RU2701936C1 - Способ непрерывного производства ценных химических продуктов и энергии из углеродсодержащего сырья - Google Patents

Способ непрерывного производства ценных химических продуктов и энергии из углеродсодержащего сырья Download PDF

Info

Publication number
RU2701936C1
RU2701936C1 RU2018144195A RU2018144195A RU2701936C1 RU 2701936 C1 RU2701936 C1 RU 2701936C1 RU 2018144195 A RU2018144195 A RU 2018144195A RU 2018144195 A RU2018144195 A RU 2018144195A RU 2701936 C1 RU2701936 C1 RU 2701936C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
melt
carried out
reduced
oxidation
oxidized
Prior art date
Application number
RU2018144195A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Владимирович Сербиненко
Андрей Николаевич Загоруйко
Original Assignee
Владимир Владимирович Сербиненко
Андрей Николаевич Загоруйко
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 Владимир Владимирович Сербиненко, Андрей Николаевич Загоруйко filed Critical Владимир Владимирович Сербиненко
Priority to RU2018144195A priority Critical patent/RU2701936C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2701936C1 publication Critical patent/RU2701936C1/ru

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B01J10/00—Chemical processes in general for reacting liquid with gaseous media other than in the presence of solid particles, or apparatus specially adapted therefor
    • B01J10/005—Chemical processes in general for reacting liquid with gaseous media other than in the presence of solid particles, or apparatus specially adapted therefor carried out at high temperatures in the presence of a molten material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE
    • B09B3/00—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
    • 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
    • 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
    • C01B3/22—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds
    • C01B3/24—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области химии, а именно к способам переработки углеродсодержащего сырья, в том числе отходов, с производством ценных химических продуктов, а также энергии. Способ включает окисление исходного сырья, которое осуществляют за счет контактирования исходного сырья с окисленным расплавом. Расплав представляет собой расплав, содержащий высшие оксиды каталитически активных металлов. В результате образуются продукты окисления исходного сырья и восстановленный расплав. Восстановленный расплав представляет собой расплав, содержащий низшие оксиды каталитически активных металлов. Проводят окислительную регенерацию восстановленного расплава, которую осуществляют за счет контактирования восстановленного расплава с газообразным окислителем, с обратным образованием окисленного расплава и газообразных продуктов окислительной регенерации. Окисление исходного сырья и окислительную регенерацию восстановленного расплава осуществляют в отдельных реакционных зонах и обеспечивают циркуляцию окисленного и восстановленного расплавов между этими зонами. Окислительную регенерацию восстановленного расплава осуществляют в двух отдельных окислительных реакционных зонах, в одной окислительной реакционной зоне ведут окислительную регенерацию восстановленного расплава водяным паром с получением водорода и в другой окислительной реакционной зоне ведут окислительную регенерацию восстановленного расплава кислородсодержащим газом, в том числе воздухом, с получением тепловой энергии. Технический результат: непрерывность и высокая производительность процесса; высокая технологическая гибкость и энергетическая сбалансированность процесса; повышенная надежность и безопасность способа. 13 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к области химии, а именно, к способам переработки углеродсодержащего сырья с производством ценных химических продуктов, а также энергии.
Углерод-содержащие материалы широко используется в мировой практике, как в качестве топлива для производства тепловой и электрической энергии, так и в качестве сырья для производства топлив и ценных химических продуктов. К таким материалам относятся ископаемые (природный газ, нефть, уголь), и возобновляемые (биогаз, биомасса) виды сырья. Кроме того, в этот круг входят различные углеводородные и органические отходы добывающей, химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, деревообрабатывающих предприятий, пищевой промышленности, сельского хозяйства и пр. Важным компонентом этого сырьевого сектора также является муниципальный мусор.
В связи с большим числом различных видов углеродсодержащего сырья, а также направлений его использование, существуют чрезвычайно большое количество различных технологий его переработки.
В современных условиях все большее внимание уделяется повышению эффективности технологий переработки такого сырья как с технической, так и с экологической точек зрения. Среди технических критериев определяющими являются технологичность переработки, капитальные и операционные затраты, энергетическая эффективность и безопасность. К экологическим критериям относятся безотходность, количество и токсичность образующихся отходов, в случае переработки отходов в качестве сырья - эффективность их утилизации и образование вторичных отходов переработки.
Технологии производства энергии за счет сжигания углеродсодержащего сырья известны человечеству с доисторических времен. Все они основаны на реакциях окисления углеродсодержащих органических соединений кислородом воздуха:
Figure 00000001
На таких процессах основана большая часть современной энергетики, кроме того, основным направлением утилизации муниципального мусора и многих видов промышленных отходов также является сжигание. К недостаткам таких процессов можно отнести их низкую экологическую эффективность из-за образования вредных отходов горения - продуктов неполного сжигания топлив, моноксида углерода, оксидов азота и серы, золы и сажи.
Другим реакционным путем вовлечения в переработку углеродсодержащих соединений является их использование в качестве сырья для производства ценных химических продуктов и полупродуктов. В первую очередь, к таким продуктам относятся водород и синтез-газ, которые могут использоваться для производства различных химических продуктов (моторные топлива, метанол, аммиак и пр.), либо для экологически чистого производства энергии. Получение водорода и синтез-газа из углеродсодержащего сырья основано на реакции паровой конверсии
Figure 00000002
К подобным технологиями можно отнести также процессы газификации угля с получением синтез-газа на основе реакций
Figure 00000003
Другим типом продукции при переработке углеродсодержащего сырья являются продукты пиролиза исходных углеродсодержащих соединений, такие как деготь, бионефть и др., из которых затем также можно получать ценные вещества.
Реакции паровой конверсии, газификации и пиролиза эндотермичны и требуют подвода тепловой энергии для их осуществления. Эта энергия прямо или косвенно производится за счет сжигания части углеродсодержащего сырья, так что в итоге все описанные способы сводятся к окислительной переработке углеродсодержащего сырья.
Эффективное производство водорода и синтез-газа возможно только за счет применения каталитических процессов. Кроме того, применение катализаторов позволяет существенно повышать технологическую и экологическую эффективность процессов сжигания углеродсодержащего сырья. Однако, применение гетерогенных катализаторов технологически отработано для газообразных реагентов, в существенно меньшей степени для жидких реагентов, в то время как для высоковязких жидких и твердых видов углеродсодержащего сырья технологические решения на практике фактически отсутствуют, что связано с трудностями введения твердых реагентов в слой твердого катализатора, а также последующего вывода и выделения продуктов каталитических реакций. Кроме того, водород получается в виде газообразной смеси, содержащей прочие компоненты(оксиды углерода, азот и пр.), выделение водорода из такой смеси приводит к существенному усложнению и удорожанию способа.
Указанные проблемы могут быть в некоторой степени преодолены за счеты применения в качестве реакционной среды различных высокотемпературных расплавов.
Известны способы переработки органических отходов и нефтяных шламов путем их пиролиза при высоких температурах в среде шлакометаллического расплава либо расплавов солей и щелочей (патент Англии №586027 МПК С07С 2/78, С07С 5/48, приоритет от 06.04.1944; патент РФ №2147712 МПК F23G 5/027, приоритет от 30.09.1998; патент РФ №2160300 МПК С10В 49/14, С10В 53/00, С10В 53/02, F23G 5/027, В09В 3/00, приоритет от 15.09.1998; патент РФ 2392542 МПК В09В 3/00, F23G 5/027, приоритет от 19.03.2009; патент РФ 2398998 МПК В09В 3/00, С10В 49/14, F23G 5/027, приоритет от 09.06.2009; патент РФ 2403499 МПК F23G 5/00, приоритет от 03.07.2009; патент США 5191154 МПК A62D 3/00, C02F 1/72, приоритет от 29.07.1991; патент США 5461991, МПК C02F 1/72, F23G 7/04, приоритет от 16.05.1990; заявка Японии 2014525956, МПК С01В 3/06, C10J 3/57, приоритет от 21.07.2011). При этом образуются твердые и газообразные продукты пиролиза исходного углеродсодержащего сырья.
Недостатком известных способов является высокая температура переработки сырья (до 1500°С), которая требует применения специальных термостойких материалов, приводит к уносу компонентов расплавов в виде паров и к образованию значительных количеств вторичных отходов, в том числе, оксидов азота. Кроме того, таким способам присуща многостадийность, высокая технологическая сложность и низкая производительность, связанная с низкой скоростью протекающих реакций. Одним из существенных недостатков также является необходимость подвода внешней энергии для поддержания необходимой для протекания реакций температуры.
Производительность может быть повышена за счет введения в расплав каталитически активных компонентов.
Известен способ, в котором в расплав солей дополнительно вводят катализатор для ускорения крекинга исходного сырья (Патент США 9714391, МПК С10В 27/00, С10В 49/14, С10В 53/07, C10G 11/14, C10G 31/10, C10G 55/06, C10G 7/00, C10L 1/08, приоритет от 14.08.2014). Однако, более перспективными являются способы, в которых катализаторы одновременно являются реагентами, способными доставлять в зону реакции окислитель (кислород). Протекание окислительных реакций позволяет обеспечить поступление в реакционную зону необходимой энергии.
Наиболее близким к предлагаемому (прототипом) является способ производства энергии, включающий периодическое чередование стадий окисления исходного сырья, которое осуществляют за счет контактирования исходного сырья с окисленным расплавом, последний представляет собой расплав, содержащий высшие оксиды каталитически активных металлов, в результате чего образуются продукты парциального или полного окисления исходного сырья и восстановленный расплав, последний представляет собой расплав, содержащий низшие оксиды этих металлов, и окислительной регенерации восстановленного расплава, которую осуществляют за счет контактирования восстановленного расплава с газообразным окислителем, с обратным образованием окисленного расплава и газообразных продуктов окислительной регенерации. (Патент США 9573823 В2 МПК B01J 19/00, С01В 32/50, C01G 29/00, C01G 3/02, C01G 31/02, C01G 39/02, C01G 45/02, приоритет от 19.11.2009). К достоинствам этого способа можно отнести его относительную технологическую простоту, приемлемую производительность и умеренную температуру (ниже 1000°С), что позволяет использовать для создания соответствующих реакторов относительно доступные конструкционные материалы, а также предотвращать образование оксидов азота. Способ отличается универсальностью и позволяет вовлекать в переработку различные виды углеродсодержащего сырья (природный газ, фракции нефти, уголь, биомассу, мусор и отходы). Кроме того, чередование эндотермической стадии восстановления расплава и экзотермической стадии его реокисления воздухом позволяет производить тепловую энергию без затрат посторонней энергии на поддержание тепловых режимов в реакционной зоне. Газовым продуктом на стадии окисления исходного сырья является практически чистый диоксид углерода, что позволяет достаточно легко утилизировать его.
К недостаткам известного способа следует отнести его периодический характер, что осложняет управление им и ограничивает его производительность. Весьма существенным его недостатком является невозможность производства из углеродсодержащего сырья каких-либо ценных химических продуктов. Кроме того, при реализации способа возникают осложнения, связанные с высокой температурой плавления низших оксидов используемых металлов. В ходе реакции такие оксиды могут кристаллизоваться в расплаве, что может приводить к существенным сложностям при использовании способа, снижающим его надежность.
Авторы поставили перед собой задачу разработки способа переработки углеродсодержащего сырья, отличающегося непрерывностью переработки, высокой надежностью, энергетической сбалансированностью, универсальности по отношению к типам исходном сырья, а также возможностью производства как тепловой энергии, так и ценных химических продуктов, в первую очередь, водорода.
Поставленная задача решается тем, что в способе производства ценных химических продуктов и энергии из углерод-содержащего сырья, включающем окисление исходного сырья, которое осуществляют за счет контактирования исходного сырья с окисленным расплавом, последний представляет собой расплав, содержащий высшие оксиды каталитически активных металлов, при этом в результате образуются продукты окисления исходного сырья и восстановленный расплав, последний представляет собой расплав, содержащий низшие оксиды этих металлов, а также окислительную регенерацию восстановленного расплава, которую осуществляют за счет контактирования восстановленного расплава с газообразным окислителем, с обратным образованием окисленного расплава и газообразных продуктов окислительной регенерации, окисление исходного сырья и окислительную регенерацию восстановленного расплава осуществляют в отдельных реакционных зонах и обеспечивают циркуляцию окисленного и восстановленного расплавов между этими зонами, при этом окислительную регенерацию восстановленного расплава осуществляют в двух отдельных окислительных реакционных зонах, в одной окислительной реакционной зоне ведут окислительную регенерацию восстановленного расплава водяным паром с получением водорода и в другой окислительной реакционной зоне ведут окислительную регенерацию восстановленного расплава кислородсодержащим газом, в том числе воздухом, с получением тепловой энергии.
В качестве оксидов каталитически активных металлов могут использовать оксиды переходных металлов, способных изменять свою валентность в соединениях с кислородом, в частности, оксиды ванадия, железа, марганца, молибдена и других переходных металлов, как индивидуально, так и в любых сочетаниях. Кроме того, в состав окисленного расплава на стадии его приготовления могут вводить компоненты, образующие с оксидами каталитически активных металлов эвтектические композиции, температура плавления которых ниже температуры плавления чистых оксидов этих металлов, в частности, карбонаты щелочных металлов, оксид бора, легкоплавкие стекла и другие вещества, как индивидуально, так и в любых сочетаниях.
Конструктивно реакционные зоны окисления исходного реакционного сырья и окислительной регенерации восстановленного расплава могут выполнять как в виде отдельных аппаратов, связанных между собой трубопроводами для циркуляции расплава, так и в составе одного аппарата с взаимной изоляцией каждой из реакционных зон, а также отвода соответствующих продуктов, с обеспечением циркуляции окисленного расплава и восстановленного расплава между этими зонами и с обеспечением теплообмена между этими зонами. При этом перемещение окисленного расплава и восстановленного расплава внутри каждой из реакционных зон и циркуляция окисленного расплава и восстановленного расплава между зонами могут осуществлять за счет энергии потоков водяного пара и воздуха, подаваемых в окислительные реакционные зоны для окислительной регенерации восстановленного расплава. Как минимум одну из реакционных зон могут выполнять содержащей теплообменное оборудование для предварительного нагрева расплава, поддержания необходимых тепловых режимов и отвода избыточного тепла с производством тепловой энергии, а также содержащими узлы подготовки, подачи и вывода расплава.
В качестве исходного сырья могут использовать нефть, ее различные фракции и различные продукты нефтепереработки и нефтехимии, а также прочие жидкие углеводороды и органические соединения как индивидуально, так и в любых комбинациях; природный газ, попутный нефтяной газ, легкие парафины, пары углеводородов и органических соединений, синтез-газ и прочие горючие газы как индивидуально, так и в любых комбинациях; уголь, кероген и другие ископаемые углеродсодержащие вещества как индивидуально, так и в любых комбинациях; бытовой мусор и промышленные отходы, содержащие органические вещества; древесину, торф, биомассу, использованные растительные масла, отходы деревопереработки, пищевой промышленности и сельского хозяйства и прочие возобновляемые топлива. При этом возможно одновременное использование различных видов углерод-содержащего сырья.
Технический эффект заявляемого изобретения заключается в расширении арсенала технологий для обеспечения устойчивого развития. Кроме того, заявляемое техническое решение обеспечивает возможность получения водорода из широкого спектра газообразного, жидкого и твердого углеродсодержащего сырья, в том числе отходов; обеспечивает непрерывность и высокую производительность процесса; высокую технологическую гибкость и энергетическую сбалансированность процесса; повышает надежность и безопасность способа.
Заявляемое техническое решение поясняется технологической схемой способа производства ценных химических продуктов и энергии из углеродсодержащего сырья фиг 1, где 1 - реакционная зона, в которой проводят окисление исходного сырья окисленным расплавом, 2 - окислительная реакционная зона, в которой проводят окислительную регенерацию восстановленного расплава воздухом, 3 - окислительная реакционная зона, в которой проводят окислительную регенерацию восстановленного расплава водяным паром, 4 - исходное сырье, 5 - газообразные продукты окисления исходного сырья, 6 - воздух, 7 - газообразные продукты окислительной регенерации воздухом, 8 - водяной пар, 9 - газообразные продукты окислительной регенерации водяным паром, 10 - окисленный расплав, 11 - восстановленный расплав.
Заявляемое техническое решение осуществляют следующим образом. Исходное сырье подается в реакционную зону, где оно контактирует с окисленным расплавом, содержащим высшие оксиды металлов MeOn, с протеканием реакций окисления:
Figure 00000004
в результате которой образуется восстановленный расплав, содержащий низшие оксиды MeOn-m, а также газообразные продукты (углекислый газ, водяной пар). Газообразные продукты не содержат вредных примесей (оксидов азота, частиц золы и пыли), кроме того, водяной пар может достаточно легко удален из газового потока путем конденсации, что позволяет получать концентрированный поток CO2, что позволяет при необходимости достаточно легко проводить его выделение из потока в качестве товарного продукта.
Полученный в реакционной зоне окисления исходного сырья восстановленный расплав направляют в отдельные окислительные реакционные зоны, в одной из которых восстановленный расплав подвергают окислительной регенерации кислородсодержащим газом, в том числе воздухом, по реакции
Figure 00000005
с выделением тепловой энергии, а в другой водяным паром по реакции
Figure 00000006
с выделением водорода. В результате этих реакций вновь образуется окисленный расплав, рециркулируемый в реакционную зону окисления исходного сырья, а также газообразные продукты - обедненный кислородом воздух в одной окислительной реакционной зоне, в которой происходит окислительная регенерация с использованием воздуха, и смесь водорода с водяным паром в другой окислительной реакционной зоне, где осуществляют окислительную регенерацию с помощью водяного пара. Водяной пар может быть легко удален из водород-содержащего потока конденсацией воды, что позволяет достаточно получать концентрированный водород высокой чистоты. Возможность производства водорода обеспечивается исключительно за счет раздельного проведения окислительной регенерации кислородом и водяным паром (при одновременной подаче воздуха и водяного пара в окислительные реакционные зоны производимый водород будет окисляться обратно в воду кислородом и окисленным расплавом).
Тепловой эффект реакций (5-7) различен для различных типов углеродсодержащего сырья и для различных типов оксидов, однако, для большинства комбинаций сырья и оксидов реакции (5) и (7) будут эндотермичными, а реакции (6) - экзотермичными. Одновременная раздельная регенерация восстановленного расплава воздухом и водой позволяет обеспечивать энергетическую сбалансированность процесса, то есть обеспечивать потребность в энергии на энергодефицитных стадиях окисления исходного сырья и производства водорода тепловым потоком с энергоизбыточной стадии воздушной окислительной регенерации.
Использование окисленного и восстановленного расплавов, содержащих компоненты, образующие с оксидами каталитически активных металлов эвтектические композиции, температура плавления которых ниже температуры плавления чистых оксидов этих металлов, позволяет обеспечивать низкую температуру плавления окисленного и восстановленного расплавов, за счет чего обеспечивается умеренная (ниже 1000°С) рабочая температура во всех реакционных зонах, а также снижается риск блокирования оборудования процесса затвердевшими расплавами. Это позволяет минимизировать использование дорогостоящих термостойких конструктивных материалов, а также обеспечить высокую эксплуатационную надежность способа.
Технологическая схема процесса для осуществления описанного способа представлена на фиг. 1. Технологическая схема процесса включает три раздельные реакционные зоны 1, 2 и 3. В реакционной зоне 1 осуществляют окисление исходного сырья 4 окисленным расплавом. В окислительной реакционной зоне 2 проводят окислительную регенерацию восстановленного расплава воздухом 6, в окислительной реакционной зоне 3 - окислительную регенерацию восстановленного расплава водяным паром 8. При этом в реакционной зоне 1 в результате взаимодействия исходного сырья и окисленного расплава образуются газообразные продукты окисления сырья 5 (главным образом - углекислый газ и пары воды), а также восстановленный расплав 11, который направляется в окислительные реакционные зоны 2 и 3. окислительной регенерации. При регенерации восстановленного расплава воздухом в окислительной реакционной зоне 2 образуются газообразные продукты регенерации 7 (азот или обедненный кислородом воздух), при регенерации водяным паром в окислительной реакционной зоне 3 образуются газообразные продукты регенерации 9 (водород с водяным паром). В обеих окислительных реакционных зонах вновь образуется окисленный расплав 10, который рециркулируется в реакционную зону 1.
В такой схеме вариация расходов воздуха и водяного пара позволяет управлять процессом в широком диапазоне параметров и соотношений производства энергии и ценных химических продуктов. При преимущественной окислительной регенерации с помощью воздуха может быть максимизировано производство тепловой энергии, причем избыток энергии может утилизироваться в виде высокопотенциальных энергоресурсов, в том числе, водяного пара высокого давления, который можно использовать для производства электроэнергии. При преимущественной окислительной регенерации с помощью водяного пара можно максимизировать производство водорода, в том числе при использовании внешней тепловой энергии для поддержания общего теплового баланса.
Конструктивно реакционная зона 1, и окислительные реакционные зоны 2, 3 могут быть выполнены как в виде отдельных аппаратов, соединенных между собой трубопроводами для циркуляции окисленного расплава 10 и восстановленного расплава 11, так и в виде одного аппарата, в котором эти реакционные зоны отделены друг от друга непроницаемыми для расплава и газовых продуктов перегородками с проходами в нижней и верхней частях для прохода потоков окисленного расплава и восстановленного расплава. Конструкцию как минимум одной из реакционных зон 1, 2 и 3 можно выполнить содержащей теплообменное оборудование как для отвода избыточного тепла, так и для подвода дополнительного тепла, а также для стартового нагрева расплава и для управления процессом.
В объеме реакционных зон нежелательно размещать какие-либо движущиеся части, поэтому предпочтительным является перемещение окисленного расплава и восстановленного расплава между реакционными зонами за счет использования энергии потоков водяного пара и воздуха, подаваемых в зоны регенерации восстановленного расплава (газлифта). Это существенно упрощает конструктивное устройство реакционных зон и повышает его эксплуатационную надежность.
Умеренная температура в окислительной реакционной зоне 2 (ниже 1000°С) обеспечивает минимизацию образования оксидов азота. В остальных реакционных зонах их образование исключено в силу отсутствия в них азота и молекулярного кислорода. Ведение процесса окисления в жидкофазной реакционной среде также предотвращает попадание в газообразные потоки твердых частиц (зола, пыль). В итоге обеспечивается высокая экологическая эффективность способа.
Полученный в результате переработки углеродсодержащего сырья водород затем можно использовать для экологически чистого производства электроэнергии в топливных элементах с высоким КПД. Возможность быстрого переключения процесса из режима производства тепловой энергии в режим производства водорода и обратно и вытекающую отсюда возможность аккумуляции энергии и генерации электричества с быстрым изменением мощности генерации в широком диапазоне можно выигрышно использовать в современных энергосетях для решения задачи компенсации суточных колебаний использования электроэнергии.
Кроме того, водород может быть использован в качестве полупродукта для производства ценных высокорентабельных продуктов, например, таких как моторные топлива (бензин, дизельные топлива). Таким образом, в отличие от прототипа, в котором единственным возможным продуктом является тепловая энергия, предлагаемый способ позволяет производить гораздо более широкий спектр продуктов с существенно более высокой стоимостью и рыночной востребованностью.
Важным свойством предложенного способа является возможность производства ценных продуктов (электрической энергии и водорода) с использованием промышленных отходов, муниципального мусора, углей (в том числе низкосортных), нефтешламов и других видов углеродсодержащего сырья, которые считаются некондиционными и имеют ограниченное применение как в энергетике, так и в химических производствах. Многие из таких видов сырья являются вредными отходами, экологически чистая утилизация которых сама по себе является важной задачей в сфере защиты окружающей среды.

Claims (14)

1. Способ производства ценных химических продуктов и энергии из углеродсодержащего сырья, включающий окисление исходного сырья, которое осуществляют за счет контактирования исходного сырья с окисленным расплавом, последний представляет собой расплав, содержащий высшие оксиды каталитически активных металлов, при этом в результате образуются продукты окисления исходного сырья и восстановленный расплав, последний представляет собой расплав, содержащий низшие оксиды каталитически активных металлов, а также окислительную регенерацию восстановленного расплава, которую осуществляют за счет контактирования восстановленного расплава с газообразным окислителем, с обратным образованием окисленного расплава и газообразных продуктов окислительной регенерации, отличающийся тем, что окисление исходного сырья и окислительную регенерацию восстановленного расплава осуществляют в отдельных реакционных зонах и обеспечивают циркуляцию окисленного и восстановленного расплавов между этими зонами, при этом окислительную регенерацию восстановленного расплава осуществляют в двух отдельных окислительных реакционных зонах, в одной окислительной реакционной зоне ведут окислительную регенерацию восстановленного расплава водяным паром с получением водорода и в другой окислительной реакционной зоне ведут окислительную регенерацию восстановленного расплава кислородсодержащим газом, в том числе воздухом, с получением тепловой энергии.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве высших оксидов каталитически активных металлов и низших оксидов каталитически активных металлов используют оксиды переходных металлов, способных изменять свою валентность в соединениях с кислородом, в частности оксиды ванадия, железа, марганца, молибдена, как индивидуально, так и в любых сочетаниях.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют окисленный расплав и восстановленный расплав, содержащие компоненты, образующие с высшими оксидами каталитически активных металлов и низшими оксидами каталитически активных металлов эвтектические композиции, температура плавления которых ниже температуры плавления чистых оксидов этих металлов, в частности карбонаты щелочных металлов, оксид бора, легкоплавкие стекла, как индивидуально, так и в любых сочетаниях.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что реакционную зону, в которой проводят окисление исходного сырья, и реакционную зону, в которой проводят окислительную регенерацию восстановленного расплава, выполняют в виде отдельных аппаратов, связанных между собой трубопроводами для циркуляции расплава.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что реакционную зону, в которой проводят окисление исходного сырья, и реакционную зону, в которой проводят окислительную регенерацию восстановленного расплава, выполняют в составе одного аппарата с взаимной изоляцией каждой из реакционных зон, а также отвода соответствующих продуктов, с обеспечением циркуляции окисленного расплава и восстановленного расплава между этими зонами и с обеспечением теплообмена между этими реакционными зонами.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перемещение окисленного расплава и восстановленного расплава внутри каждой из реакционных зон и циркуляцию окисленного расплава и восстановленного расплава между реакционными зонами осуществляют за счет энергии потоков водяного пара и воздуха, подаваемых в окислительные реакционные зоны.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что как минимум одну из реакционных зон выполняют содержащей теплообменное оборудование для предварительного нагрева расплава, поддержания необходимых тепловых режимов и отвода избыточного тепла с производством тепловой энергии.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что реакционные зоны выполняют содержащими узлы подготовки, подачи и вывода расплава.
9. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют нефть, ее различные фракции и различные продукты нефтепереработки и нефтехимии, как индивидуально, так и в любых комбинациях.
10. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют природный газ, попутный нефтяной газ, легкие парафины, пары углеводородов и органических соединений, синтез-газ как индивидуально, так и в любых комбинациях.
11. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют уголь или кероген как индивидуально, так и в любых комбинациях.
12. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют бытовой мусор и промышленные отходы, содержащие органические вещества.
13. Способ по любому из пп. 1 -8, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют древесину, торф, биомассу, использованные растительные масла, отходы деревопереработки, пищевой промышленности и сельского хозяйства.
14. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что одновременно используют различные виды исходного углеродсодержащего сырья.
RU2018144195A 2018-12-13 2018-12-13 Способ непрерывного производства ценных химических продуктов и энергии из углеродсодержащего сырья RU2701936C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018144195A RU2701936C1 (ru) 2018-12-13 2018-12-13 Способ непрерывного производства ценных химических продуктов и энергии из углеродсодержащего сырья

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018144195A RU2701936C1 (ru) 2018-12-13 2018-12-13 Способ непрерывного производства ценных химических продуктов и энергии из углеродсодержащего сырья

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2701936C1 true RU2701936C1 (ru) 2019-10-02

Family

ID=68171167

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018144195A RU2701936C1 (ru) 2018-12-13 2018-12-13 Способ непрерывного производства ценных химических продуктов и энергии из углеродсодержащего сырья

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2701936C1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2106416C1 (ru) * 1992-05-05 1998-03-10 Молтен Метал Текнолоджи Инк. Способ непрямого химического восстановления компонента отходов
US6110239A (en) * 1996-05-31 2000-08-29 Marathon Ashland Petroleum Llc Molten metal hydrocarbon gasification process
EA005832B1 (ru) * 2001-03-06 2005-06-30 Элкемикс Корпорейшн Способ получения водорода
WO2005123285A1 (en) * 2004-06-17 2005-12-29 Sorain Cecchini Ambiente Sca S.P.A. Method and system for the recycling of municipal solid wastes, and exploitation of the wasted solid recovery fuel
US9573823B2 (en) * 2009-11-19 2017-02-21 Phillips 66 Company Liquid-phase chemical looping energy generator
RU2630118C1 (ru) * 2016-12-12 2017-09-05 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Способ переработки углеродсодержащего сырья в реакторе с расплавом металла

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2106416C1 (ru) * 1992-05-05 1998-03-10 Молтен Метал Текнолоджи Инк. Способ непрямого химического восстановления компонента отходов
US6110239A (en) * 1996-05-31 2000-08-29 Marathon Ashland Petroleum Llc Molten metal hydrocarbon gasification process
EA005832B1 (ru) * 2001-03-06 2005-06-30 Элкемикс Корпорейшн Способ получения водорода
WO2005123285A1 (en) * 2004-06-17 2005-12-29 Sorain Cecchini Ambiente Sca S.P.A. Method and system for the recycling of municipal solid wastes, and exploitation of the wasted solid recovery fuel
US9573823B2 (en) * 2009-11-19 2017-02-21 Phillips 66 Company Liquid-phase chemical looping energy generator
RU2630118C1 (ru) * 2016-12-12 2017-09-05 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Способ переработки углеродсодержащего сырья в реакторе с расплавом металла

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhao et al. Biomass-based chemical looping technologies: the good, the bad and the future
Guan et al. Catalytic steam reforming of biomass tar: Prospects and challenges
Xiao et al. Two-stage steam gasification of waste biomass in fluidized bed at low temperature: Parametric investigations and performance optimization
RU2600373C2 (ru) Частичное окисление метана и высших углеводородов в потоках синтез-газа
Chhiti et al. Thermal conversion of biomass, pyrolysis and gasification
Klinghoffer et al. Gasification and pyrolysis of municipal solid waste (MSW)
CN101519604B (zh) 多级控制聚自由基生物质气化再生能源系统
JP2011516679A (ja) 可燃性有機物質のガス化
Bhaskar et al. Thermochemical route for biohydrogen production
Wang et al. Hydrogen production
Farsi Biomass conversion to biomethanol
JP2010501685A5 (ru)
JP2009298967A (ja) ガス化方法、及びガス化装置
Munir et al. Food waste hydrochar: An alternate clean fuel for steel industry
Siddiqui et al. Recent approaches on the optimization of biomass gasification process parameters for product H2 and syngas ratio: a review
RU2701936C1 (ru) Способ непрерывного производства ценных химических продуктов и энергии из углеродсодержащего сырья
US20150024448A1 (en) Integrated Processes for the Conversion of Coal to Chemicals
RU2333238C2 (ru) Способ переработки органических отходов (варианты)
Wu et al. Advanced thermal treatment of wastes for fuels, chemicals and materials recovery
RU2729785C2 (ru) Способ циклического производства ценных химических продуктов и энергии из углеродсодержащего сырья
JP4549918B2 (ja) バイオマスのガス化方法
JP5679088B2 (ja) 有機物質の低分子化方法
Tunå Generation of synthesis gas for fuels and chemicals production
JP4041880B2 (ja) 多孔質無機物粒子を用いる有機物のガス化方法
US20040188325A1 (en) Catalytic process for manufacturing gasoline, fuel oil, diesel fuel, etc., and ways for productively utilizing relatively low grade heat from this and other sources

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201214