RU2571147C1 - Method of methane conversion - Google Patents

Method of methane conversion Download PDF

Info

Publication number
RU2571147C1
RU2571147C1 RU2014123392/05A RU2014123392A RU2571147C1 RU 2571147 C1 RU2571147 C1 RU 2571147C1 RU 2014123392/05 A RU2014123392/05 A RU 2014123392/05A RU 2014123392 A RU2014123392 A RU 2014123392A RU 2571147 C1 RU2571147 C1 RU 2571147C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
methane
containing gas
gas
hydrogen
oxygen
Prior art date
Application number
RU2014123392/05A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Яковлевич Столяревский
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority to RU2014123392/05A priority Critical patent/RU2571147C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2571147C1 publication Critical patent/RU2571147C1/en

Links

Landscapes

  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to method for obtaining hydrogen, hydrogen-methane mixture, synthesis-gas, which mainly contains H2 and CO, for production of hydrogen, alcohols, ammonia, dimethyl ether, ethylene for Fischer-Tropsch processes and can be applied in chemical industry for processing of hydrocarbon gases, as well as in technologies of application of hydrogen-methane mixture. Method of methane conversion with obtaining hydrogen-containing gas, in which as raw material source methane-containing gas is applied, its adiabatic oxidation is carried out in catalytic reaction of partial oxidation with water steam and oxygen-containing gas, before mixing with methane-containing gas and oxygen-containing gas electric overheating of water steam to temperature 750-950°C is carried out. Obtaining water steam is carried out in heating heat-exchanger due to heat discharge from products of partial oxidation of methane-containing gas to condensate, which is formed when products of partial methane-containing gas oxidation are cooled.
EFFECT: invention makes it possible to increase efficiency of methane conversion and other lower alkanes and thermodynamic efficiency of method, reduce metal consumption and reduce content of ballast gases in produced gas.
9 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к способу получения водородсодержащего газа, водорода, водород-метановой смеси, синтез-газа, содержащего в основном H2 и CO, для производства водорода, спиртов, аммиака, диметилового эфира, этилена, для процессов Фишера-Тропша и может быть использовано в химической промышленности для переработки углеводородных газов, а также в технологиях применения водород-метановой смеси.The invention relates to a method for producing a hydrogen-containing gas, hydrogen, a hydrogen-methane mixture, synthesis gas containing mainly H 2 and CO, for the production of hydrogen, alcohols, ammonia, dimethyl ether, ethylene, for Fischer-Tropsch processes and can be used in chemical industry for the processing of hydrocarbon gases, as well as in technologies for the use of hydrogen-methane mixtures.

Известен способ получения синтез-газа, содержащего в основном H2 и CO, для производства спиртов, аммиака, диметилового эфира, этилена, для процессов Фишера-Тропша, описанный в патенте RU №2228901, дата публ. 2004.05.20, МПК C01B 3/38. Известный способ получения синтез-газа с заданным соотношением H2/CO в диапазоне от 1,0 до 2,0 включает две стадии: стадию А) парциального окисления и стадию Б) конверсии остаточного метана с продуктами стадии А) на катализаторе. Стадию А) парциального окисления проводят в две ступени: а) некаталитического парциального окисления природного газа кислородом с получением в продуктах реакции неравновесного содержания H2O и CH4 при мольном соотношении кислорода и метана, примерно равном 0,76-0,84, б) конверсии продуктов реакции ступени а) с корректирующими добавками CO2 и H2O или H2O и CH4 с получением газовой смеси, которая проходит конверсию остаточного метана водяным паром на катализаторе. Способ позволяет производить синтез-газ с составом, который отвечает заданному соотношению CO/H2. Способ можно использовать для получения водорода, а также исходного сырья для дальнейших процессов синтеза спиртов, диметилового эфира, аммиака или других крупнотоннажных химических продуктов.A known method of producing synthesis gas containing mainly H 2 and CO, for the production of alcohols, ammonia, dimethyl ether, ethylene, for the Fischer-Tropsch processes described in patent RU No. 2228901, date publ. 2004.05.20, IPC C01B 3/38. The known method for producing synthesis gas with a given H 2 / CO ratio in the range from 1.0 to 2.0 includes two stages: stage A) partial oxidation and stage B) conversion of residual methane with the products of stage A) on the catalyst. Stage A) partial oxidation is carried out in two stages: a) non-catalytic partial oxidation of natural gas with oxygen to obtain a non-equilibrium content of H 2 O and CH 4 in the reaction products at a molar ratio of oxygen and methane of approximately 0.76-0.84, b) the conversion of reaction products of step a) with corrective additives CO 2 and H 2 O or H 2 O and CH 4 to obtain a gas mixture that undergoes the conversion of residual methane with water vapor on the catalyst. The method allows the production of synthesis gas with a composition that corresponds to a given ratio of CO / H 2 . The method can be used to produce hydrogen, as well as feedstock for further processes for the synthesis of alcohols, dimethyl ether, ammonia or other large-capacity chemical products.

Однако описанный способ обладает рядом недостатков, к которым можно отнести функциональные и экономические ограничения применения способа, связанные с необходимостью подачи больших расходов кислорода (превышающих по массе расход конвертируемого природного газа), производство которого требует больших энергетических (до 1000 кВт·ч/т) и капитальных затрат (до 1500 дол. США/кг·ч-1). Серьезной проблемой также является сажеобразование, резко снижающее активность катализаторов.However, the described method has several disadvantages, which include functional and economic limitations of the application of the method associated with the need to supply high oxygen consumption (exceeding the mass consumption of convertible natural gas), the production of which requires large energy (up to 1000 kW · h / t) and capital costs (up to 1,500 US dollars / kg · h -1 ). A serious problem is also soot formation, which sharply reduces the activity of catalysts.

Известен способ получения водородсодержащего газа из углеводородного сырья, водяных паров, воздуха, который включает компримирование и очистку сырья от соединений серы, паровую и паровоздушную каталитическую конверсию метана, конверсию оксида углерода, очистку полученной азотоводородной смеси от кислородсодержащих соединений, компримирование, использование неочищенного от соединений серы сырья в качестве топлива, утилизацию тепла дымовых газов и выделение их в окружающую среду и отличается тем, что часть сырья, равную 0,001-0,048 от количества углеводородного сырья, прошедшего очистку от соединений серы, сжигают в смеси с компримированным воздухом, а полученные дымовые газы в количестве 0,0146-1,685 от количества воздуха, направляемого на паровоздушную каталитическую конверсию метана, подают на паровоздушную каталитическую конверсию метана (патент RU 2196733, дата публ. 20.01.2003 - прототип).A known method of producing hydrogen-containing gas from hydrocarbon raw materials, water vapor, air, which includes compression and purification of raw materials from sulfur compounds, steam and steam-air catalytic conversion of methane, conversion of carbon monoxide, purification of the obtained nitrogen-hydrogen mixture from oxygen-containing compounds, compression, the use of crude sulfur compounds raw materials as fuel, the utilization of flue gas heat and their release into the environment and differs in that a part of the raw material equal to 0.001-0.048 from The hydrocarbon raw materials that have been purified from sulfur compounds are burned in a mixture with compressed air, and the resulting flue gases in the amount of 0.0146-1.685 of the amount of air sent to the steam-air catalytic conversion of methane are fed to the steam-air catalytic conversion of methane (patent RU 2196733, Publication date 01/20/2003 - prototype).

К недостаткам способа следует отнести высокие капитальные затраты и металлоемкость процесса, сниженная эффективность использования сырья, низкая термодинамическая эффективность способа, связанная с затратами на компримирование воздуха, низкая степень конверсии метана и высокое содержание балластных газов (азот, аргон) в продуцируемом газе.The disadvantages of the method include high capital costs and metal consumption of the process, reduced efficiency of use of raw materials, low thermodynamic efficiency of the method associated with the cost of air compression, low methane conversion and high content of ballast gases (nitrogen, argon) in the produced gas.

Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать новый способ, позволяющий повысить эффективность конверсии метана и других низших алканов и термодинамическую эффективность способа, снизить капитальные затраты и металлоемкость, уменьшить содержание балластных газов (азот, аргон) в продуцируемом газе.The purpose of the present invention is to create a new method that allows to increase the conversion efficiency of methane and other lower alkanes and the thermodynamic efficiency of the method, reduce capital costs and metal consumption, reduce the content of ballast gases (nitrogen, argon) in the produced gas.

Поставленная задача решается тем, чтоThe problem is solved in that

в способе конверсии метана с получением водородсодержащего газа, в котором в качестве источника сырья используют метансодержащий газ, проводят его адиабатическое окисление в каталитической реакции парциального окисления водяным паром и кислородсодержащим газом, перед смешением с метансодержащим газом и кислородсодержащим газом проводят электрический перегрев водяного пара до температуры 750-950°С.in a methane conversion method to produce a hydrogen-containing gas, in which a methane-containing gas is used as a source of raw material, adiabatic oxidation is carried out in a catalytic partial oxidation reaction with water vapor and an oxygen-containing gas, before the mixture is mixed with a methane-containing gas and an oxygen-containing gas, the water is overheated to a temperature of 750 -950 ° C.

Кроме того,Besides,

- получение водяного пара производят в нагревающем теплообменнике за счет отвода тепла от продуктов парциального окисления метансодержащего газа к конденсату, образующемуся при охлаждении продуктов парциального окисления метансодержащего газа,- water vapor is produced in a heating heat exchanger due to heat removal from the products of the partial oxidation of methane-containing gas to the condensate formed by cooling the products of the partial oxidation of methane-containing gas,

- в качестве кислородсодержащего газа используют кислород, который получают путем электролиза конденсата, образующегося при охлаждении продуктов парциального окисления метансодержащего газа,- oxygen is used as an oxygen-containing gas, which is obtained by electrolysis of the condensate formed by cooling the products of the partial oxidation of methane-containing gas,

- при перегреве водяного пара в качестве нагревающего элемента используют дуговой или высокочастотный плазматрон или элементы, нагреваемые за счет электрического сопротивления,- when overheating water vapor, an arc or high-frequency plasmatron or elements heated by electrical resistance are used as a heating element,

- проводят получение водяного пара за счет охлаждения водородсодержащего газа,- carry out the production of water vapor by cooling a hydrogen-containing gas,

- в реакторе адиабатического окисления метансодержащего газа водяным паром и кислородсодержащим газом поддерживают температуру в диапазоне от 500°С до 800°С,- in the adiabatic oxidation reactor of methane-containing gas with water vapor and oxygen-containing gas, the temperature is maintained in the range from 500 ° C to 800 ° C,

- метансодержащий газ содержит низшие алканы, включая метан,- methane-containing gas contains lower alkanes, including methane,

- давление метансодержащего газа выбирают в диапазоне от 0.1 до 9.0 МПа,- the pressure of methane-containing gas is selected in the range from 0.1 to 9.0 MPa,

- температуру перегрева водяного пара увеличивают при уменьшении нагрузки в электрической сети,- the temperature of the superheat of water vapor is increased by reducing the load in the electrical network,

- парциальное окисление кислородсодержащим газом ведут в реакторе парциального окисления в присутствии катализатора окисления, выбранного из ряда никель, рутений, родий, палладий, иридий, нанесенных на огнеупорные оксиды, такие как кордиерит, муллит, оксид хрома, титанат алюминия, шпинели, диоксид циркония и оксид алюминия,- partial oxidation with an oxygen-containing gas is carried out in a partial oxidation reactor in the presence of an oxidation catalyst selected from a number of nickel, ruthenium, rhodium, palladium, iridium supported on refractory oxides such as cordierite, mullite, chromium oxide, aluminum titanate, spinels, zirconia and aluminium oxide,

- объемное содержание водяного пара перед адиабатической реакцией поддерживают в диапазоне, от 4 до 12 раз большем, чем объемное содержание метана в метансодержащем газе,- the volumetric content of water vapor before the adiabatic reaction is maintained in the range from 4 to 12 times greater than the volumetric content of methane in the methane-containing gas,

- после отделения конденсата от продуктов парциального окисления метансодержащего газа получают синтез-газ, который направляют на синтез метанола или моторного топлива.- after separating the condensate from the products of partial oxidation of methane-containing gas, synthesis gas is obtained, which is sent to the synthesis of methanol or motor fuel.

На чертеже дана схема реализации способа, где 1 - метансодержащий газ, 2 - смеситель, 3 - кислород, 4 - перегретый водяной пар, 5 - пароперегреватель, 6 - поток реакционного газа, 7 - реактор, 8 - катализаторная насадка, 9 - нагретый синтез-газ, 10 - теплообменник, 11 - влажный синтез-газ, 12 - питательная вода, 13 - водяной пар, 14 - сепаратор, 15 - конденсат, 16 - синтез-газ, 17 - нагревающий элемент, 18 - подвод электроэнергии, 19 - подвод электроэнергии к электролизеру, 20 - электролизер, 21 - кислород, 22 - емкость кислорода, 23 - водород, 24 - емкость водорода, 25 - товарный водород, 26 - кислородсодержащий газ.The drawing shows a diagram of the implementation of the method, where 1 is methane-containing gas, 2 is a mixer, 3 is oxygen, 4 is superheated water vapor, 5 is a superheater, 6 is a reaction gas stream, 7 is a reactor, 8 is a catalyst nozzle, 9 is heated synthesis -gas, 10 - heat exchanger, 11 - wet synthesis gas, 12 - feed water, 13 - water vapor, 14 - separator, 15 - condensate, 16 - synthesis gas, 17 - heating element, 18 - power supply, 19 - supply of electricity to the electrolyzer, 20 - electrolyzer, 21 - oxygen, 22 - oxygen capacity, 23 - hydrogen, 24 - hydrogen capacity, 25 - commercial hydrogen, 2 6 - oxygen-containing gas.

Примером реализации изобретения служит способ конверсии метансодержащего газа, описанный ниже. В излагаемом примере осуществления изобретения в качестве метансодержащего газа 1 применяется природный газ - метан, что позволяет охарактеризовать особенности реализации изобретения применительно к процессам переработки природного и попутного газов.An example implementation of the invention is the methane-containing gas conversion method described below. In the described embodiment of the invention, methane-containing gas 1 uses natural gas - methane, which allows us to characterize the features of the invention in relation to the processing of natural and associated gases.

Общий поток метансодержащего газа 1 с давлением 3.0 МПа подвергают очистке от соединений серы (если они содержатся в виде примесей в природном газе) в пересчете на серу до массовой концентрации серы менее 0.5 мг/нм3, смешивают в смесителе 2 с перегретым потоком водяного пара высокого давления 4, а также с кислородсодержащим газом 3, в качестве которого может применяться воздух или кислород, и полученную реакционную парогазовую смесь 6 подают в адиабатический реактор конверсии 7, в котором на катализаторной насадке 8 проводят конверсию парогазовой смеси с образованием нагретого синтез-газа 9, который потом могут направить на каталитическую конверсию монооксида углерода с последующим выводом из синтез-газа 9 диоксида углерода, используемого как товарный продукт или для захоронения в соответствии с Киотскими соглашениями. В последнем случае технология не имеет выброса парниковых газов.The total flow of methane-containing gas 1 with a pressure of 3.0 MPa is subjected to purification from sulfur compounds (if they are contained as impurities in natural gas) in terms of sulfur to a mass sulfur concentration of less than 0.5 mg / nm 3 , mixed in mixer 2 with a superheated high-pressure steam stream pressure 4, as well as with an oxygen-containing gas 3, which can be used as air or oxygen, and the resulting reaction gas-vapor mixture 6 is fed to an adiabatic conversion reactor 7, in which the conversion of vapor gases is carried out on the catalyst nozzle 8 mixture with the formation of heated synthesis gas 9, which can then be sent to the catalytic conversion of carbon monoxide, followed by removal of carbon dioxide from synthesis gas 9, used as a commercial product or for disposal in accordance with Kyoto agreements. In the latter case, the technology does not have greenhouse gas emissions.

После отделения конденсата 15 от продуктов парциального окисления метансодержащего газа 11 получают синтез-газ 16, который направляют на синтез метанола или моторного топлива в установке синтеза.After separating the condensate 15 from the products of the partial oxidation of methane-containing gas 11, synthesis gas 16 is obtained, which is sent to the synthesis of methanol or motor fuel in a synthesis unit.

Перед смешением с метансодержащим газом 1 и кислородсодержащим газом 3 проводят электрический перегрев водяного пара до температуры 750-950°С, в качестве нагревающего элемента 17 используют дуговой или высокочастотный плазматрон или элементы, нагреваемые за счет электрического сопротивления, при подводе электроэнергии 18.Before mixing with methane-containing gas 1 and oxygen-containing gas 3, water vapor is overheated to a temperature of 750-950 ° С, arc or high-frequency plasmatron or elements heated by electric resistance are used as heating element 17 when supplying electricity 18.

В реакторе парциального окисления 7 реакцию ведут в зернистом слое в присутствии катализатора окисления, выбранного из ряда никель, рутений, родий, палладий, иридий, нанесенных на огнеупорные оксиды, такие как кордиерит, муллит, оксид хрома, титанат алюминия, шпинели, диоксид циркония и оксид алюминия.In the partial oxidation reactor 7, the reaction is carried out in a granular layer in the presence of an oxidation catalyst selected from the series nickel, ruthenium, rhodium, palladium, iridium supported on refractory oxides such as cordierite, mullite, chromium oxide, aluminum titanate, spinel, zirconia and aluminium oxide.

В качестве кислородсодержащего газа 26 используют сжатый воздух или выхлопные газы газовой турбины высокого давления, а также кислород 3, который подают из емкости кислорода 22.As oxygen-containing gas 26, compressed air or exhaust gases of a high pressure gas turbine are used, as well as oxygen 3, which is supplied from the oxygen tank 22.

Объемное содержание водяного пара 4 перед адиабатической реакцией поддерживают в диапазоне, от 4 до 12 раз большем, чем объемное содержание метана в метансодержащем газе 1. При снижении отношения пар/газ ниже 2 снижается эффективность процесса и растут капитальные затраты, что связано либо с необходимостью увеличить поток рециркуляции газов в связи с низкой степенью конверсии при указанной ниже температуре нагрева потока, либо с необходимостью увеличить температуру нагрева потока свыше 1000-1200°С, что заставит использовать более дорогие материалы для теплообменника. Повышение отношения пар-газ свыше 8 также вызовет снижение эффективности процесса в связи с необходимостью производить избыточный водяной пар.The volumetric content of water vapor 4 before the adiabatic reaction is maintained in the range from 4 to 12 times greater than the volumetric content of methane in methane-containing gas 1. When the steam / gas ratio is lower than 2, the process efficiency decreases and capital costs increase, which is either connected with the need to increase gas recirculation flow due to a low degree of conversion at the flow heating temperature indicated below, or with the need to increase the heating temperature of the flow above 1000-1200 ° C, which will force the use of more expensive materials rials for the heat exchanger. Increasing the steam-gas ratio over 8 will also cause a decrease in the efficiency of the process due to the need to produce excess water vapor.

В адиабатическом реакторе 7, соответственно, поддерживают температуру в диапазоне ориентировочно от 500°С до 800°С. Насадка катализатора адиабатического реактора конверсии 8 содержит в качестве активных компонентов металл, выбранный из группы родий, никель, платина, иридий, палладий, железо, кобальт, рений, рутений, медь, цинк, железо, их смеси или соединения. В качестве катализатора адиабатического реактора конверсии 8 предпочтительно использовать никелевый катализатор типа НИАП-03-01 или катализаторы марки KATALCO 25-4Q и KATALCO 57-4Q компании Johnson Matthey. Состав катализатора с изменением содержания платиноидов, а также металлов, влияющих на кинетику окисления оксида углерода водяным паром (реакция сдвига), позволит управлять содержанием водорода в конечном продукте.In the adiabatic reactor 7, respectively, the temperature is maintained in the range of approximately 500 ° C to 800 ° C. The catalyst nozzle of the adiabatic conversion reactor 8 contains, as active components, a metal selected from the group of rhodium, nickel, platinum, iridium, palladium, iron, cobalt, rhenium, ruthenium, copper, zinc, iron, mixtures or compounds thereof. As a catalyst for the adiabatic conversion reactor 8, it is preferable to use a NIAP-03-01 type nickel catalyst or Johnson Matthey KATALCO 25-4Q and KATALCO 57-4Q catalysts. The composition of the catalyst with a change in the content of platinoids, as well as metals that affect the kinetics of oxidation of carbon monoxide by water vapor (shear reaction), will allow you to control the hydrogen content in the final product.

В метансодержащем газе 1 содержатся низшие алканы, включая метан, что позволяет использовать для получения продукта легкие углеводороды различного типа: попутные газы, газы коксования, газ угольных пластов, продукты ферментации сельскохозяйственных или муниципальных отходов и газообразные потоки нефтепереработки, что расширяет сферу применения предложенного способа. Давление потоков выбирают в диапазоне ориентировочно от 0.1 до 9.0 МПа, что позволяет уменьшить размеры аппаратов, снизить газодинамические потери и затраты на компримирование.Methane-containing gas 1 contains lower alkanes, including methane, which makes it possible to use light hydrocarbons of various types to produce the product: associated gases, coking gases, coal seam gas, fermentation products of agricultural or municipal wastes and gaseous refining streams, which expands the scope of the proposed method. The pressure of the flows is selected in the range of approximately from 0.1 to 9.0 MPa, which allows to reduce the size of the apparatus, to reduce gas-dynamic losses and the cost of compression.

Из синтез-газа 16 в узле выделения водорода (не показан) могут выделять водород с помощью мембранной диффузии, короткоцикловой адсорбции или высокотемпературного электрохимического фильтра с протонной проводимостью. Задачи извлечения и концентрирования водорода в циклах нефте- и газоперерабатывающих производств успешно решаются с помощью мембранных и адсорбционных водородных установок. В частности, адсорбционные установки ГРАСИС, работающие на сверхкоротком цикле, предназначены для производства высокочистого водорода из газовых потоков и позволяют получать водород с чистотой до 99,9995% при минимальном падении давления в процессе разделения.Hydrogen can be extracted from synthesis gas 16 in a hydrogen evolution unit (not shown) by membrane diffusion, short-cycle adsorption, or a high-temperature electrochemical filter with proton conductivity. The tasks of extracting and concentrating hydrogen in the cycles of oil and gas refining industries are successfully solved with the help of membrane and adsorption hydrogen plants. In particular, the GRASYS adsorption units operating on an ultrashort cycle are designed to produce high-purity hydrogen from gas streams and allow hydrogen to be obtained with a purity of up to 99.9995% with a minimum pressure drop during the separation process.

Дополнительные потоки водорода 23 производят в электролизере 20 за счет подвода электроэнергии 19, которую можно получать из электрической сети в периоды провала ее нагрузки. Производимый в этом процессе кислород 21 накапливают в емкости кислорода 22.Additional flows of hydrogen 23 are produced in the electrolyzer 20 due to the supply of electricity 19, which can be obtained from the electric network during periods of failure of its load. The oxygen 21 produced in this process is stored in an oxygen tank 22.

В таблице «Материальный баланс процесса» представлены расчеты процесса, выполненные по типовой методике (Комарькова С.В., МГОУ, М., 2010).The table “Material balance of the process” presents the calculations of the process performed according to the standard method (Komarkova SV, MGOU, M., 2010).

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Коррекцию температуры и состава газов в реакторе парциального окисления 7 могут проводить путем изменения расхода парогазовой смеси 6 и соотношения ее компонентов. В то же время температуру перегрева водяного пара увеличивают при уменьшении нагрузки в электрической сети, что позволяет достичь снижения экономических затрат за счет использования дешевой «провальной» электроэнергии, а также снижения расхода кислорода и/или воздуха, а следовательно, и снижения затрат на получение кислорода и снижения содержания балластных азота и воздуха в синтез-газе, что, в свою очередь, позволяет снизить капитальные затраты и расходы на компримирование газовых потоков. Таким образом, в предложенном изобретении удалось снизить капитальные затраты и металлоемкость производства водородсодержащего газа, повысить коэффициент конверсии низших алканов и термодинамическую эффективность способа, снизить содержание балластных газов (азот, аргон) в продуцируемом газе.The correction of the temperature and composition of gases in the partial oxidation reactor 7 can be carried out by changing the flow rate of the gas-vapor mixture 6 and the ratio of its components. At the same time, the superheat temperature of water vapor is increased with a decrease in the load in the electric network, which makes it possible to reduce economic costs by using cheap “failed” electricity, as well as reducing the consumption of oxygen and / or air, and therefore, reducing the cost of oxygen production and reducing the content of ballast nitrogen and air in the synthesis gas, which, in turn, allows to reduce capital costs and expenses for compression of gas flows. Thus, in the proposed invention, it was possible to reduce capital costs and metal consumption for the production of hydrogen-containing gas, increase the conversion coefficient of lower alkanes and the thermodynamic efficiency of the method, reduce the content of ballast gases (nitrogen, argon) in the produced gas.

Полученные продукты - водородсодержащий газ и его производные (водород, метановодородная смесь) могут затем использовать в химической промышленности и металлургии, для переработки углеводородов, а также в системах аккумулирования и транспорта энергии и как топливо в транспортных и стационарных энергоустановках.The resulting products - hydrogen-containing gas and its derivatives (hydrogen, methane-hydrogen mixture) can then be used in the chemical industry and metallurgy, for the processing of hydrocarbons, as well as in energy storage and transport systems and as fuel in transport and stationary power plants.

Claims (9)

1. Способ конверсии метана с получением водородсодержащего газа, в котором в качестве источника сырья используют метансодержащий газ, проводят его адиабатическое окисление в каталитической реакции парциального окисления водяным паром и кислородсодержащим газом, отличающийся тем, что перед смешением с метансодержащим газом и кислородсодержащим газом проводят электрический перегрев водяного пара до температуры 750-950°C, давление метансодержащего газа выбирают в диапазоне от 0.1 до 9.0 МПа, а объемное содержание водяного пара перед адиабатической реакцией поддерживают в диапазоне, от 4 до 12 раз большем, чем объемное содержание метана в метансодержащем газе.1. A method for the conversion of methane to produce a hydrogen-containing gas, in which a methane-containing gas is used as a source of raw material, its adiabatic oxidation is carried out in a catalytic partial oxidation reaction with water vapor and an oxygen-containing gas, characterized in that before being mixed with a methane-containing gas and an oxygen-containing gas, electric overheating is carried out water vapor to a temperature of 750-950 ° C, methane-containing gas pressure is selected in the range from 0.1 to 9.0 MPa, and the volumetric content of water vapor before adiabat eskoy reaction is maintained in the range from 4 to 12 times greater than the volume content of methane in the methane gas. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что получение водяного пара производят в нагревающем теплообменнике за счет отвода тепла от продуктов парциального окисления метансодержащего газа к конденсату, образующемуся при охлаждении продуктов парциального окисления метансодержащего газа.2. The method according to p. 1, characterized in that the production of water vapor is carried out in a heating heat exchanger due to heat removal from the products of partial oxidation of methane-containing gas to the condensate formed by cooling the products of partial oxidation of methane-containing gas. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве кислородсодержащего газа используют кислород, который получают путем электролиза конденсата, образующегося при охлаждении продуктов парциального окисления метансодержащего газа.3. The method according to p. 1 or 2, characterized in that oxygen is used as an oxygen-containing gas, which is obtained by electrolysis of the condensate formed by cooling the products of the partial oxidation of methane-containing gas. 4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что при перегреве водяного пара в качестве нагревающего элемента используют дуговой или высокочастотный плазматрон или элементы, нагреваемые за счет электрического сопротивления.4. The method according to p. 1 or 2, characterized in that when the steam is overheated, an arc or high-frequency plasmatron or elements heated by electrical resistance are used as a heating element. 5. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что проводят получение водяного пара за счет охлаждения водородсодержащего газа.5. The method according to p. 1 or 2, characterized in that they carry out the production of water vapor by cooling the hydrogen-containing gas. 6. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в реакторе адиабатического окисления метансодержащего газа водяным паром и кислородсодержащим газом поддерживают температуру в диапазоне от 500°C до 800°C.6. The method according to p. 1 or 2, characterized in that in the adiabatic oxidation reactor of methane-containing gas with water vapor and oxygen-containing gas, the temperature is maintained in the range from 500 ° C to 800 ° C. 7. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что метансодержащий газ содержит низшие алканы, включая метан.7. The method according to p. 1 or 2, characterized in that the methane-containing gas contains lower alkanes, including methane. 8. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что температуру перегрева водяного пара увеличивают при уменьшении нагрузки в электрической сети.8. The method according to p. 1 or 2, characterized in that the superheat temperature of the water vapor is increased while reducing the load in the electrical network. 9. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что после отделения конденсата от продуктов парциального окисления метансодержащего газа получают синтез-газ, который направляют на синтез метанола или моторного топлива. 9. The method according to p. 1 or 2, characterized in that after separation of the condensate from the products of partial oxidation of methane-containing gas, synthesis gas is obtained, which is sent to the synthesis of methanol or motor fuel.
RU2014123392/05A 2014-06-09 2014-06-09 Method of methane conversion RU2571147C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014123392/05A RU2571147C1 (en) 2014-06-09 2014-06-09 Method of methane conversion

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014123392/05A RU2571147C1 (en) 2014-06-09 2014-06-09 Method of methane conversion

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2571147C1 true RU2571147C1 (en) 2015-12-20

Family

ID=54871264

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014123392/05A RU2571147C1 (en) 2014-06-09 2014-06-09 Method of methane conversion

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2571147C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2664063C1 (en) * 2017-08-08 2018-08-14 Публичное акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" (ПАО "НК "Роснефть") Method of processing natural/associated gas to synthesis gas by autothermal reforming
RU2694033C1 (en) * 2018-03-26 2019-07-08 Акционерное общество "НИИЭФА им. Д.В. Ефремова" (АО "НИИЭФА") Method and device for extracting hydrogen from methane
RU2730829C1 (en) * 2020-02-20 2020-08-26 Анатолий Яковлевич Столяревский Method of producing methane-hydrogen mixture
RU2755267C1 (en) * 2020-04-28 2021-09-14 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Томск" (ООО "Газпром трансгаз Томск") Apparatus for producing methane-hydrogen fuel from hydrocarbon gas
RU2769311C1 (en) * 2020-10-15 2022-03-30 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" Method for producing hydrogen-containing gas

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2117627C1 (en) * 1997-11-28 1998-08-20 Сосна Михаил Хаймович Method of preparing methanol
RU2123471C1 (en) * 1993-06-18 1998-12-20 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Method of catalytic partial oxidation of hydrocarbons
RU2196733C1 (en) * 2001-05-23 2003-01-20 Московский государственный университет инженерной экологии Method of production of ammonia
WO2003045841A1 (en) * 2001-11-29 2003-06-05 Wisconsin Alumni Research Foundation Low-temperature hydrogen production from oxygenated hydrocarbons
WO2011034891A1 (en) * 2009-09-16 2011-03-24 Greatpoint Energy, Inc. Two-mode process for hydrogen production
EP2586743A1 (en) * 2001-11-29 2013-05-01 Wisconsin Alumni Research Foundation Low-temperature hydrogen production from oxygenated hydrocarbons

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2123471C1 (en) * 1993-06-18 1998-12-20 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Method of catalytic partial oxidation of hydrocarbons
RU2117627C1 (en) * 1997-11-28 1998-08-20 Сосна Михаил Хаймович Method of preparing methanol
RU2196733C1 (en) * 2001-05-23 2003-01-20 Московский государственный университет инженерной экологии Method of production of ammonia
WO2003045841A1 (en) * 2001-11-29 2003-06-05 Wisconsin Alumni Research Foundation Low-temperature hydrogen production from oxygenated hydrocarbons
EP2586743A1 (en) * 2001-11-29 2013-05-01 Wisconsin Alumni Research Foundation Low-temperature hydrogen production from oxygenated hydrocarbons
WO2011034891A1 (en) * 2009-09-16 2011-03-24 Greatpoint Energy, Inc. Two-mode process for hydrogen production

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2664063C1 (en) * 2017-08-08 2018-08-14 Публичное акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" (ПАО "НК "Роснефть") Method of processing natural/associated gas to synthesis gas by autothermal reforming
RU2694033C1 (en) * 2018-03-26 2019-07-08 Акционерное общество "НИИЭФА им. Д.В. Ефремова" (АО "НИИЭФА") Method and device for extracting hydrogen from methane
RU2730829C1 (en) * 2020-02-20 2020-08-26 Анатолий Яковлевич Столяревский Method of producing methane-hydrogen mixture
WO2021167491A1 (en) * 2020-02-20 2021-08-26 Анатолий Яковлевич СТОЛЯРЕВСКИЙ Method for producing a methane-hydrogen mixture
DE112021000181T5 (en) 2020-02-20 2022-09-29 Anatoly Yakovlevich Stolyarevsky PROCESS FOR PRODUCTION OF A METHANE-HYDROGEN MIXTURE
RU2755267C1 (en) * 2020-04-28 2021-09-14 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Томск" (ООО "Газпром трансгаз Томск") Apparatus for producing methane-hydrogen fuel from hydrocarbon gas
RU2769311C1 (en) * 2020-10-15 2022-03-30 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" Method for producing hydrogen-containing gas

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11492254B2 (en) Hydrogen production with membrane reformer
RU2571147C1 (en) Method of methane conversion
US8945488B2 (en) Gas-to-liquid technology
AU2020202212B2 (en) Co-electrolysis system and co-electrolysis method using the same
CN113165883A (en) Process and reactor for converting carbon dioxide to carbon monoxide
JP2008528423A (en) Syngas production method with low carbon dioxide emission
EP3419929B1 (en) Carbon monoxide production process optimized by soec
RU2011101927A (en) DEVICE AND METHODS FOR HYDROGEN AND CARBON MONOXIDE TREATMENT
CA3112531A1 (en) Process for the production of methanol from gaseous hydrocarbons
US20170145330A1 (en) Method and system for converting flare gas
Mosca et al. Hydrogen in chemical and petrochemical industry
CN110958988A (en) Method for improving the efficiency of an ammonia synthesis gas plant
RU2520482C1 (en) Method of obtaining hydrogen and hydrogen-methane mixture
RU2530066C1 (en) Method of producing hydrogen-containing gas
CA3195610A1 (en) Syngas stage for chemical synthesis plant
JP2024524089A (en) Ammonia decomposition for green hydrogen with NOx removal
Bernardo et al. Evaluation of membrane reactor with hydrogen-selective membrane in methane steam reforming
RU2478078C1 (en) Method of producing methane and hydrogen mixture
RU2730829C1 (en) Method of producing methane-hydrogen mixture
EP4244199A1 (en) Methods and systems for converting carbon oxides to olefins
RU2571149C1 (en) Methane conversion reactor
JPH04261130A (en) Production of methanol utilizing nuclear heat
Niamboonnum et al. Thermal Self-Sufficient Operation of Hydrogen Production from Used Vegetable Oil
US20240010580A1 (en) Process for the one-step conversion of carbon dioxide and renewable hydrogen to low-carbon methane
Iaquaniello et al. Integrated membrane systems for ultrapure hydrogen production

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20161031

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170610