез-газа). 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 с.).
Задача изобретения заключается в увеличении удельного съема продукта, а также в снижении энергозатрат на транспорт кислородсодержащего агента.
Решение поставленной задачи достигается тем, что предложен способ получения синтез-газа, включающий окислительную конверсию метансодержащего сырья при температуре более 650°C в реакторе с использованием в качестве окислителя микросферического или дробленого катализатора на основе оксидов металлов, способных к многократным окислительно-восстановительным переходам, и регенерацию восстановленного катализатора путем его окисления кислородсодержащим агентом в регенераторе, из которого регенерированный катализатор поступает в реактор, в котором окислительную конверсию проводят в сквознопоточном лифт-реакторе, через который катализатор непрерывно проходит снизу вверх в потоке метансодержащего сырья 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, где в качестве кислородсодержащего агента используют диоксид углерода, причем окислительную конверсию метансодержащего сырья и регенерацию восстановленного катализатора проводят параллельно и непрерывно.
Окислительную конверсию предпочтительно проводят при температуре 850-1100°C, наиболее предпочтительно 850°C.
Регенерацию катализатора предпочтительно проводят в псевдоожиженном, форсированном псевдоожиженном или полусквозном потоке.
Как кислородсодержащий агент может быть дополнительно использован кислород или воздух путем добавления его к диоксиду углерода.
Продукт реакции диоксида углерода с оксиднометаллическим катализатором (газ регенерации) - монооксид углерода - смешивают с газом, выходящим из реактора, для регулирования мольного отношения Н2/СО в полученном синтез-газе.
Также для регулирования мольного отношения Н2/СО в синтез-газе в лифт-реактор дополнительно подают водяной пар, или диоксид углерода, или их смесь.
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.].
Реакторы, работающие в двух последних режимах, называют сквознопоточными (лифт-реакторы).
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.
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.
Процесс является непрерывным и состоит из следующих стадий:
- конверсия углеводородного сырья в синтез-газ (с восстановлением катализатора до металлического состояния);
- регенерация катализатора (с окислением его металлических компонентов).
Стадии окисления и восстановления катализатора проходят параллельно и непрерывно.
Таким образом, осуществляется непрерывная циркуляция катализатора и обеспечивается перенос кислорода из зоны регенерации в зону реакции, а также сводятся материальный и тепловой балансы.
Достигаемый технический результат заключается:
в повышении удельного съема продукта,
увеличении эффективности окисления катализатора, выражающейся в снижении энергозатрат на транспорт кислородсодержащего агента,
в снижении опасности взрыва и возгорания,
в возможности регулирования состава синтез-газа.
Нижеследующие примеры иллюстрируют и поясняют предлагаемое техническое решение, но никоим образом не ограничивают его.
Пример 1 (Сравнительный)
В нижнюю часть лифт-реактора подают метан, который контактирует с микросферическим катализатором, поступающим из регенератора. Катализатор состоит из оксидов никеля и кобальта, нанесенных на оксид алюминия и имеет состав 4,0% NiO+4,3% Co3O4+91,7% Al2O3 (мас.%). 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 реакции
СН4+[O]→СО+2Н2
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.
Конверсию сырья рассчитывают как отношение количества превращенного сырья к исходному, выраженное в %:
X - конверсия сырья, мас.%;
mf - масса сырья, кг;
mp - масса углеводородов в продуктах, кг.
Мольное отношение Н2/СО рассчитывают как отношение количества водорода к количеству монооксида углерода в продуктах реакции:
Показатели процесса приведены в таблице 1.
Пример 2
Опыт проводят, как в примере 1, но температуру в зоне реакции поддерживают равной 700°C, в качестве кислородсодержащего агента в регенератор подают диоксид углерода, а монооксид углерода, выходящий из регенератора, - газ регенерации - направляют на смешение с газом, выходящим из реактора, с получением синтез-газа.
Конверсия метана согласно примеру составляет 80,4%, продукты реакции и регенерации не содержат азота.
Показатели процесса приведены в таблице 1.
Пример 3
Опыт проводят, как в примере 2, но температуру в зоне реакции поддерживают равной 850°C.
Конверсия метана согласно примеру составляет 95,1%, продукты реакции и регенерации не содержат азота.
Показатели процесса приведены в таблице 1.
Пример 4
Опыт проводят, как в примере 1, но температуру в зоне реакции поддерживают равной 950°C, а в качестве кислородсодержащего агента в регенератор подают газовую смесь, состоящую из воздуха и диоксида углерода с концентрацией последнего 50 об.%
Конверсия метана согласно примеру составляет 99,4%.
Показатели процесса приведены в таблице 1.
Пример 5
Опыт проводят, как в примере 4, но в качестве кислородсодержащего агента в регенератор подают газовую смесь, состоящую из кислорода и диоксида углерода с концентрацией последнего 50 об.%, а монооксид углерода, выходящий из регенератора, - газ регенерации - направляют на смешение с газом, выходящим из реактора, с получением синтез-газа.
Конверсия метана согласно примеру составляет 99,5%.
Показатели процесса приведены в таблице 1.
Пример 6
Опыт проводят, как в примере 3, но температуру в зоне реакции поддерживают равной 1000°C, а в лифт-реактор подают газовую реакционную смесь, состоящую из метана и водяного пара с концентрацией последнего 50 об.%
Конверсия метана согласно примеру составляет 99,6%.
Показатели процесса приведены в таблице 1.
Пример 7
Опыт проводят, как в примере 2, но температуру в зоне реакции поддерживают равной 1100°C.
Конверсия метана согласно примеру составляет 99,7%, продукты реакции и регенерации не содержат азота.
Показатели процесса приведены в таблице 1.
Пример 8
Опыт проводят, как в примере 3, но процесс проводят в присутствии катализатора, содержащего оксид кобальта, нанесенного на оксид алюминия и имеющего состав 7,5% Co3O4+92,5% Al2O3, при температуре в зоне регенерации равной 800°C, а в лифт-реактор подают реакционную газовую смесь, состоящую из метана и диоксида углерода с концентрацией последнего 20 об.%
Конверсия метана согласно примеру составляет 95,1%.
Показатели процесса приведены в таблице 1.
Пример 9
Опыт проводят как в примере 8, но процесс проводят в присутствии катализатора, содержащего оксид кобальта, нанесенного на оксид алюминия при температуре в зоне регенерации 1100°C, а в лифт-реактор подают реакционную газовую смесь, состоящую из метана, диоксида углерода с концентрацией 20 об.% и водяного пара с концентрацией 30 об.%.
Конверсия метана согласно примеру составляет 95,1%. Показатели процесса приведены в таблице 1.
Claims (7)
1. Способ получения синтез-газа, включающий окислительную конверсию метансодержащего сырья при температуре более 650°C в реакторе с использованием в качестве окислителя микросферического или дробленого катализатора на основе оксидов металлов, способных к многократным окислительно-восстановительным переходам, и регенерацию восстановленного катализатора путем его окисления кислородсодержащим агентом в регенераторе, из которого регенерированный катализатор поступает в реактор, отличающийся тем, что окислительную конверсию проводят в сквознопоточном лифт-реакторе, через который катализатор непрерывно проходит снизу вверх в потоке метансодержащего сырья 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, где в качестве кислородсодержащего агента используют диоксид углерода, причем окислительную конверсию метансодержащего сырья и регенерацию восстановленного катализатора проводят параллельно и непрерывно.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что окислительную конверсию проводят при температуре 850-1100°C.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что окислительную конверсию проводят при температуре 850°С.
4. Способ по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что регенерацию катализатора проводят в псевдоожиженном, или форсированном псевдоожиженном, или полусквозном потоке.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в качестве кислородсодержащего агента дополнительно используют кислород или воздух путем добавления его к диоксиду углерода.
6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что полученный газ регенерации смешивают с газом, выходящим из реактора, с получением синтез-газа.
7. Способ по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что в лифт-реактор дополнительно подают водяной пар, или диоксид углерода, или их смесь.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013141036/05A RU2556941C2 (ru) | 2013-09-06 | 2013-09-06 | Способ получения синтез-газа |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013141036/05A RU2556941C2 (ru) | 2013-09-06 | 2013-09-06 | Способ получения синтез-газа |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013141036A RU2013141036A (ru) | 2015-03-20 |
RU2556941C2 true RU2556941C2 (ru) | 2015-07-20 |
Family
ID=53285337
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013141036/05A RU2556941C2 (ru) | 2013-09-06 | 2013-09-06 | Способ получения синтез-газа |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2556941C2 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU465897A1 (ru) * | 1971-02-19 | 1984-10-07 | Институт нефтехимического синтеза им.А.В.Топчиева | Способ получени водородсодержащего газа |
US5792482A (en) * | 1994-02-21 | 1998-08-11 | Fujitsu Limited | Apparatus for producing a plastic molded product |
RU2201392C2 (ru) * | 1997-04-11 | 2003-03-27 | Чиеда Корпорейшн | Способ получения синтез-газа |
US6833013B1 (en) * | 2000-01-13 | 2004-12-21 | Snamprogetti S.P.A. | Process for the production of synthesis gas |
US7540893B2 (en) * | 2005-12-06 | 2009-06-02 | General Electric Company | System and method for producing synthesis gas |
-
2013
- 2013-09-06 RU RU2013141036/05A patent/RU2556941C2/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU465897A1 (ru) * | 1971-02-19 | 1984-10-07 | Институт нефтехимического синтеза им.А.В.Топчиева | Способ получени водородсодержащего газа |
US5792482A (en) * | 1994-02-21 | 1998-08-11 | Fujitsu Limited | Apparatus for producing a plastic molded product |
RU2201392C2 (ru) * | 1997-04-11 | 2003-03-27 | Чиеда Корпорейшн | Способ получения синтез-газа |
US6833013B1 (en) * | 2000-01-13 | 2004-12-21 | Snamprogetti S.P.A. | Process for the production of synthesis gas |
US7540893B2 (en) * | 2005-12-06 | 2009-06-02 | General Electric Company | System and method for producing synthesis gas |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013141036A (ru) | 2015-03-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5411133B2 (ja) | 二酸化炭素の合成ガスへの接触水素化 | |
JP6479677B2 (ja) | 水素、一酸化炭素及び炭素含有生成物の並行製造 | |
US9243190B2 (en) | Method and apparatus for producing chemicals from a methane-containing gas | |
US20170226029A1 (en) | Methods of producing ethylene and synthesis gas by combining the oxidative coupling of methane and dry reforming of methane reactions | |
WO2009113714A1 (ja) | 天然ガスから液状炭化水素を製造する方法 | |
US20170369311A1 (en) | Methods for conversion of methane to syngas | |
US20120018678A1 (en) | Selective Oxidation Agent of Hydrocarbons to Synthesis Gas Based on Separate Particles of O-Carrier and Hydrocarbon Activator | |
WO2014078119A1 (en) | Renewable hydrogen production catalysts from oxygenated feedstocks | |
RU2670756C9 (ru) | Синтез фишера-тропша | |
RU2556941C2 (ru) | Способ получения синтез-газа | |
AU2003248003A1 (en) | Regeneration of partial oxidation catalysts | |
US20090114881A1 (en) | Process for Conversion of Natural Gas to Syngas Using a Solid Oxidizing Agent | |
WO2011089377A2 (en) | Process for the conversion of synthesis gas | |
MXPA04001626A (es) | Proceso para produccion de hidrocarburos. | |
EA016875B1 (ru) | Способ стабилизации эксплуатационных характеристик катализатора реакции фишера-тропша | |
EA030387B1 (ru) | Способ получения парафинового продукта | |
RU2533731C2 (ru) | Способ получения синтез-газа | |
CN113597422A (zh) | 通过co2再循环的具有较高碳利用率的甲醇生产方法 | |
CN106391019B (zh) | 用于制备意图在费托反应中使用的催化剂的方法 | |
AU2014204520B2 (en) | A Reaction Method and Reactor | |
US11591531B2 (en) | Conversion of catalytic coke into synthetic gas from a fluid catalytic cracking (FCC) process using a chemical looping system and methods related thereto | |
CN104661719B (zh) | 对外部回路温度进行控制的由合成气合成烃的方法 | |
RU2547845C1 (ru) | Катализатор, способ его получения и способ получения синтез-газа | |
CN113574040B (zh) | 甲醇生产方法 | |
KR20240055738A (ko) | 에탄올을 사용한 에탄 odh 생성물 스트림으로부터의 산소 제거 |