RU2664063C1 - Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом - Google Patents

Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом Download PDF

Info

Publication number
RU2664063C1
RU2664063C1 RU2017128145A RU2017128145A RU2664063C1 RU 2664063 C1 RU2664063 C1 RU 2664063C1 RU 2017128145 A RU2017128145 A RU 2017128145A RU 2017128145 A RU2017128145 A RU 2017128145A RU 2664063 C1 RU2664063 C1 RU 2664063C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
catalyst
natural
reactor
air
Prior art date
Application number
RU2017128145A
Other languages
English (en)
Inventor
Михаил Николаевич Михайлов
Дмитрий Александрович Григорьев
Николай Александрович Мамонов
Олег Николаевич Протасов
Алексей Эдуардович Бессуднов
Сергей Александрович Михайлов
Александр Васильевич Сандин
Павел Михайлович Ступаков
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" (ПАО "НК "Роснефть")
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 Публичное акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" (ПАО "НК "Роснефть") filed Critical Публичное акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" (ПАО "НК "Роснефть")
Priority to RU2017128145A priority Critical patent/RU2664063C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2664063C1 publication Critical patent/RU2664063C1/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • 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
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

Изобретение относится к газохимии и касается получения синтез-газа посредством переработки природного/попутного газа в процессе автотермического риформинга. Способ включает пропускание предварительно подогретой до 300-500°C газосырьевой смеси, состоящей из природного/попутного газа, пара и воздуха, через катализатор. Далее газосырьевую смесь, содержащую 0,3-0,5 об.ч. необходимого количества воздуха, сначала пропускают через часть катализатора, а затем смешивают с оставшейся частью воздуха, после чего изменяют направление движения газосырьевой смеси на противоположное и пропускают через вторую часть катализатора, причем мольное соотношение пара и других составляющих смеси в пересчете на углерод и кислород поддерживают в пределах С:HO:O=1:0,6-1:0,4-0,5. Технический результат заключается в повышении конверсии природного/попутного газа до величины не менее 85% при производительности по синтез-газу не ниже 7000 м/(м·ч) и суммарном остаточном содержании СНи СОне более 5 об.%. 1 табл., 10 пр.

Description

Изобретение относится к газохимии и касается получения синтез-газа из природного/попутного газа в процессе автотермического риформинга, в частности способа переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга.
При автотермическом риформинге в реактор подается смесь природного/попутного газа, пара и кислорода, при этом одна часть углеводородов окисляется кислородом, а другая реагирует с водяным паром, образуя водород и оксиды углерода. Окисление природного/попутного газа обеспечивает высокую температуру, необходимую для проведения парового риформинга. Процесс является комбинацией парциального окисления и парового риформинга. Реакции, протекающие при автотермическом риформинге, на примере метана можно представить в виде следующих уравнений:
СН4+0,5О2→СО+2Н2, ΔН700°=-23,0 кДж/моль
СН4+1,5O2→СО+2H2O, ΔH700°=-519,1 кДж/моль
СН4+2O2→CO2+2H2O, ΔH700°=-802,0 кДж/моль
СН4+H2O→СО+3Н2, ΔН700°=+226 кДж/моль
СН4+CO2→2СО+2Н2, ΔН700°=+260,2 кДж/моль
СО+H2O→CO2+Н2, ΔН700°=-34 кДж/моль
К преимуществам автотермического риформинга природного/попутного газа относятся высокая степень превращения сырья, возможность получения синтез-газа с широким диапазоном отношения Н2/СО в зависимости от условий процесса. Присутствие кислорода в сырье способствует минимизации коксообразования.
Процесс автотермического риформинга природного/попутного газа возможно использовать совместно с блоком получения углеводородов методом Фишера-Тропша в компактном варианте. Для обеспечения работы блока синтеза Фишера-Тропша в компактном варианте при объемной скорости сырья не менее 20000 ч-1 необходим способ осуществления процесса конверсии природного/попутного газа, обеспечивающий получение синтез-газа с мольным соотношением Н2/СО от 2 до 3 при производительности не менее 7000 м3/(м3 кат⋅ч) и конверсии природного/попутного газа не ниже 85%. При этом суммарное остаточное содержание СН4 и СО2 в составе газопродуктовой смеси блока получения синтез-газа не должно превышать 5 об.%, поскольку их присутствие ухудшает условия последующего синтеза углеводородов.
В качестве катализаторов автотермической конверсии углеводородов с получением смеси СО и Н2 (синтез-газ) используют металлы VIII группы периодической системы элементов, наиболее часто, никель, в количестве 5-25 мас.% нанесенный на пористые носители, обычно тугоплавкие оксиды.
Процесс автотермического риформинга природного/попутного газа можно проводить в несколько стадий, включая стадии парового риформинга и парциального окисления углеводородов, так и в одну стадию непосредственно в реакторе автотермического риформинга на каталитическом слое. Проведение процесса в несколько стадий увеличивает металлоемкость установки и затрудняет реализацию данного способа на месторождениях природного/попутного газа в компактном варианте. Задачу переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга с использованием реактора в компактном исполнении, обеспечивающим получение синтез-газа производительностью не менее 7000 м3/м3 кат⋅ч при конверсии природного/попутного газа не менее 85%, возможно решить, сочетая реакции парового риформинга и парциального окисления углеводородов в каталитическом слое непосредственно в реакторе автотермического риформинга. Для обеспечения высокой активности катализатора, загруженного в реактор, и предотвращения спекания никелевых активных центров необходимо, чтобы распределение температур по слою катализатора было равномерным.
Для осуществления переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга применяются способы с использованием трубчатых реакторов со стационарным и кольцевым слоем катализатора. Получение синтез-газа в реакторе со стационарным слоем катализатора может быть осуществлено путем окисления части углеводородного сырья внутри камеры сгорания реакторного блока с последующим протеканием паровой/углекислотной конверсии природного/попутного газа на никель-содержащих катализаторах. Смесь пара и углеводородов подается в реактор автотермического риформинга, смешивается с воздухом, либо с воздухом, обогащенным кислородом, или с чистым кислородом, и в пламени горелки конвертируется в блоке частичного сгорания. Продукты частичного сгорания реагируют в неподвижном слое катализатора с образованием газа, содержащего пар, водород, окись углерода и двуокись углерода. В ряде случаев с целью снижения расхода на обогрев сырьевой смеси и самого реактора используются теплообменные аппараты, обеспечивающие охлаждение продуктов реакции и обогрев поступающей в реактор сырьевой смеси. Теплообменные аппараты могут устанавливаться как отдельно от реакционной зоны, так и быть вмонтированными в конвекционных секциях реакторного блока. С целью рекуперации тепла внутри реактора за счет периодического изменения направления движения сырьевых потоков процесс автотермического риформинга природного/попутного газа может быть проведен с использованием реверсивной схемы подачи сырья. Процесс конверсии природного/попутного газа методом автотермического риформинга обычно проводится при мольном соотношении Н2О:С от 1 до 5, О2:С от 0,3 до 0,8, объемной скорости подачи углеводородного сырья от 1000 до 10000 ч-1 в диапазоне температур от 700 до 1200°С и давлений от 0,1 до 2,0 МПа.
Известен способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга в реакторе со стационарным слоем катализатора с получением синтез-газа, описанный в патенте RU №2228901 (дата публикации 20.05.2004, МПК С01В 3/38). Данный способ включает две стадии: стадию (1) парциального окисления и стадию (2) конверсии остаточных алканов с продуктами стадии (1) на катализаторе. Стадию (1) парциального окисления проводят в две ступени: (А) - некаталитическое парциальное окисление природного газа кислородом при мольном соотношении О2:С, примерно равном 0,76-0,84, с получением в продуктах реакции неравновесного содержания Н2О и СН4; и (Б) - конверсия продуктов реакции ступени (А) с корректирующими добавками СО2 и Н2О или Н2О и СН4 с получением газовой смеси, которая проходит конверсию остаточных алканов водяным паром на катализаторе. Способ позволяет производить синтез-газ с составом, который отвечает соотношению Н2/СО в диапазоне от 1,0 до 2,0.
Однако описанный способ обладает рядом недостатков, к которым можно отнести ограничения, связанные с высоким расходом кислорода, производство которого требует больших энергетических (до 1000 кВт⋅ч/т) и капитальных затрат (до 1500 дол. США/кг⋅ч-1). При этом расход кислорода превышает по массе расход конвертируемого природного газа. Высокое мольное соотношение О2:С может стать причиной быстрого окисления никелевых частиц, что может привести к снижению активности катализатора и длительности его работы.
Известен способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга в трубчатом реакторе со стационарным слоем катализатора, описанный в патенте US №2892693. Данный способ получения синтез-газа включает две стадии: стадию парового риформинга на никелевом катализаторе и стадию некаталитического парциального окисления остаточных после стадии парового риформинга углеводородов. Стадию парового риформинга проводят преимущественно на никелевом катализаторе в двух последовательных секциях трубчатых реакторов, обогреваемых теплом отходящих из реакционной камеры газов. В этой стадии от 10 до 60 мас.% углеводородов преобразуется в оксид углерода, диоксид углерода и водород. Выходящий из каналов парового риформинга газ направляется на вход в реакционную камеру блока парциального окисления, где соединяется с кислородом в соотношении, достаточном для конверсии непрореагировавших углеводородов и поддержания температуры выше 1100°С. Горячие продукты реакции направляются в теплообменную камеру стадии парового риформинга, где охлаждаются, нагревая реакционные трубы парового риформинга, а затем направляются на выход из реактора.
Недостатками данного способа осуществления являются низкая конверсия сырья за проход (не более 60%), двухстадийность процесса, высокие температуры в блоке парциального окисления углеводородов, достигающие 1200°С.
В патенте US №5023276 предложен способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга. Способ включает следующие стадии: (А) предварительный нагрев сырья, содержащего обычно газообразные углеводороды, Н2О, кислород и оксиды углерода, (Б) введение предварительно нагретого потока в первую зону, имеющую несколько каналов для прохода газа. Количество углеводородного сырья, пара и кислорода, вводимого в первую зону катализатора, регулируется для достижения соотношения Н2О/С от 0,5 до 5 и O2/C от 0,4 до 0,65; (В) стадия парового риформинга, при котором температура катализатора должна быть на 140°С выше, чем температура воспламенения подаваемого потока. Тепло, выделяющееся при окислении углеводородов кислородом, обеспечивает достижение оптимальной температуры проведения каталитического парового риформинга без дополнительного нагрева; (Г) выделение из потока отходящего газа диоксида углерода и его рециркуляция; (Д) вывод очищенного синтез-газа.
Недостатками данного способа получения синтез-газа является необходимость создания внутри реактора высокотемпературной камеры сгорания углеводородов, что увеличивает металлоемкость конструкции, снижает компактность реакторного блока, создает сильный температурный градиент внутри реактора и по слою катализатора. Высокий расход водяного пара при реализации данного способа (Н2О/С до 5,0) может увеличить операционные затраты и привести к повышению стоимости получаемого синтез-газа.
Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга посредством его пропускания газосырьевой смеси через кольцевой слой катализатора описан в патенте RU №2548410. Реактор выполнен в форме кольца, в котором движение реагентов осуществляется от внутренней к наружной поверхности кольцевого слоя катализатора, устройство нагрева реагентов и катализатора выполнено в виде плазматрона. Преимуществом рассматриваемого варианта является увеличение производительности процесса получения синтез-газа и снижение теплопотерь в окружающую среду. Максимальная конверсия углеводородного сырья по данному способу составляет 98%.
Недостатками данного метода являются низкая объемная скорость сырьевого потока, что ограничивает достижение высоких значений производительности катализатора, высокая рабочая температура в реакторе (1200°С), использование плазмотрона, сложности при масштабировании реактора.
В патенте RU №2520482 описан способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга в реакторе со стационарным слоем катализатора с нагревающим теплообменником, который включает в себя многостадийное получение синтез-газа. При этом проводят как минимум две последовательные стадии, в каждой из которых поток, содержащий низшие алканы, пропускают через нагревающий теплообменник, а затем через адиабатический реактор, наполненный катализатором, и после последней стадии из потока выделяют водяной пар. Изобретение позволяет повысить конверсию углеводородов и снизить концентрацию балластных газов в продуцируемом газе.
Недостатками данного решения являются высокое отношение Н2/СО в получаемом синтез-газе (более 3,0), высокая объемная концентрация СО2 на выходе из реактора (около 10 об.%), а также многостадийность процесса.
Известен способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга, в котором проводят окисление углеводородного газа водяным паром, предварительно подогретым до 750-950°С, и кислородсодержащим газом (патент RU №2571147). Получение водяного пара производят в нагревающем теплообменнике за счет отвода тепла от продуктов парциального окисления углеводородного газа к конденсату, образующемуся при охлаждении продуктов парциального окисления. Изобретение позволяет повысить конверсию метана и других низших алканов и термическую эффективность способа, снизить металлоемкость, а также уменьшить содержание балластных газов в продуцируемом газе.
Недостатками данного способа получения синтез-газа является высокое остаточное содержание СО2 в составе газопродуктовой смеси (более 6 об.%), высокие давления в реакторе (до 90 атм), высокое соотношение Н2/СО в составе получаемого синтез-газа (более 3,0), а также значительный расход водяного пара - в 4-12 раз больше, чем обьемный расход углеводородного газа, что существенно повышает капитальные и операционные затраты и увеличивает стоимость получаемого синтез-газа.
Известны способы переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга с рекуперацией тепла внутри реактора за счет периодического изменения направления движения сырьевых потоков. В патенте RU №2574464 описан способ получения синтез-газа из водородсодержащего сырья в реакторе с обращаемым потоком. В патенте описано получение синтез-газа или водорода с более высокой энергетической эффективностью, т.е. при наименьшей возможной доле сырья, окисляемой кислородом в процессе, в том числе за счет вовлечения в реакцию водяного пара. Преимущество метода по данному изобретению состоит в раздельной подаче реагентов: газообразный реагент (смесь углеводородов) поступает в начало реактора, а второй реагент (водяной пар) подается в среднюю часть реактора, где происходит смешение реагентов.
Недостатками данного изобретения являются громоздкость и высокая металлоемкость конструкции, необходимость монтажа нескольких линий подачи компонентов сырьевого потока в разные участки реактора, необходимость реализации двух параллельно работающих устройств. Это повышает капитальные затраты на строительство установки и препятствует созданию блока конверсии природного/попутного газа в компактном варианте.
Известен способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга в реакторе со стационарным слоем катализатора и реверсивным обращением потоков с получением синтез-газа, содержащего в основном Н2 и СО, описанный в патентной заявке US №20090062591 (дата публикации 05.03.2009). Процесс непрерывного риформинга углеводородсодержащего газа с окислителем в реверсивной системе проточного реактора, как правило, включает стадии нагрева реактора, заполненного катализатором, до температуры в интервале 500-3000°С и попеременного направления смеси реагентов через пористую матрицу катализатора. Реакционная зона может быть расположена в любой части камеры реактора, изменение направления потока реакционной смеси происходит после заданного интервала времени с целью поддержания заданной температуры в реакционной зоне и повышения энергетической эффективности.
Недостатком данного способа получения синтез-газа является высокая температура в каталитическом слое (более 1500°С), что повышает требования к конструкционным материалам, а также может приводить к дезактивации катализатора вследствие спекания активного металла.
Известны способы переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга при сочетании реакций парового риформинга и парциального окисления в реакторе штыкового типа. Под реактором штыкового типа понимается реактор вертикальной конструкции, в середине которого расположен стационарный слой катализатора, в который погружены вертикальные патрубки. В патенте US №2579843 описан способ осуществления и устройство реактора для производства синтез газа с соотношением Н2/СО в диапазоне от 1,0 до 3,0. Данный способ включает в себя стадии, протекающие в одном реакторе: предварительного разогрева гасосырьевой смеси в пределах 100-600°С, парового риформинга части углеводородов (от 20 до 50 об.%) (Н2О/С=1,0) и парциального окисления оставшихся алканов при температуре 980-1650°С и соотношении О2/С, равном 0,5-0,7. Процесс осуществляют в присутствии никельсодержащего катализатора.
Недостатками данного способа являются высокий градиент температуры в каталитическом слое и высокие температуры осуществления процесса (до 1650°С), многостадийность процесса, а также громоздкость конструкции в связи с большим соотношением диаметров корпуса аппарата к диаметру внутренних патрубков.
Наиболее близким аналогом к предложенному изобретению является способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ с использованием реактора штыкового типа, предложенный в патенте US №4919844. Процесс конверсии природного газа и легких углеводородных газов в синтез-газ проводится при 760-870°С и давлении до 2,5 МПа. При этом одна часть водяного пара непосредственно смешивается с углеводородсодержащим сырьем и вводится в реактор через внутренние реакторные каналы, в которые загружен катализатор. Полученный в результате реакции на катализаторе реформат смешивается с газовой смесью, поступающей из дополнительного реактора конверсии и проходит противотоком вдоль внешней поверхности патрубков с катализатором, за счет чего обеспечивается их обогрев.
Недостатками данного изобретения являются необходимость применения дополнительного реактора для обеспечения протекания эндотермической реакции в основном реакторе штыкового типа, высокое давление в штыковом реакторе, что снижает компактность и увеличивает его металлоемкость, невозможность протекания процесса парового риформинга в слое катализатора без внешнего источника тепла, возникновение высокого градиента температур в слое катализатора.
Технический результат от реализации заявленного изобретения заключается в повышении конверсии природного/попутного газа до величины не менее 85% при производительности по синтез-газу не ниже 7000 м3/(м3 кат⋅ч) и суммарном остаточном содержании СН4 и СО2 не более 5 об.%.
Технический результат от реализации изобретения достигается тем, что газосырьевую смесь, содержащую 0,3…0,5 объемной части необходимого количества воздуха, сначала пропускают через часть катализатора, затем смешивают с оставшейся частью воздуха, изменяют направление движения газосырьевой смеси на противоположное и пропускают через вторую часть катализатора, причем мольное соотношение пара и других составляющих смеси в пересчете на углерод и кислород поддерживают в пределах С:H2O:O2=1:0,6…1:0,4…0,5.
Перед проведением конверсии проводится восстановление катализатора в токе водородсодержащего газа, содержание водорода в котором составляет от 50 до 100% об., при объемной скорости по водороду 1000-3000 ч-1, 750-850°С и атмосферном давлении в течение 1-2 часов.
Процесс проводится при температуре 850-1000°С с предварительным подогревом газосырьевой смеси до 300-500°С, давлении 0,5-1,0 МПа и объемной скорости подачи природного/попутного газа 2000-30000 ч-1.
Особенностью предлагаемого способа переработки природного/попутного газа является первичный проход смеси сырьевых газов и пара, содержащей 0,3…0,5 объемной части необходимого количества воздуха, через часть катализатора К1, последующее смешение с оставшейся частью воздуха, изменение направления движения потока на противоположное и дальнейший проход газового потока через вторую часть катализатора К2. Изменение направления потока на противоположное позволяет обеспечить термическую стабильность процесса за счет снижения градиента температур по слою катализатора и обеспечить равномерный теплообмен между газосырьевым потоком и газопродуктовым потоком.
Перед проведением конверсии проводится активация катализатора. В качестве сырья блока автотермического риформинга используется природный/попутный газ, водяной пар и кислород воздуха при мольном соотношении компонентов в смеси С:Н2О=1:0,6-1:1 и О2:С=0,4:1-0,5:1. С целью поддержания стабильной температуры в реакторе осуществляется предварительный подогрев газосырьевой смеси до 300-500°С. Объемная скорость природного/попутного газа составляет 2000-30000 ч-1. Подача природного/попутного газа, водяного пара и 0,3…0,5 части воздуха осуществляется через реакторные каналы 1, а остальная часть воздуха 0,5…0,7 подается снизу реактора через распределенный вход воздуха 2 для формирования восходящего потока газов и снижения температурных градиентов в лобовом слое катализатора, что обеспечивает более полную конверсию сырья и невысокое остаточное содержание СО2 и СН4.
В качестве смеси, моделирующей состав природного газа, используется газ, содержащий 99% СН4, остальное - компоненты С2+. В качестве смеси, моделирующей состав попутного газа, используется газ, содержащий 15% С2Н6+10% C3H8+5% С4Н10 и 70% СН4.
Расчет конверсии углеводородов С1-С4, входящих в состав природного/попутного газа, в процессе автотермического риформинга осуществляется по следующей формуле:
Figure 00000001
,
где
Figure 00000002
- масса С1-С4-углеводородов, входящих в реактор за время τ;
Figure 00000003
- масса С1-С4-углеводородов, выходящих из реактора за время τ.
Расчет производительности катализатора по синтез-газу осуществляется по следующей формуле:
Figure 00000004
,
где VH2 - объем водорода, полученного в результате конверсии, м3/ч;
VCO - объем моноксида углерода, полученного в результате конверсии, м3/ч;
Vкат-ра - объем загруженного в реактор катализатора, м3.
Модуль (n) получаемого синтез-газа в конверсии природного/попутного газа определяется по формуле:
Figure 00000005
,
где VH2 - объем полученного водорода в ходе конверсии, м3/ч;
VCO - объем полученного оксида углерода (II) в ходе конверсии, м3/ч.
Определение содержания исходных и образующихся веществ в отходящих газах из реактора конверсии природного/попутного газа, определение состава получаемого синтез-газа может осуществляться любым известным способом, например методом газовой хроматографии.
Способ иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии в компактном реакторе с неподвижным каталитическим слоем при 850°С и 0,5 МПа.
В качестве сырья используется природный газ, водяной пар и кислород воздуха, предварительно подогретые до 300°С, при мольном соотношении компонентов в смеси С:H2O=1:1 и О2:С=0,4:1. Объемная скорость по природному газу составляет 2000 ч-1. Газосырьевую смесь, содержащую 0,3 объемной части необходимого количества воздуха, сначала пропускают через часть катализатора, затем смешивают с оставшейся частью воздуха (0,7), изменяют направление движения газосырьевой смеси на противоположное и пропускают через вторую часть катализатора.
Пример 2
Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии в компактном реакторе с неподвижным каталитическим слоем при 850°С и 0,5 МПа.
В качестве сырья используется природный газ, водяной пар и кислород воздуха, предварительно подогретые до 350°С, при мольном соотношении компонентов в смеси С:H2O=1:1 и О2:С=0,4:1. Объемная скорость по природному газу составляет 10000 ч-1. Газосырьевую смесь, содержащую 0,5 объемной части необходимого количества воздуха, сначала пропускают через часть катализатора, затем смешивают с оставшейся частью воздуха (0,5), изменяют направление движения газосырьевой смеси на противоположное и пропускают через вторую часть катализатора.
Пример 3
Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии в компактном реакторе с неподвижным каталитическим слоем при 850°С и 0,5 МПа. В качестве сырья используется природный газ, водяной пар и кислород воздуха, предварительно подогретые до 350°С, при мольном соотношении компонентов в смеси С:H2O=1:1 и О2:С=0,4:1. Объемная скорость по природному газу составляет 20000 ч-1. Газосырьевую смесь, содержащую 0,4 объемной части необходимого количества воздуха, сначала пропускают через часть катализатора, затем смешивают с оставшейся частью воздуха (0,6), изменяют направление движения газосырьевой смеси на противоположное и пропускают через вторую часть катализатора.
Пример 4
Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии в компактном реакторе с неподвижным каталитическим слоем при 850°С и 0,5 МПа.
В качестве сырья используется природный газ, водяной пар и кислород воздуха, предварительно подогретые до 400°С, при мольном соотношении компонентов в смеси С:Н2О=1:0,6 и О2:С=0,45:1. Объемная скорость по природному газу составляет 20000 ч-1. Газосырьевую смесь, содержащую 0,5 объемной части необходимого количества воздуха, сначала пропускают через часть катализатора, затем смешивают с оставшейся частью воздуха (0,5), изменяют направление движения газосырьевой смеси на противоположное и пропускают через вторую часть катализатора.
Пример 5
Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии в компактном реакторе с неподвижным каталитическим слоем при 850°С и 0,5 МПа. В качестве сырья используется попутный газ, водяной пар и кислород воздуха, предварительно подогретые до 400°С, при мольном соотношении компонентов в смеси С:Н2О=1:0,6 и О2:С=0,45:1. Объемная скорость по попутному газу составляет 20000 ч-1. Газосырьевую смесь, содержащую 0,5 объемной части необходимого количества воздуха, сначала пропускают через часть катализатора, затем смешивают с оставшейся частью воздуха (0,5), изменяют направление движения газосырьевой смеси на противоположное и пропускают через вторую часть катализатора.
Пример 6
Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии в компактном реакторе с неподвижным каталитическим слоем при 900°С и 0,5 МПа. В качестве сырья используется природный газ, водяной пар и кислород воздуха, предварительно подогретые до 450°С, при мольном соотношении компонентов в смеси С:Н2О=1:0,8 и О2:С=0,45:1. Объемная скорость по природному газу составляет 20000 ч-1. Газосырьевую смесь, содержащую 0,5 объемной части необходимого количества воздуха, сначала пропускают через часть катализатора, затем смешивают с оставшейся частью воздуха (0,5), изменяют направление движения газосырьевой смеси на противоположное и пропускают через вторую часть катализатора.
Пример 7
Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии в компактном реакторе с неподвижным каталитическим слоем при 950°С и 0,75 МПа.
В качестве сырья используется природный газ, водяной пар и кислород воздуха, предварительно подогретые до 450°С, при мольном соотношении компонентов в смеси С:Н2О=1:0,6 и О2:С=0,45:1. Объемная скорость по природному газу составляет 25000 ч-1. Газосырьевую смесь, содержащую 0,5 объемной части необходимого количества воздуха, сначала пропускают через часть катализатора, затем смешивают с оставшейся частью воздуха (0,5), изменяют направление движения газосырьевой смеси на противоположное и пропускают через вторую часть катализатора.
Пример 8
Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии в компактном реакторе с неподвижным каталитическим слоем при 1000°С и 1,0 МПа.
В качестве сырья используется природный газ, водяной пар и кислород воздуха, предварительно подогретые до 500°С, при мольном соотношении компонентов в смеси С:Н2О=1:0,6 и О2:С=0,5:1. Объемная скорость по природному газу составляет 30000 ч-1. Газосырьевую смесь, содержащую 0,5 объемной части необходимого количества воздуха, сначала пропускают через часть катализатора, затем смешивают с оставшейся частью воздуха (0,5), изменяют направление движения газосырьевой смеси на противоположное и пропускают через вторую часть катализатора.
Пример 9
Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии в компактном реакторе с неподвижным каталитическим слоем при 850°С и 0,5 МПа. В качестве сырья используется природный газ, водяной пар и кислород воздуха, предварительно подогретые до 400°С, при мольном соотношении компонентов в смеси С:Н2О=1:0,6 и О2:С=0,45:1. Объемная скорость по природному газу составляет 20000 ч-1. Газосырьевую смесь, содержащую 0,5 объемной части необходимого количества воздуха, сначала пропускают через часть катализатора, затем смешивают с оставшейся частью воздуха (0,5), изменяют направление движения газосырьевой смеси на противоположное и пропускают через вторую часть катализатора.
Пример 10
Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии в компактном реакторе с неподвижным каталитическим слоем при 850°С и 0,5 МПа.
В качестве сырья используется природный газ, водяной пар и кислород воздуха, предварительно подогретые до 400°С, при мольном соотношении компонентов в смеси С:Н2О=1:0,6 и О2:С=0,45:1. Объемная скорость по природному газу составляет 20000 ч-1. Газосырьевую смесь, содержащую 0,5 объемной части необходимого количества воздуха, сначала пропускают через часть катализатора, затем смешивают с оставшейся частью воздуха (0,5), изменяют направление движения газосырьевой смеси на противоположное и пропускают через вторую часть катализатора.
В таблице ниже представлены значения конверсии природного/попутного газа, производительности по синтез-газу и состава синтез-газа, получаемого при осуществлении данного изобретения в соответствии с примерами.
Figure 00000006
Из таблицы видно, что реализация способа осуществления автотермического риформинга природного/попутного газа в компактном реакторе в соответствии с данным изобретением позволяет получить синтез-газ с мольным соотношением Н2/СО в диапазоне от 2 до 3 и производительностью не менее 7000 м3/(м3 кат⋅ч) при конверсии сырья не менее 85% и объемной скорости подачи природного/попутного газа от 2000 до 30000 ч-1. При этом суммарное содержание балластных газов (СН4, СО2) в продуцируемом газе составляет не более 5 об.%.

Claims (1)

  1. Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом, включающий пропускание предварительно подогретой до 300-500°C газосырьевой смеси, состоящей из природного/попутного газа, пара и воздуха, через катализатор, отличающийся тем, что газосырьевую смесь, содержащую 0,3-0,5 об.ч. необходимого количества воздуха, сначала пропускают через часть катализатора, затем смешивают с оставшейся частью воздуха, изменяют направление движения газосырьевой смеси на противоположное и пропускают через вторую часть катализатора, причем мольное соотношение пара и других составляющих смеси в пересчете на углерод и кислород поддерживают в пределах С:H2O:O2=1:0,6-1:0,4-0,5.
RU2017128145A 2017-08-08 2017-08-08 Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом RU2664063C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017128145A RU2664063C1 (ru) 2017-08-08 2017-08-08 Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017128145A RU2664063C1 (ru) 2017-08-08 2017-08-08 Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2664063C1 true RU2664063C1 (ru) 2018-08-14

Family

ID=63177262

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017128145A RU2664063C1 (ru) 2017-08-08 2017-08-08 Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2664063C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4919844A (en) * 1984-08-16 1990-04-24 Air Products And Chemicals, Inc. Enhanced heat transfer reformer and method
JP2006111477A (ja) * 2004-10-13 2006-04-27 Jgc Corp 合成ガスの製法および製造装置
RU125191U1 (ru) * 2012-10-01 2013-02-27 Общество с ограниченной ответственностью "Уникат" Устройство переработки попутных нефтяных газов
RU2476583C1 (ru) * 2011-08-19 2013-02-27 ЮГ Инвестмент Лтд. Способ переработки углеродосодержащего сырья и катализатор для его осуществления
RU2571147C1 (ru) * 2014-06-09 2015-12-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Способ конверсии метана

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4919844A (en) * 1984-08-16 1990-04-24 Air Products And Chemicals, Inc. Enhanced heat transfer reformer and method
JP2006111477A (ja) * 2004-10-13 2006-04-27 Jgc Corp 合成ガスの製法および製造装置
RU2476583C1 (ru) * 2011-08-19 2013-02-27 ЮГ Инвестмент Лтд. Способ переработки углеродосодержащего сырья и катализатор для его осуществления
RU125191U1 (ru) * 2012-10-01 2013-02-27 Общество с ограниченной ответственностью "Уникат" Устройство переработки попутных нефтяных газов
RU2571147C1 (ru) * 2014-06-09 2015-12-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Способ конверсии метана

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4650651A (en) Integrated process and apparatus for the primary and secondary catalytic steam reforming of hydrocarbons
US4822521A (en) Integrated process and apparatus for the primary and secondary catalytic steam reforming of hydrocarbons
US4337170A (en) Catalytic steam reforming of hydrocarbons
US4981676A (en) Catalytic ceramic membrane steam/hydrocarbon reformer
KR100201886B1 (ko) 자동열 증기 개질방법
US7255840B2 (en) Autothermal reactor and method for production of synthesis gas
RU2560363C2 (ru) Способ риформинга углеводородов
KR970006922B1 (ko) 일산화탄소가 풍부한 가스의 제조방법
EP0212755B1 (en) Process and apparatus for producing synthesis gas
US2655442A (en) Process and apparatus for the manufacture of synthesis gas
UA77491C2 (ru) Способ и установка для получения углеводородов
EP2736840B1 (en) Method for production of hydrogen rich gas mixtures
EA000777B1 (ru) Способ и технологический блок для получения синтез-газа для дальнейшего производства аммиака
US9701535B2 (en) Process for producing a syngas intermediate suitable for the production of hydrogen
KR20200096755A (ko) 합성 가스 제조를 위한 방법 및 시스템
US20130032762A1 (en) Apparatus and method for adiabatic methane conversion
US4442020A (en) Catalytic steam reforming of hydrocarbons
RU2674971C1 (ru) Аппарат и способ получения водородсодержащего газа
RU2548410C2 (ru) Способ и устройство для получения синтез-газа
WO2015128456A1 (en) Process for producing synthesis gas
RU2664063C1 (ru) Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом
RU2664138C1 (ru) Компактный реактор для получения синтез-газа из природного/попутного газа в процессе автотермического риформинга
EP2445829A1 (en) Method of producing synthesis gas
RU2088517C1 (ru) Способ двухступенчатой каталитической конверсии углеводородного сырья
US10968100B2 (en) Method for producing synthesis gas by means of steam reforming reactors