RU2677146C1 - Установка для получения синтез-газа с каталитическим нагревателем - Google Patents
Установка для получения синтез-газа с каталитическим нагревателем Download PDFInfo
- Publication number
- RU2677146C1 RU2677146C1 RU2018116813A RU2018116813A RU2677146C1 RU 2677146 C1 RU2677146 C1 RU 2677146C1 RU 2018116813 A RU2018116813 A RU 2018116813A RU 2018116813 A RU2018116813 A RU 2018116813A RU 2677146 C1 RU2677146 C1 RU 2677146C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- heat exchanger
- hydrogen
- reaction zone
- reformer
- Prior art date
Links
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract description 27
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 title claims abstract description 17
- 238000009434 installation Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 65
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 36
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 36
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 17
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 6
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 23
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 abstract description 12
- 238000004880 explosion Methods 0.000 abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 6
- 238000002407 reforming Methods 0.000 abstract description 6
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 5
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 9
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002730 additional effect Effects 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 238000007084 catalytic combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000013529 heat transfer fluid Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004681 metal hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
Images
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
- C01B3/384—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 the catalyst being continuously externally heated
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J7/00—Apparatus for generating gases
-
- 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
- Y02P20/10—Process efficiency
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
Изобретение относится к установкам получения синтез-газа паровым риформингом и может найти применение в нефтегазовой промышленности. Предложена установка, включающая риформер 1 с реакционной зоной 2, заполненной катализатором парового риформинга 4, в котором размещен каталитический нагреватель 3 с водородселективной теплопроводящей перегородкой и катализатором окисления 4, рекуперационный теплообменник 5, а также систему подачи кислородсодержащего газа с газодувкой 6, холодильником 7 и теплообменником 8. При работе установки водно-углеводородную сырьевую смесь 9 нагревают в холодильнике 7, рекуперационном теплообменнике 5 и направляют в риформер 1, где при контакте с катализатором 4 в реакционной зоне 2 образуется синтез-газ, выводимый через рекуперационный теплообменник 5. Водород из синтез-газа диффундирует через перегородку и в присутствии катализатора окисления 4 контактирует с кислородсодержащим газом, подаваемым с помощью газодувки 6 после нагрева в теплообменнике 8. Тепло, выделяющееся при окислении водорода, нагревает катализатор риформинга 4 в реакционной зоне 2, а полученный отходящий газ 12 охлаждают в теплообменнике 8 и холодильнике 7 и смешивают с воздухом 13 для восполнения кислорода, израсходованного на окисление водорода. После газодувки 6 выводят балансовый газ 14. Технический результат - повышение температуры нагрева, снижение расхода энергии и обеспечение взрывобезопасности, а также увеличение выхода и оптимизация состава синтез-газа. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к установкам получения синтез-газа паровым риформингом и может найти применение в нефтегазовой промышленности.
Известен способ получения водорода из углеводородного сырья [RU 2394754, опубл. 20.07.2010 г., МПК С01В 3/34, С01В 3/12], осуществляемый на установке, которая включает устройство для получения синтез-газа, состоящее из реактора паровой каталитической конверсии конвекционного типа с горелкой и парового котла-утилизатора, а также устройство для сероочистки сырья, конвертор оксида углерода, охладители-осушители дымового и водородсодержащего газа и узел выделения водорода.
Недостатком данной установки является большая металлоемкость из-за большой площади теплообменных поверхностей реактора и оборудования для рекуперации тепла.
Известен способ комбинированного производства электроэнергии и получения обогащенного водородом газа паровым риформингом углеводородной фракции с подводом тепла посредством сжигания водорода по месту осуществления способа [RU 2425995, МПК F02C 6/04, опубл. 10.08.2011 г.], осуществляемый на установке, включающей реактор получения синтез-газа паровым риформингом (риформер), установленный на линии подачи водорода в качестве топлива в камеру сгорания газотурбинной установки, оснащенный устройством нагрева реакционной зоны, состоящим из внешней установки (устройства) для выделения водорода из синтез-газа, внутреннего устройства для сжигания водорода и системы подачи кислородсодержащего газа с линией ввода воздуха, включающей воздушный компрессор и устройство для циркуляции азота с рекуперационным теплообменником, холодильником, аппаратом воздушного охлаждения, сепаратором и газодувкой.
Недостатками известной установки является сложность устройства нагрева из-за большого количества оборудования, а также из-за необходимости использования высоких температур (1000-1200°С) в реакторе вследствие уменьшения глубины конверсии при снижении температуры. При этом получаемый синтез-газ обогащен водородом сверх соотношения Н2:СО, оптимального при последующем использовании синтез-газа для синтеза химических соединений (метанола, углеводородов и пр.).
Наиболее близким по технической сущности является система (устройство) нагрева материала для хранения водорода [US 2010/0061926 А1, МПК С01В 3/02, B01J 19/00 опубл. 11.03.2010 г.], которая включает устройство нагрева циркулирующего жидкого флюида-теплоносителя (каталитический нагреватель) за счет каталитического сжигания (окисления) кислородом воздуха части водорода, выделяемого из обратимо гидрируемого (насыщаемого водородом) материала (например, гидрида металла или адсорбента), расположенного внутри резервуара, при нагревании гидрируемого материала нагретым теплоносителем, который пропускают через каналы, расположенные в слое гидрируемого материала, отделенные от последнего теплопроводящей стенкой (перегородкой). Каталитический нагреватель заполнен катализатором окисления, соединен с резервуаром линией подачи части водорода, к которой примыкает линия подачи воздуха с газодувкой, линией подачи нагретого теплоносителя, на которой расположен циркуляционный насос, и линией подачи охлажденного теплоносителя, а также оснащен линией вывода влажного воздуха (отходящего газа), содержащего пары воды, образовавшиеся при окислении водорода.
Недостатками данного устройства при использовании в установке для получения синтез-газа являются: низкая температура нагрева, ограниченная термостабильностью теплоносителя, расход энергии на циркуляцию теплоносителя, взрывоопасность из-за соединения линии подачи воздуха с линией подачи водорода в каталитический нагреватель, что приводит к образованию взрывоопасной смеси водорода с воздухом. Данное устройство не применимо для нагрева реакционной зоны риформера в области температур 700°С и выше.
Задачами изобретения являются: повышение температуры нагрева, снижение расхода энергии и обеспечение взрывобезопасности, а также увеличение выхода и оптимизация состава синтез-газа.
Техническим результатом является повышение температуры нагрева и снижение расхода энергии за счет исключения использования жидкого теплоносителя путем размещения в риформере каталитического нагревателя, отделенного от реакционной зоны водородселективной теплопроводящей перегородкой, а также обеспечение взрывобезопасности устройства за счет подачи кислородсодержащего газа непосредственно в слой катализатора окисления водорода. Дополнительных эффектом является повышение выхода и оптимизация состава синтез-газа за счет удаления из зоны реакции избыточного количества водорода и смещения равновесия химической реакции в сторону образования целевого продукта - синтез-газа.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой установке, включающей резервуар с нагреваемым материалом и устройство нагрева с каталитическим нагревателем, заполненным катализатором окисления, газодувкой и линиями подачи воздуха и вывода отходящего газа, особенностью является то, что в качестве резервуара с нагреваемым материалом установлен риформер с реакционной зоной, заполненной катализатором, каталитический нагреватель размещен в риформере, отделен от его реакционной зоны водородселективой и теплопроводящей перегородкой, оснащен линией ввода кислородсодержащего газа, на которой расположен теплообменник, а на линии вывода отходящего газа размещены теплообменник, холодильник и газодувка, на входе в которую к линии вывода отходящего газа примыкает линия подачи воздуха, а на выходе - линия вывода балансового газа, образуя линию подачи кислородсодержащего газа, при этом риформер оснащен линиями ввода сырьевой смеси и вывода синтез-газа из реакционной зоны, соединенными с рекуперационным теплообменником, перед которым на линии ввода сырьевой смеси установлен холодильник.
Холодильник может быть оснащен системой сепарации и вывода воды. Для подогрева сырья перед входом в реактор на линии вывода отходящего газа может быть установлен дополнительный теплообменник. При недостатке тепла, выделяющегося при окисления водорода для поддержания температуры риформинга, каталитический нагреватель может быть оснащен линией подачи топлива.
Каталитический нагреватель может быть выполнен, например, в виде трубчатых элементов с газопроницаемой стенкой, на которую нанесена водородселективная (например, палладийсодержащая) мембрана, внутри которых размещен катализатор окисления. При этом риформер, теплообменники и газодувка могут быть изготовлены в любом исполнении, известном из уровня техники, работоспособном при термобарических условиях протекающих каталитических процессов.
Размещение в риформере каталитического нагревателя, отделенного от реакционной зоны водородселективой и теплопроводящей перегородкой, позволяет, во-первых, передавать тепло в реакционную зону непосредственно через теплопроводящую перегородку, исключив использование жидкого теплоносителя и насоса для его циркуляции, за счет чего исключить расходование энергии на циркуляцию теплоносителя и повысить температуру нагрева реакционной зоны вследствие отсутствия ограничений по термостабильности теплоносителя, а, во-вторых, позволяет вывести из реакционной зоны через водородселективную перегородку часть водорода, окислить его кислородсодержащим газом, а затем нагреть реакционную зону за счет тепла, выделяющегося при этом. Контакт водорода и кислорода в этом случае происходит в слое катализатора окисления, что исключает опасность взрыва и обеспечивает взрывобезопасность установки.
Кроме того, из-за удаления водорода из зоны реакции, равновесие риформинга смешается в сторону образования целевых продуктов, позволяя повысить глубину протекания риформинга и выход синтез-газа, а также оптимизировать его состав за счет приближения объемного соотношения водород: оксид углерода в синтез-газе к оптимальному соотношению, равному 2:1.
Предлагаемая установка включает риформер 1 с реакционной зоной 2, заполненной катализатором парового риформинга, в котором размещен каталитический нагреватель с водородселективной теплопроводящей перегородкой 3 и катализатором окисления 4, рекуперационный теплообменник 5, а также систему подачи кислородсодержащего газа с газодувкой 6, холодильником 7 и теплообменником 8.
При работе установки водно-углеводородную сырьевую смесь, подаваемую по линии 9, нагревают в холодильнике 7, теплообменнике 5 и направляют в риформер 1, где при контакте с катализатором в реакционной зоне 2 образуется синтез-газ, выводимый через теплообменник 5 по линии 10. Водород из синтез-газа диффундирует через перегородку 3 и в присутствии катализатора окисления 4 контактирует с кислородсодержащим газом, подаваемым по линии 11 с помощью газодувки 6 после нагрева в теплообменнике 8. Тепло, выделяющееся при окислении водорода, нагревает катализатор риформинга в реакционной зоне 2, а полученный отходящий газ выводят по линии 12, охлаждают в аппаратах 8, 7 и смешивают с воздухом, подаваемым по линии 13, для восполнения кислорода, израсходованного на окисление водорода. Балансовый газ выводят по линии 14 после газодувки 6. При необходимости на линии 12 после риформера 1 установлен дополнительный теплообменник 15, а каталитический нагреватель оснащен линией подачи топлива 16 (показано пунктиром).
Таким образом, предлагаемая установка позволяет повысить температуру нагрева, снизить расход энергии и обеспечить взрывобезопасность, а также увеличить выход и оптимизировать состав синтез-газа и может быть использована в промышленности.
Claims (2)
1. Установка для получения синтез-газа, включающая резервуар с нагреваемым материалом и устройство нагрева с каталитическим нагревателем, заполненным катализатором окисления, газодувкой и линиями подачи воздуха и вывода отходящего газа, отличающаяся тем, что в качестве резервуара с нагреваемым материалом установлен риформер с реакционной зоной, заполненной катализатором, каталитический нагреватель размещен в риформере, отделен от его реакционной зоны водородселективой и теплопроводящей перегородкой, оснащен линией ввода кислородсодержащего газа, на которой расположен теплообменник, а на линии вывода отходящего газа размещены теплообменник, холодильник и газодувка, на входе в которую к линии вывода отходящего газа примыкает линия подачи воздуха, а на выходе - линия вывода балансового газа, образуя линию подачи кислородсодержащего газа, при этом риформер оснащен линиями ввода сырьевой смеси и вывода синтез-газа из реакционной зоны, соединенными с рекуперационным теплообменником, перед которым на линии ввода сырьевой смеси установлен холодильник.
2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что на линии вывода отходящего газа из реактора установлен дополнительный теплообменник нагрева сырьевой смеси перед подачей в риформер.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018116813A RU2677146C1 (ru) | 2018-05-04 | 2018-05-04 | Установка для получения синтез-газа с каталитическим нагревателем |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018116813A RU2677146C1 (ru) | 2018-05-04 | 2018-05-04 | Установка для получения синтез-газа с каталитическим нагревателем |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2677146C1 true RU2677146C1 (ru) | 2019-01-15 |
Family
ID=65025323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018116813A RU2677146C1 (ru) | 2018-05-04 | 2018-05-04 | Установка для получения синтез-газа с каталитическим нагревателем |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2677146C1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3524819A (en) * | 1967-03-03 | 1970-08-18 | Lummus Co | Steam reforming of hydrocarbons |
| RU2354608C2 (ru) * | 2002-09-26 | 2009-05-10 | Хальдор Топсеэ А/С | Способ и устройство для получения синтез-газа |
| WO2015198186A1 (en) * | 2014-06-23 | 2015-12-30 | Tubitak | An autothermal reformer reactor and a feeding system thereof |
-
2018
- 2018-05-04 RU RU2018116813A patent/RU2677146C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3524819A (en) * | 1967-03-03 | 1970-08-18 | Lummus Co | Steam reforming of hydrocarbons |
| RU2354608C2 (ru) * | 2002-09-26 | 2009-05-10 | Хальдор Топсеэ А/С | Способ и устройство для получения синтез-газа |
| WO2015198186A1 (en) * | 2014-06-23 | 2015-12-30 | Tubitak | An autothermal reformer reactor and a feeding system thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5516344A (en) | Fuel cell power plant fuel processing apparatus | |
| RU2415073C2 (ru) | Компактный реактор реформинга | |
| US7074373B1 (en) | Thermally-integrated low temperature water-gas shift reactor apparatus and process | |
| EP1094030B1 (en) | Reforming method and apparatus for hydrogen production | |
| RU2411075C2 (ru) | Компактный риформинг-реактор | |
| JP2004531447A (ja) | コンパクトな蒸気リフォーマー | |
| EA023199B1 (ru) | Технология "газ-в-жидкость" преобразования газа в жидкие углеводороды | |
| KR102712430B1 (ko) | 수소 생성 시스템 | |
| DK162935B (da) | Apparat til fremstilling af produktgas med indhold af hydrogen og carbonoxider | |
| KR20210116144A (ko) | 수소 생성 시스템 | |
| US8133445B2 (en) | Reaction chamber promoting heat exchange between the reagents and the gases that are produced | |
| RU2677146C1 (ru) | Установка для получения синтез-газа с каталитическим нагревателем | |
| WO2015198186A1 (en) | An autothermal reformer reactor and a feeding system thereof | |
| RU2372277C1 (ru) | Способ получения водорода и устройство для его осуществления | |
| RU2677142C1 (ru) | Устройство нагрева реакционной зоны каталитического реактора | |
| CN106829860B (zh) | 一种氢气制备装置 | |
| KR20160045738A (ko) | 탄화수소 및 알코올 개질 시스템용 다관식 개질기 및 이를 포함하는 탄화수소 및 알코올 개질 시스템, 및 관련 방법 | |
| RU2674123C1 (ru) | Установка для получения водорода | |
| CN115013827A (zh) | 一种催化燃烧装置 | |
| JP4671632B2 (ja) | 自己酸化内部加熱型改質装置及び方法 | |
| KR20210116146A (ko) | 수소 생성 시스템 | |
| RU2653825C1 (ru) | Автономная водородная установка | |
| RU2801525C1 (ru) | Устройство для получения водородсодержащей смеси из аммиака | |
| JP2004115320A (ja) | 改質装置 | |
| RU2652191C1 (ru) | Водородная установка (варианты) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20210708 |