RU2777599C2 - Catalysts based on noble metals and methods for reforming methane and other hydrocarbons - Google Patents

Catalysts based on noble metals and methods for reforming methane and other hydrocarbons Download PDF

Info

Publication number
RU2777599C2
RU2777599C2 RU2020119423A RU2020119423A RU2777599C2 RU 2777599 C2 RU2777599 C2 RU 2777599C2 RU 2020119423 A RU2020119423 A RU 2020119423A RU 2020119423 A RU2020119423 A RU 2020119423A RU 2777599 C2 RU2777599 C2 RU 2777599C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
methane
gaseous mixture
catalyst
mol
synthesis gas
Prior art date
Application number
RU2020119423A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2020119423A (en
RU2020119423A3 (en
Inventor
Терри Л. МАРКЕР
Мартин Б. ЛИНК
Джим ВАНГЕРОУ
Педро ОРТИС-ТОРАЛЬ
Original Assignee
Гэз Текнолоджи Инститьют
Filing date
Publication date
Application filed by Гэз Текнолоджи Инститьют filed Critical Гэз Текнолоджи Инститьют
Priority claimed from PCT/US2017/061783 external-priority patent/WO2019099001A1/en
Publication of RU2020119423A publication Critical patent/RU2020119423A/en
Publication of RU2020119423A3 publication Critical patent/RU2020119423A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2777599C2 publication Critical patent/RU2777599C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: present invention can be used at the first stage of conversion of methane into fuel, followed by the second stage of conversion, Fischer-Tropsch product synthesis. Options of a method for the production of products of synthesis gas containing H2 and CO are claimed. One of options of the method for the production of synthesis gas consists in the supply of a gaseous mixture to a steam reforming reactor with CO2, which contains a catalyst on a solid carrier. The gaseous mixture contains methane, CO2 and H2O. The catalyst contains at least 2 noble metals selected from a group of Pt, Rh, Ru, Pd, Ag, Os, Ir, Au and contains less than 0.05% of metals different from the specified two noble metals and metals of the solid carrier. The solid carrier contains at least 80% of cerium oxide. In the reactor, at least 80% of methane is converted by the reaction with CO2 and H2O as oxidizers.
EFFECT: reduction in rates of carbon formation and catalyst deactivation because of coking, reduction in significant capital and operational costs for the removal of sulfur and other poisons from used catalysts.
25 cl, 5 dwg, 1 tbl, 3 ex

Description

ЗАЯВЛЕНИЕ В ОТНОШЕНИИ ИССЛЕДОВАНИЙ ИЛИ РАЗРАБОТОК, ФИНАНСИРУЕМЫХ ИЗ ФЕДЕРАЛЬНОГО БЮДЖЕТАSTATEMENT REGARDING RESEARCH OR DEVELOPMENT FINANCED FROM THE FEDERAL BUDGET

Данное изобретение осуществлялось при государственной поддержке по решению Министерства энергетики США DE-EE-0007009. Правительство имеет определенные права на данное изобретение.This invention was carried out with government support under the decision of the US Department of Energy DE-EE-0007009. The government has certain rights to this invention.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES

Аспекты изобретения относятся к катализаторам и способам конверсии метана и/или других углеводородов, в частности, к реакции такого углеводорода (ов) с CO2 в качестве окислителя, или с CO2 и H2O в виде комбинации окислителей, в присутствии катализатора, содержащего благородный металл, для получения синтез-газа, содержащего Н2 и СО.Aspects of the invention relate to catalysts and processes for the conversion of methane and/or other hydrocarbons, in particular to the reaction of such hydrocarbon(s) with CO 2 as an oxidant, or with CO 2 and H 2 O as a combination of oxidants, in the presence of a catalyst containing noble metal, to produce synthesis gas containing H 2 and CO.

ОПИСАНИЕ ИЗВЕСТНОГО УРОВНЯ ТЕХНИКИDESCRIPTION OF THE PRIOR ART

Непрерывный поиск альтернатив сырой нефти для производства углеводородного топлива во все в большей степени обусловлен рядом факторов. К ним относятся уменьшение запасов нефти, более высокий предполагаемый спрос на энергию и возросшие опасения по поводу выбросов парниковых газов (GHG) от источников невозобновляемого углерода. Метан оказался в центре внимания среди путей для получения жидких углеводородов, принимая во внимание его избыток в запасах природного газа, а также в потоках газа, полученных из биологических источников (биогаз). Основной промышленный способ конверсии метана в топливо включает: первую стадию конверсии для получения синтез-газа (сингаз), за которой следует вторая стадия конверсии, синтез продукта Фишера-Тропша (FT), ниже по потоку. На этой второй стадии, синтез-газ, содержащий смесь водорода (H2) и окись углерода (CO), подвергается последовательному расщеплению связей C-O и образованию связей C-C с включением водорода. Этот механизм обеспечивает образование углеводородов, в частности алканов с неразветвленной цепью, имеющих распределение молекулярных масс, которым, в некоторой степени, можно управлять путем изменения режимов реакции FT и свойств катализатора. Такие свойства включают размер пор и другие характеристики материала носителя. В других аспектах выбор катализатора способен влиять на выход продукта FT. Например, катализаторы FT на основе железа имеют тенденцию производить больше окисленных соединений, тогда как рутений, в качестве активного металла, имеет тенденцию производить исключительно парафины.The continuous search for alternatives to crude oil for the production of hydrocarbon fuels is increasingly driven by a number of factors. These include dwindling oil inventories, higher projected energy demand, and increased concerns about greenhouse gas (GHG) emissions from non-renewable carbon sources. Methane has become the focus of attention among the ways to obtain liquid hydrocarbons, given its abundance in natural gas reserves, as well as in gas streams obtained from biological sources (biogas). The main commercial process for converting methane to fuel includes: a first conversion stage to produce synthesis gas (syngas) followed by a second conversion stage, Fischer-Tropsch (FT) product synthesis, downstream. In this second step, the synthesis gas containing a mixture of hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) undergoes sequential splitting of CO bonds and formation of CC bonds to include hydrogen. This mechanism provides for the formation of hydrocarbons, in particular straight chain alkanes, having a molecular weight distribution that can be controlled to some extent by changing the FT reaction modes and catalyst properties. Such properties include pore size and other characteristics of the carrier material. In other aspects, the choice of catalyst can influence the yield of the FT product. For example, iron-based FT catalysts tend to produce more oxidized compounds, while ruthenium, as the active metal, tends to produce paraffins exclusively.

Что касается первой стадии конверсии, выше по потоку от FT, то известные способы получения синтез-газа из метана включают: риформинг с частичным окислением; и автотермический риформинг (ATR), основанный на экзотермическом окислении метана кислородом. Паровой риформинг метана (SMR), напротив, использует пар в качестве окислителя, так что термодинамика существенно отличается, не только потому, что производство самого пара требует затрат энергии, но также и потому, что реакции с участием метана и воды являются эндотермическими. Совсем недавно было предложено использовать диоксид углерода (CO2) в качестве окислителя для метана, так что требуемый синтез-газ образуется в результате реакции углерода в его наиболее окисленной форме с углеродом в его наиболее восстановленной форме в соответствии с:With respect to the first conversion stage, upstream of the FT, known methods for producing synthesis gas from methane include: reforming with partial oxidation; and autothermal reforming (ATR), based on the exothermic oxidation of methane with oxygen. Steam methane reforming (SMR), in contrast, uses steam as the oxidant, so the thermodynamics are quite different, not only because the production of steam itself requires energy, but also because the reactions involving methane and water are endothermic. More recently it has been proposed to use carbon dioxide (CO 2 ) as the oxidizer for methane, so that the required synthesis gas is produced by the reaction of carbon in its most oxidized form with carbon in its most reduced form according to:

CH4+CO2 → 2CO+2H2.CH 4 +CO 2 → 2CO + 2H 2 .

Эта реакция была названа «сухим риформингом» метана, и, поскольку она является крайне эндотермичной, то термодинамика сухого риформинга метана менее эффективна по сравнению с ATR или даже SMR. Однако стехиометрическое потребление одного моля диоксида углерода на моль метана способно снизить общий углеродный след при производстве жидкого топлива, обеспечивая более «зеленое» потребление метана. Эта норма расхода CO2 на моль сырья увеличивается в случае риформинга высших углеводородов (напр., C2-C6 парафинов), что желательно, например, если целью является получение водорода (напр., для нефтеперерабатывающих производств). В любом случае, термодинамический барьер, тем не менее, остается серьезной проблемой и связан с тем фактом, что CO2 полностью окисляется и очень стабилен, так что для его активации в качестве окислителя требуется значительная энергия. Ввиду этого проводилось исследование ряда каталитических систем для преодоления энергетического барьера активации при сухом риформинге метана, а результаты были обобщены, например, в обзоре Lavoie (Frontiers in Chemistry (Nov. 2014), Vol. 2 (81): 1-17), в котором гетерогенные каталитические системы отмечены как наиболее популярные с точки зрения каталитических подходов для проведения этой реакции.This reaction has been called "dry reforming" of methane, and because it is highly endothermic, the thermodynamics of dry methane reforming is less efficient than ATR or even SMR. However, a stoichiometric consumption of one mole of carbon dioxide per mole of methane can reduce the overall carbon footprint of liquid fuel production, resulting in a greener consumption of methane. This CO 2 consumption rate per mole of feed increases in the case of reforming higher hydrocarbons ( eg C 2 -C 6 paraffins), which is desirable, for example, if the goal is to produce hydrogen ( eg for refineries). In any case, the thermodynamic barrier, however, remains a major problem and is due to the fact that CO 2 is fully oxidizable and very stable, so that significant energy is required to activate it as an oxidizing agent. In view of this, a number of catalytic systems have been studied to overcome the activation energy barrier in dry methane reforming, and the results have been summarized, for example, in a review by Lavoie (Frontiers in Chemistry (Nov. 2014), Vol. 2 (81): 1-17), in in which heterogeneous catalytic systems are noted as the most popular in terms of catalytic approaches for carrying out this reaction.

Поскольку катализаторы на основе никеля показали эффективность с точки зрения снижения затрат энергии на активацию для вышеуказанной реакции сухого риформинга, то также в обзоре Lavoie была отмечена высокая скорость отложения углерода (коксование) при использовании этих катализаторов. Нежелательная конверсия метана в элементарный углерод может иметь место при крекинге метана (CH4 → C+2H2) или реакции Будуа (2CO → C+CO2) при температурах реакции, обычно используемых для сухого риформинга метана. Хотя эта реакция изучалась как перспективный путь производства синтез-газа, однако коммерческая реализация этой технологии, в отличие от других технологий риформинга, таких как ATR и SMR, остается неосуществленной. Это имеет место в значительной степени из-за высоких скоростей образования углерода и соответствующей деактивации катализаторов из-за коксования, что встречается при использовании каталитических систем сухого риформинга, которые работают при режимах, предложенных до настоящего времени. В заключение, в то время как другие традиционные технологии риформинга доказали свою экономическую жизнеспособность, общеизвестно, что эти способы, и в частности SMR, требуют значительных капитальных и эксплуатационных затрат для удаления серы и других ядов из используемых катализаторов. В противном случае нельзя достигнуть коммерчески приемлемых сроков эксплуатации при данной загрузке катализатора. Удовлетворительные решения этих и других проблем, связанных с традиционным риформингом углеводородов для производства синтез-газа и/или водорода, были найдены, но не осуществлены.Since nickel-based catalysts have been shown to be effective in reducing activation energy for the above dry reforming reaction, the high rate of carbon deposition (coking) with these catalysts was also noted in the Lavoie review. The undesired conversion of methane to elemental carbon can take place during methane cracking (CH 4 → C+2H 2 ) or the Boudouis reaction (2CO → C+CO 2 ) at reaction temperatures commonly used for dry methane reforming. Although this reaction has been studied as a promising way to produce synthesis gas, however, the commercial implementation of this technology, unlike other reforming technologies such as ATR and SMR, remains unrealized. This is largely due to the high rates of carbon formation and the corresponding deactivation of the catalysts due to coking that occurs with dry reforming catalyst systems that operate under the modes proposed to date. In conclusion, while other conventional reforming technologies have proven to be economically viable, it is well known that these processes, and SMR in particular, require significant capital and operating costs to remove sulfur and other poisons from the catalysts used. Otherwise, commercially acceptable operating times cannot be achieved for a given catalyst loading. Satisfactory solutions to these and other problems associated with conventional reforming of hydrocarbons to produce synthesis gas and/or hydrogen have been found but not implemented.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Аспекты изобретения связаны с открытием катализаторов и способов конверсии метана и/или других углеводородов в синтез-газ (т. е. газообразную смесь, содержащую Н2 и СО) путем реакции, по меньшей мере, части таких углеводородов с СО2. Предпочтительно, согласно реакции парового риформинга с CO2, по меньшей мере, вторая часть углеводорода (ов) (напр., содержащая тот же углеводород (ы), что и в первой части) реагирует с H2O (пар), тем самым улучшая общую термодинамику процесса, с точки зрения снижения эндотермичности (ΔH) и требуемой потребляемой энергии, по сравнению с «чистым» сухим риформингом, в котором нет H2O. Типичные катализаторы в основном обладают высокой активностью и, таким образом, могут достигать значительных уровней конверсии углеводородов (напр., метана) при температурах ниже тех, которые обычно используются для сухого риформинга. Такие высокие уровни активности, необязательно в сочетании с использованием H2O для получения, по меньшей мере, части окислителя, вносят вклад в общую рабочую среду, в которой уменьшается образование кокса и значительно увеличивается срок службы катализатора.Aspects of the invention relate to the discovery of catalysts and methods for converting methane and/or other hydrocarbons to synthesis gas ( ie, a gaseous mixture containing H 2 and CO) by reacting at least a portion of such hydrocarbons with CO 2 . Preferably, according to the CO 2 steam reforming reaction, at least a second portion of the hydrocarbon(s) ( e.g. containing the same hydrocarbon(s) as in the first portion) is reacted with H 2 O (steam), thereby improving overall thermodynamics of the process, in terms of reduced endothermicity (ΔH) and required energy input, compared to "clean" dry reforming, which does not have H 2 O. Typical catalysts are generally high activity and thus can achieve significant conversion levels hydrocarbons ( eg methane) at temperatures below those normally used for dry reforming. These high levels of activity, optionally combined with the use of H 2 O to provide at least a portion of the oxidizer, contribute to an overall operating environment that reduces coke formation and significantly increases catalyst life.

Другие важные преимущества заключаются в устойчивости к сере для катализаторов описанных в настоящем документе, в результате чего, согласно предпочтительным вариантам осуществления, не требуется предварительная обработка метансодержащего сырья (напр., природного газа) или другого углеводородсодержащего сырья для снижения концентрации H2S и других серосодержащих загрязняющих веществ, или, по меньшей мере, не так строга, как в традиционных технологиях риформинга. Кроме того, в той же степени, в которой необходимо удаление серы ниже по потоку, например, перед стадией конверсии FT, то ее можно значительно упростить, учитывая, что все или, по меньшей мере, существенная часть серосодержащих загрязнений, отличных от H2S, таких как меркаптаны, может быть окислена до SO2 в ходе реакции сухого риформинга или парового риформинга с CO2, как описано здесь, что делает стандартную обработку кислым газом (напр., очистку) в качестве подходящего и относительно простого варианта для такого удаления серы ниже по потоку.Other important advantages are the sulfur tolerance of the catalysts described herein, whereby, according to preferred embodiments, no pretreatment of methane-containing feedstock ( e.g., natural gas) or other hydrocarbon-containing feedstock is required to reduce the concentration of H 2 S and other sulfur-containing pollutants, or at least not as stringent as in traditional reforming technologies. Also, to the extent that downstream sulfur removal is necessary, for example prior to the FT conversion step, it can be greatly simplified given that all or at least a substantial portion of the sulfur-containing contaminants other than H 2 S , such as mercaptans, can be oxidized to SO 2 in a dry reforming or steam reforming reaction with CO 2 as described here, making standard acid gas treatment ( e.g. scrubbing) a suitable and relatively simple option for such sulfur removal downstream.

В целом, усовершенствования, связанные с описанными здесь способами и катализаторами, имеют коммерческое значение с точки зрения исполнения способов сухого риформинга или других способов CO2 и парового риформинга (т. е., «парового риформинга с CO2») в качестве экономически выгодной альтернативы по сравнению с традиционными технологиями, например, автотермического риформинга (ATR) и парового риформинга (SMR) метана. Более того, синтез-газ, в соответствии с этими способами, можно получать с подходящим молярным соотношением H2:CO (напр., примерно 2:1) для последующей обработки ниже по потоку в реакции Фишера-Тропша (FT) или, по меньшей мере, с молярным соотношением, которое может быть легко отрегулировано для получения таких подходящих значений.In general, the improvements associated with the processes and catalysts described herein are of commercial importance in terms of performing dry reforming or other CO 2 processes and steam reforming ( i.e., “CO 2 steam reforming”) as a cost-effective alternative. compared to traditional technologies such as autothermal reforming (ATR) and steam reforming (SMR) of methane. Moreover, synthesis gas according to these processes can be produced in a suitable H 2 :CO molar ratio ( e.g., about 2:1) for further downstream treatment in a Fischer-Tropsch (FT) reaction or at least at least with a molar ratio that can be easily adjusted to obtain such suitable values.

Эти и другие варианты осуществления, аспекты и преимущества, относящиеся к настоящему изобретению, очевидны из следующего подробного описания.These and other embodiments, aspects and advantages related to the present invention will be apparent from the following detailed description.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Более полное понимание примеров осуществления настоящего изобретения и его преимуществ можно получить, обратившись к последующему описанию с учетом прилагаемых рисунков, на которых одинаковые номера позиции используются для идентификации одинаковых признаков.A more complete understanding of the embodiments of the present invention and its advantages can be obtained by referring to the following description, taking into account the accompanying drawings, in which the same reference numbers are used to identify the same features.

На РИС. 1А и 1В представлены блок схемы, иллюстрирующие типичные способы сухого риформинга и парового риформинга с CO2, как описано здесь.On FIG. 1A and 1B are block diagrams illustrating typical CO 2 dry and steam reforming processes as described herein.

На РИС. 2 представлен график высокой активности катализаторов, с точки зрения конверсии метана, как описано здесь.On FIG. 2 is a graph of the high activity of the catalysts, in terms of methane conversion, as described here.

На РИС. 3 представлен график зависимости между молярным соотношением H2:CO синтез-газа и молярным соотношением H2O/CO2 газообразной смеси в реакторе (в виде комбинированного) сырья при различных температурах реакции при типичных способах парового риформинга с CO2.On FIG. 3 is a graph of the H 2 :CO molar ratio of synthesis gas and the H 2 O/CO 2 molar ratio of the gaseous mixture in the (combined) reactor feed at various reaction temperatures in typical CO 2 steam reforming processes.

На РИС. 4 и 5 показана долговременная эксплуатационная стабильность катализаторов, как описано в настоящем документе, в способе парового риформинга с CO2 в течение длительного периода эксплуатации.On FIG. 4 and 5 show the long term operational stability of the catalysts as described herein in a CO 2 steam reforming process over a long period of operation.

Чертежи следует воспринимать таким образом, чтобы представлять способы и определенные связанные с ними результаты, параметры и/или принципы. Для лучшего понимания на РИС. 1А и 1B представлен упрощенный общий вид с учетом того, что рисунки и их элементы не обязательно изображены в масштабе. Клапаны, контрольно-измерительные приборы и другое оборудование и комплексы устройств, несущественные для понимания различных аспектов изобретения, не показаны. Для специалиста в отрасли техники, к которой относится данное изобретение, и обладающего знаниями настоящего раскрытия, очевидны способы конверсии углеводородов, таких как метан, посредством сухого риформинга или парового риформинга с CO2, которые будут иметь конфигурацию и элементы, частично определяемые их конкретным использованием.The drawings should be read in such a way as to represent the methods and certain related results, parameters and/or principles. For a better understanding, in FIG. 1A and 1B are simplified perspective views, noting that the drawings and their elements are not necessarily drawn to scale. Valves, instrumentation, and other equipment and assemblies not essential to an understanding of the various aspects of the invention are not shown. For those skilled in the art to which this invention pertains, and having knowledge of the present disclosure, processes for converting hydrocarbons such as methane by dry reforming or steam reforming with CO 2 will be obvious, which will have a configuration and elements determined in part by their particular use.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Выражения «мас. %» и «моль %» используются здесь для обозначения, соответственно, массовых процентов и молярных процентов. Выражения «мас-ч/млн.» и «моль-ч/млн.» обозначают массовые и молярные части на миллион, соответственно. Для идеальных газов «моль %» и «моль-ч/млн.» равны процентам по объему и частям на миллион по объему, соответственно.The expressions "wt. %" and "mol %" are used here to refer to mass percent and mole percent, respectively. Expressions "wt-ppm" and "mol-ppm" denote mass and molar parts per million, respectively. For ideal gases "mol%" and "mol-h / ppm" equal to percent by volume and parts per million by volume, respectively.

Термин «газообразная смесь» относится к смеси, содержащей, по меньшей мере, углеводород, например, метан, и также содержащей СО2 в качестве окислителя, которая подвергается сухому риформингу или паровому риформингу с CO2 (если вода также присутствует в газообразной смеси) в ходе реакции с катализатором, как описано здесь. Термин «газообразная смесь» относится, как правило, к такой смеси, которая полностью или, по меньшей мере, преимущественно находится в газовой фазе в режимах, используемых для сухого риформинга или парового риформинга с CO2, включая температуры и давления, описанные здесь как подходящие для этих реакций. Термин «газообразная смесь» не исключает присутствия в этой смеси соединений, которые, подобно воде, являются жидкими в при температуре и давлении окружающей среды. Такие соединения могут включать углеводороды, находящиеся в жидком топливе, включая нафту и реактивное топливо, например, C6-C16 углеводороды.The term "gaseous mixture" refers to a mixture containing at least a hydrocarbon, such as methane, and also containing CO 2 as an oxidant, which is dry reformed or steam reformed with CO 2 (if water is also present in the gaseous mixture) in during the reaction with the catalyst, as described here. The term "gaseous mixture" generally refers to such a mixture that is wholly or at least predominantly in the gas phase under the conditions used for dry reforming or CO 2 steam reforming, including the temperatures and pressures described herein as being appropriate. for these reactions. The term "gaseous mixture" does not exclude the presence in this mixture of compounds which, like water, are liquid at ambient temperature and pressure. Such compounds may include hydrocarbons found in liquid fuels, including naphtha and jet fuel, such as C 6 -C 16 hydrocarbons.

Варианты осуществления изобретения описывают способ получения синтез-газа (сингаза), способ включающий реагирование газообразной смеси, содержащей (i) метан и/или другие углеводороды (ы) (напр., любой из CH4, C2H6, C2H4, C3H8, C3H6, C4H10, C4H8, C5H12, C5H10, углеводороды с более высокой молекулярной массой и их смеси) и (ii) с CO2 с катализатором, содержащим, по меньшей мере один (напр., два или более двух) благородный металл на твердом носителе, содержащем оксид церия. Возможно, что один СО2 может служить окислителем для метана и/или других углеводородов до СО и Н2 в соответствии с реакцией сухого риформинга таких углеводородов, которая, например, в случае использования алканов, может быть выражена как:Embodiments of the invention describe a process for producing synthesis gas (syngas), a process comprising reacting a gaseous mixture containing (i) methane and/or other hydrocarbon(s) ( e.g., any of CH 4 , C 2 H 6 , C 2 H 4 , C 3 H 8 , C 3 H 6 , C 4 H 10 , C 4 H 8 , C 5 H 12 , C 5 H 10 , higher molecular weight hydrocarbons and mixtures thereof) and (ii) with CO 2 with a catalyst containing at least one ( eg, two or more than two) noble metal on a solid support containing cerium oxide. It is possible that CO 2 alone can serve as an oxidizer for methane and/or other hydrocarbons to CO and H 2 in accordance with the dry reforming reaction of such hydrocarbons, which, for example, in the case of alkanes, can be expressed as:

CnH2n+2+nCO2 → 2nCO + (n+1)H2.C n H 2n+2 + nCO 2 → 2nCO + (n+1)H 2 .

В предпочтительных вариантах осуществления, сочетание CO2 и H2O может служить в качестве окислителя, то есть в вариантах осуществления, в которых газообразная смесь дополнительно содержит H2O. Реакция в этом случае представляет собой реакцию «парового риформинга с CO2», которая также включает паровой риформинг в качестве способа получения сингаза из метана и/или других углеводородов, которая, например, в случае использования алканов, может быть выражена как:In preferred embodiments, the combination of CO 2 and H 2 O may serve as the oxidizing agent, i.e., in embodiments in which the gaseous mixture additionally contains H 2 O. The reaction in this case is a “CO 2 steam reforming” reaction, which also includes steam reforming as a process for producing syngas from methane and/or other hydrocarbons, which, for example, in the case of alkanes, can be expressed as:

CnH2n+2+nH2O → nCO + (2n+1)H2.C n H 2n+2 + nH 2 O → nCO + (2n+1)H 2 .

Принимая во внимание, что теоретическое молярное соотношение H2:CO синтез-газа, образованного в результате сухого риформинга метана, равно 1, то добавление парового риформинга к паровому риформингу с CO2 дает возможность увеличить это молярное отношение до значений, более подходящих для синтеза Фишера-Тропша ниже по потоку и получения жидких углеводородов, согласно:Considering that the theoretical H 2 :CO molar ratio of synthesis gas produced from dry methane reforming is 1, adding steam reforming to CO 2 steam reforming makes it possible to increase this molar ratio to values more suitable for Fischer synthesis -Tropsch downstream and production of liquid hydrocarbons, according to:

(2n+1) H2+n CO → CnH2n+2+n H2O.(2n+1) H 2 +n CO → C n H 2n+2 +n H 2 O.

Исходя из этого, можно наблюдать, что C4 + углеводороды, например, углеводороды С412, которые необходимы в качестве жидких топлив или компонентов жидких топлив, идеально образуются при молярных соотношениях H2:CO, приближающихся к 2. Важно отметить, что использование пара (H2O) в качестве окислителя в сочетании с CO2 создает удобный «рычаг управления» или управляющий параметр для регулировки молярного соотношения H2:CO синтез-газа в широком диапазоне режимов парового риформинга с CO2. Фактически, для любого заданного набора таких режимов (напр., режимов внутри реактора, в частности температуры, давления, среднечасовой скорости подачи сырья и состава катализатора риформинга), при которых проводятся комбинированные реакции с CO2 и парового риформинга, может быть установлена ​​взаимосвязь между молярным соотношением H2O:CO2 газообразной смеси (напр., комбинированного сырья в реакторе) и молярным соотношением H2:CO синтез-газа (напр., в выходящем продукте). Принимая во внимание, что при сухом риформинге и паровом риформинге углеводородов, отличных от метана, образуются Н2 и СО с другими молярными соотношениями, то такие же сдвиги или корректировки в выходе продукта могут быть достигнуты путем изменения относительных количеств окислителей Н2О и СО2 в газообразной смеси, которая подвергается паровому риформингу с CO2. Соответственно, варианты осуществления изобретения описывают способ парового риформинга с CO2, включающий определение молярного соотношения H2:CO синтез-газа и, на основе молярного соотношения H2:CO, корректировку молярного соотношения H2O:CO2 газообразной смеси относительно заданного молярного соотношения H2:CO синтез-газа, например, заданного молярного соотношения H2:CO, составляющего 2:1, или иначе заданного молярного соотношения H2:CO, обычно составляющего примерно от 1,5:1 до примерно 2,5:1, обычно примерно от 1,5:1 до примерно 2,3:1 и часто примерно от 1,8:1 до примерно 2,2:1.From this, it can be observed that C 4 + hydrocarbons, for example C 4 -C 12 hydrocarbons, which are required as liquid fuels or components of liquid fuels, are ideally formed at H 2 :CO molar ratios approaching 2. It is important to note that that the use of steam (H 2 O) as an oxidizer in combination with CO 2 provides a convenient "control lever" or control variable for adjusting the H 2 :CO molar ratio of synthesis gas over a wide range of CO 2 steam reforming regimes. In fact, for any given set of such regimes ( e.g., regimes within the reactor, in particular temperature, pressure, hourly space velocity of the feedstock, and reforming catalyst composition) under which combined reactions with CO 2 and steam reforming are carried out, a relationship can be established between the molar the H 2 O:CO 2 ratio of the gaseous mixture ( eg combined feedstock in the reactor) and the H 2 :CO molar ratio of the synthesis gas ( eg effluent). Given that dry reforming and steam reforming of hydrocarbons other than methane produce H 2 and CO at different molar ratios, the same shifts or adjustments in product yield can be achieved by varying the relative amounts of H 2 O and CO 2 oxidizing agents. in a gaseous mixture which is steam reformed with CO 2 . Accordingly, embodiments of the invention describe a CO 2 steam reforming process comprising determining the H 2 :CO molar ratio of the synthesis gas and, based on the H 2 :CO molar ratio, adjusting the H 2 O:CO 2 molar ratio of the gaseous mixture relative to a given molar ratio H 2 :CO synthesis gas, for example, a given H 2 :CO molar ratio of 2:1, or otherwise a given H 2 :CO molar ratio, typically from about 1.5:1 to about 2.5:1, typically about 1.5:1 to about 2.3:1, and often about 1.8:1 to about 2.2:1.

В частности, молярное соотношение H2O:CO2 газообразной смеси может быть увеличено для достижения заданного молярного соотношения H2:CO, наблюдаемого молярного соотношения H2:CO синтез-газа, которое находится ниже заданного значения. И наоборот, молярное соотношение H2O:CO2 в газообразной смеси может быть уменьшено для достижения заданного молярного соотношения H2:CO наблюдаемого молярного соотношения H2:CO синтез-газа, которое находится выше заданного значения. Любые такие корректировки молярного соотношения H2O:CO2 газообразной смеси могут выполняться, например, путем регулирования расхода одного или нескольких компонентов газообразной смеси (напр., комбинированного сырья), в частности одного или нескольких видов метансодержащего сырья (или углеводородсодержащего сырья в целом), окислителя, содержащего СО2 и окислителя, содержащего Н2О, по отношению к расходу одного или нескольких других таких компонентов. В соответствии с конкретным примером, молярное соотношение H2O:CO2 комбинированного сырья в реакторе может быть увеличено или уменьшено путем увеличения или уменьшения, соответственно, расхода пара (как окислителя, содержащего H2O), тем самым приводя к соответствующему увеличению или уменьшению молярного соотношения H2O:CO2 в газообразной смеси.In particular, the H 2 O:CO 2 molar ratio of the gaseous mixture can be increased to achieve a given H 2 :CO molar ratio, an observed synthesis gas H 2 :CO molar ratio that is below a given value. Conversely, the H 2 O:CO 2 molar ratio in the gaseous mixture can be reduced to achieve a given H 2 :CO molar ratio of the observed synthesis gas H 2 :CO molar ratio that is above a given value. Any such adjustments to the H 2 O:CO 2 molar ratio of the gaseous mixture can be made, for example, by adjusting the flow rate of one or more components of the gaseous mixture ( e.g. combined feed), in particular one or more methane-containing feeds (or hydrocarbon-containing feeds in general) , an oxidizer containing CO 2 and an oxidizer containing H 2 O, relative to the consumption of one or more other such components. In accordance with a specific example, the molar ratio of H 2 O:CO 2 of the combined feed in the reactor can be increased or decreased by increasing or decreasing, respectively, the flow rate of steam (as an oxidant containing H 2 O), thereby resulting in a corresponding increase or decrease molar ratio of H 2 O:CO 2 in the gaseous mixture.

Помимо создания возможности контролировать молярное соотношение H2:CO синтез-газа в необходимом интервале значений, использование пара (H2O) в качестве окислителя в сочетании с CO2, кроме того, снижает скорость образования углерода (кокса) по сравнению с чистым сухим риформингом, тем самым продлевая срок службы катализаторов, как описано здесь. Соответственно, дополнительные варианты осуществления изобретения описывают способ парового риформинга с CO2, в котором скорость образования углерода (напр., с использованием подходящих соотношений или концентраций/парциальных давлений окислителей, содержащих CO2 и H2O в сочетании с катализатором, как описано здесь) меньше, чем скорость образования углерода базового способа (т. е. базового способа сухого риформинга), в котором все параметры поддерживаются одинаковыми, за исключением замены H2O в газообразной смеси (напр., комбинированного сырья в реакторе) эквимолярным количеством кислорода в виде CO2 (т. е. заменой молей H2O на ½ молей CO2). В сочетании с этим сравнительно более низким образованием углерода, по сравнению с базовым способом, синтез-газ может иметь молярное соотношение H2/CO, как описано здесь, (напр., примерно от 1,5:1 до примерно 2,3:1).In addition to making it possible to control the H 2 :CO molar ratio of the synthesis gas within the desired range, the use of steam (H 2 O) as an oxidant in combination with CO 2 also reduces the rate of carbon (coke) formation compared to pure dry reforming. thereby extending the life of the catalysts as described here. Accordingly, further embodiments of the invention describe a CO 2 steam reforming process in which the rate of carbon formation ( e.g., using appropriate ratios or concentrations/partial pressures of oxidants containing CO 2 and H 2 O in combination with a catalyst as described herein) less than the carbon generation rate of the base process ( i.e. the base dry reforming process) in which all parameters are kept the same except for the replacement of H 2 O in the gaseous mixture ( e.g. combined feed in the reactor) by an equimolar amount of oxygen in the form of CO 2 ( i.e., replacing moles of H 2 O with ½ moles of CO 2 ). In combination with this comparatively lower carbon production compared to the base process, the synthesis gas can have an H 2 /CO molar ratio as described herein ( e.g., about 1.5:1 to about 2.3:1 ).

Катализаторы, как описано в настоящем документе, кроме того, демонстрируют высокую степень устойчивости к сере, что особенно выгодно, например, в случае использования метансодержащего сырья, содержащегося или полученного из природного газа, которое, в зависимости от его источника, может содержать значительную концентрацию H2S (напр., несколько массовых процентов по объему или более). В связи с этим обычные способы парового риформинга метана (SMR) требуют предварительной обработки, чтобы снизить общее содержание серы в сырье, обычно до менее чем 1 моль-ч/млн., чтобы защитить катализатор от отравления серой. Напротив, в соответствии с типичными вариантами осуществления настоящего изобретения, газообразная смесь или любой из ее компонентов, в частности углеводородсодержащее сырье, не подвергается или иным образом не подвергался стадии предварительной обработки для удаления серы. Такие варианты осуществления обеспечивают существенные экономические выгоды по сравнению с известными способами с жесткими требованиями к десульфуризации и сопутствующими расходами, необходимыми для достижения приемлемого срока службы катализатора. В отличие от таких известных способов, газообразная смесь в способе сухого риформинга или парового риформинга с CO2, как описано в настоящем документе, может содержать серу, как правило, в любой концентрации, в зависимости от источника углеводородного сырья, например, природного газа, не прошедшего предварительную обработку для удаления серы, а также с учетом потенциального разбавления серы при объединении с другими компонентами газообразной смеси (напр., CO2), имеющими более низкую концентрацию серы. Например, газообразная смесь может обычно содержать, по меньшей мере, примерно 1 моль-ч/млн. (напр., примерно от 1 моль-ч/млн. до примерно 10 моль-%) от общего содержания серы (напр., в виде H2S и/или других серосодержащих загрязняющих веществ). Газообразная смесь может обычно содержать, по меньшей мере, примерно 10 моль-ч/млн. (напр., примерно от 10 моль-ч/млн. до примерно 1 моль %) и часто, по меньшей мере, примерно 100 моль-ч/млн. (напр., примерно от 100 моль-ч/млн. до примерно 1000 моль-ч/млн.) от общего содержания серы. Например, в соответствии с конкретными вариантами осуществления, интервал примерно от 500 моль-ч/млн. до примерно 1000 моль-ч/млн. от общего содержания серы, как правило, не оказывает неблагоприятного воздействия или, по меньшей мере, оказывает незначительное воздействие на стабильность катализаторов риформинга, как описано здесь.Catalysts as described herein further exhibit a high degree of sulfur tolerance, which is particularly advantageous, for example, in the case of using methane-containing feedstock contained or derived from natural gas, which, depending on its source, may contain a significant concentration of H 2 S ( eg, a few weight percent by volume or more). As such, conventional methane steam reforming (SMR) processes require pretreatment to reduce the total sulfur content of the feedstock, typically to less than 1 mol ppm, to protect the catalyst from sulfur poisoning. In contrast, in accordance with exemplary embodiments of the present invention, the gaseous mixture or any of its components, in particular the hydrocarbonaceous feedstock, is not or otherwise not subjected to a pre-treatment step to remove sulfur. Such embodiments provide significant economic benefits over known methods with stringent desulfurization requirements and associated costs to achieve acceptable catalyst life. In contrast to such prior art processes, the gaseous mixture in a CO 2 dry reforming or steam reforming process as described herein may contain sulfur, generally at any concentration, depending on the source of the hydrocarbon feedstock, such as natural gas, not pre-treated to remove sulfur, and also taking into account the potential dilution of sulfur when combined with other components of the gaseous mixture ( eg CO 2 ) having a lower sulfur concentration. For example, the gaseous mixture may typically contain at least about 1 mol ppm ( eg, from about 1 mol-ppm to about 10 mol-%) of the total sulfur content ( eg, as H 2 S and/or other sulfur-containing pollutants). The gaseous mixture may typically contain at least about 10 mole ppm. ( e.g., from about 10 mol-hours/million to about 1 mol-%) and often at least about 100 mol-hours/million. ( eg, from about 100 mol-hours/million to about 1000 mol-hours/million) of the total sulfur content. For example, in accordance with specific embodiments, the range is from about 500 mol-hours/million. up to about 1000 mol-h/million. from the total sulfur content, as a rule, has no adverse effect, or at least has a negligible effect on the stability of the reforming catalysts, as described here.

Что касается устойчивости к сере катализаторов, описанных здесь, дальнейшие аспекты изобретения связаны с открытием того, что более высокие уровни (концентрации) серы в газообразной смеси могут быть компенсированы повышением температуры реакции, т. е. температуры слоя катализатора находящемся в реакторе, как описано здесь. Было обнаружено, что повышенные концентрации серы влияет на активность катализатора, что определяется по уменьшению конверсии метана и/или других углеводородов в газообразной смеси при неизменности всех других рабочих параметров. Однако требуемый уровень конверсии можно восстановить, увеличив температуру реакции. Например, при определенных режимах работы, увеличение температуры на 28 °C (50 °F) может оказаться достаточным для восстановления активности катализатора, которая соответствует концентрации H2S в 800 моль-ч/млн., в газообразной смеси по отношению к активности при отсутствии серы в газообразной смеси. Соответственно, варианты осуществления изобретения описывают способ сухого риформинга или способ парового риформинга с CO2, как описано здесь, включающий определение уровня конверсии метана и/или другого углеводорода (ов) (напр.,уровня конверсии комбинированных C1-C4 углеводородов или комбинированных С13 углеводородов) или иным образом определяющий уровень содержания серы (например, уровень H2S) в газообразной смеси или синтез-газе и, на основании уровня конверсии или уровня содержания серы, осуществляется корректировка температуры реакции относительно заданного уровня конверсии метана и/или других углеводородов, например, заданного уровня конверсии, составляющего, по меньшей мере, примерно 75% (напр., любое конкретное значение уровня конверсии, составляющее примерно от 75% до примерно 100%), например, заданного уровня конверсии, составляющей, по меньшей мере, примерно 85% (напр., любое конкретное значение уровня конверсии, составляющее примерно от 85% до примерно 99%).With regard to the sulfur tolerance of the catalysts described here, further aspects of the invention relate to the discovery that higher levels (concentrations) of sulfur in the gaseous mixture can be compensated by increasing the reaction temperature, i.e., the temperature of the catalyst bed located in the reactor, as described here . It has been found that elevated sulfur concentrations affect the activity of the catalyst, which is determined by the decrease in the conversion of methane and/or other hydrocarbons in the gaseous mixture, with all other operating parameters unchanged. However, the desired conversion level can be restored by increasing the reaction temperature. For example, under certain operating conditions, a temperature increase of 28 °C (50 °F) may be sufficient to restore the activity of the catalyst, which corresponds to an H 2 S concentration of 800 mol-ppm, in the gaseous mixture relative to the activity in the absence sulfur in a gaseous mixture. Accordingly, embodiments of the invention describe a dry reforming process or a CO 2 steam reforming process as described herein, including determining the conversion level of methane and/or other hydrocarbon(s) ( e.g., the conversion level of combined C 1 -C 4 hydrocarbons or combined C 1 -C 3 hydrocarbons) or otherwise determines the level of sulfur content (for example, the level of H 2 S) in the gaseous mixture or synthesis gas and, based on the level of conversion or level of sulfur content, the reaction temperature is adjusted relative to the desired level of methane conversion and/ or other hydrocarbons, e.g., a conversion target of at least about 75% ( e.g., any particular conversion rate of from about 75% to about 100%), e.g., a conversion target of at least at least about 85% ( eg, any specific conversion rate between about 85% and about 99%).

Однако важно то, что такое снижение активности катализаторов, описанных в настоящем документе, сопровождающее увеличение содержания серы в газообразной смеси, далее не сопровождается какими-либо заметными потерями стабильности катализатора. То есть повышение температуры в реакторе, как описано здесь, для понижения высоких уровней содержания серы, не оказывает существенного влияния на способность катализатора иметь стабильные рабочие характеристики в течение длительного периода эксплуатации. Это открытие противоречит ожиданиям, основанным на традиционных технологиях риформинга, в которых наличие даже небольших количеств (напр., на уровнях моль-ч/млн) серы в сырье должно исключаться, чтобы избежать деактивации и дорогостоящей преждевременной замены катализатора. Характерная устойчивость к сере или стабильная активность в присутствии серосодержащих загрязнений катализаторов, как описано в настоящем документе, может определяться в соответствии со стандартным испытанием, в котором небольшой образец катализатора массой 5-100 грамм загружают в реактор с неподвижным слоем и осуществляют реакцию со смесью сырья, содержащей 30 моль % метана, 30 моль % CO2 и 30 моль % H2O, в которую добавляется H2S в количестве 800 моль-ч/млн. В этом стандартном испытании, при среднечасовой скорости подачи сырья (WHSV), составляющей 0,7 час-1, при температуре слоя катализатора, составляющей 788 °C (1450 °F) и при давлении в реакторе, составляющем 138 кПа (20 фунтов на квадратный дюйм) конверсия метана сохраняется, по меньшей мере, равной 85%, предпочтительно, по меньшей мере, равной 95% при постоянной температуре слоя катализатора в течение, по меньшей мере, 50 часов работы и более типично в течение, по меньшей мере, 100 часов работы или даже в течение, по меньшей мер, 400 часов работы.However, it is important that such a decrease in the activity of the catalysts described herein, accompanying an increase in the sulfur content in the gaseous mixture, is not further accompanied by any noticeable loss in catalyst stability. That is, raising the reactor temperature as described herein to lower high sulfur levels does not significantly affect the ability of the catalyst to have stable performance over a long period of operation. This finding is contrary to expectations based on conventional reforming technologies, in which the presence of even small amounts ( eg, at mol-ppm levels) of sulfur in the feed must be excluded to avoid deactivation and costly premature replacement of the catalyst. The characteristic sulfur resistance or stable activity in the presence of sulfur containing impurities of the catalysts as described herein can be determined according to a standard test in which a small sample of catalyst weighing 5-100 grams is loaded into a fixed bed reactor and reacted with a mixture of feedstock, containing 30 mol% methane, 30 mol% CO 2 and 30 mol% H 2 O, to which H 2 S is added in an amount of 800 mol-h / million. In this standard test, at a feedstock hourly space velocity (WHSV) of 0.7 h -1 , a catalyst bed temperature of 788 °C (1450 °F) and a reactor pressure of 138 kPa (20 psi) inch) methane conversion is maintained at least 85%, preferably at least 95% at constant catalyst bed temperature for at least 50 hours of operation and more typically for at least 100 hours work or even for at least 400 hours of work.

Устойчивость или «сопротивляемость» катализаторов описанных в настоящем документе, дополнительно проявляется в высокой устойчивости к деактивации в присутствии других соединений в газообразной смеси, включающей углеводороды с более высокой молекулярной массой, например, химически активные ароматические углеводороды и/или олефиновые углеводороды, которые обычно считаются способными осуществлять деактивацию катализатора путем коксования. Например, газообразная смесь может содержать ароматические и олефиновые углеводороды в общем количестве, составляющем, по меньшей мере, примерно 1 моль % (напр., примерно от 1 моль % до примерно 25 моль %), в частности, по меньшей мере, примерно 3 моль % (напр., примерно от 3 моль % до примерно 20 моль %) или, более конкретно, по меньшей мере, примерно 5 моль % (напр., примерно от 5 моль % до примерно 15 моль %). При таких уровнях ароматических и/или олефиновых углеводородов стабильность катализатора проявляться в соответствии с тем же испытанием на стабильность химической активности, как определено выше в отношении устойчивости к содержанию серы, за исключением смеси сырья, содержащей такие концентрации ароматических и/или олефиновых углеводородов по сравнению с H2S. Такая устойчивость катализаторов, как описано здесь, в отношении серы и реакционноспособных углеводородов, позволяет проводить риформинг широко распространенного углеводородсодержащего сырья, включая различные фракции (напр., нафту и реактивное топливо), получаемые при переработке сырой нефти, как описано более подробно ниже.The stability or "resistance" of the catalysts described herein is further manifested by a high resistance to deactivation in the presence of other compounds in a gaseous mixture comprising higher molecular weight hydrocarbons, for example, reactive aromatic hydrocarbons and/or olefinic hydrocarbons, which are generally considered capable of carry out deactivation of the catalyst by coking. For example, the gaseous mixture may contain aromatic and olefinic hydrocarbons in a total amount of at least about 1 mol% ( e.g., from about 1 mol% to about 25 mol%), in particular at least about 3 mol % ( eg, from about 3 mol% to about 20 mol%) or, more specifically, at least about 5 mol% ( eg, from about 5 mol% to about 15 mol%). At these levels of aromatics and/or olefins, the stability of the catalyst will be in accordance with the same reactivity stability test as defined above for sulfur tolerance, except for a feed mixture containing these concentrations of aromatics and/or olefins compared to H 2 S. This stability of the catalysts, as described herein, with respect to sulfur and reactive hydrocarbons, allows for the reforming of widespread hydrocarbon feedstocks, including various fractions ( eg, naphtha and jet fuel) obtained from the processing of crude oil, as described in more detail. below.

В более общем случае газообразная смесь и, в частности, углеводородсодержащий сырьевой компонент этой смеси, могут содержать, помимо метана, другие углеводороды, в частности С2, С3 углеводороды и/или С4 углеводороды (напр., этан, пропан, пропилен, бутан и/или бутены), которые могут присутствовать в природном газе и/или других источниках метана). Кроме того, катализаторы, как описано в настоящем документе, могут использоваться для сухого риформинга или парового риформинга с CO2 преимущественно или только, углеводородов с более высокой молекулярной массой, как, например, углеводородов в газообразной смеси, содержащей или необязательно состоящей из одного или нескольких соединений, выбранных из группы, состоящей из C4 углеводорода, C5 углеводорода, C6 углеводорода, C7 углеводорода, C8 углеводорода, C9 углеводорода, C10 углеводорода, C11 углеводорода, C12 углеводорода, C13 углеводорода, C14 углеводорода, C15 углеводорода, C16 углеводорода, C17 углеводорода, C18 углеводорода и их смесей. Например, углеводороды в газообразной смеси могут содержать или состоять из C4-C8 или C4-C6 углеводородов в случае сухого риформинга или парового риформинга с CO2 углеводородов с интервалом кипения нафты (риформинг нафты). В качестве другого примера, углеводороды в газообразной смеси могут содержать или состоять из C8-C18 или C8-C14 углеводородов в случае сухого риформинга или парового риформинга с CO2 углеводородов с интервалом кипения реактивного топлива (риформинг реактивного топлива). Такие углеводороды с интервалом кипения нафты и фракции с интервалом кипения реактивного топлива обычно получают в виде продуктов переработки сырой нефти и, как таковые, могут являться источником серосодержащих загрязнений газообразной смеси. В типичных вариантах осуществления, газообразная смесь может содержать метан и/или любой из углеводородов, описанных в настоящем документе, в общем количестве, составляющем примерно от 5 моль % до примерно 85 моль %, обычно примерно от 10 моль % до примерно 65 моль % и часто примерно от 20 моль % до примерно 45 моль %. Газообразная смесь может дополнительно содержать CO2 в количестве, обычно составляющем примерно от 8 моль % до примерно 90 моль %, типично примерно от 15 моль % до примерно 75 моль % и часто примерно от 20 моль % до примерно 50 моль %. В случае реакции парового риформинга с CO2, газообразная смесь может содержать H2O в количестве, обычно составляющем примерно от 15 моль % до примерно 70 моль %, типично примерно от 20 моль % до примерно 60 моль % и часто примерно от 25 моль % до примерно 55 моль %. Состав газообразной смеси может включать загрязняющие вещества, например, H2S и/или другие серосодержащие загрязняющие вещества, как описано выше.More generally, the gaseous mixture, and in particular the hydrocarbon-containing feed component of this mixture, may contain, in addition to methane, other hydrocarbons, in particular C 2 , C 3 hydrocarbons and/or C 4 hydrocarbons ( e.g. ethane, propane, propylene, butane and/or butenes) that may be present in natural gas and/or other sources of methane). In addition, the catalysts as described herein can be used for dry reforming or steam reforming with CO 2 predominantly or only higher molecular weight hydrocarbons, such as hydrocarbons in a gaseous mixture containing or optionally consisting of one or more compounds selected from the group consisting of C 4 hydrocarbon, C 5 hydrocarbon, C 6 hydrocarbon, C 7 hydrocarbon, C 8 hydrocarbon, C 9 hydrocarbon, C 10 hydrocarbon, C 11 hydrocarbon, C 12 hydrocarbon, C 13 hydrocarbon, C 14 hydrocarbon, C 15 hydrocarbon, C 16 hydrocarbon, C 17 hydrocarbon, C 18 hydrocarbon and mixtures thereof. For example, the hydrocarbons in the gaseous mixture may contain or consist of C 4 -C 8 or C 4 -C 6 hydrocarbons in the case of dry reforming or CO 2 steam reforming of naphtha boiling range hydrocarbons (naphtha reforming). As another example, the hydrocarbons in the gaseous mixture may contain or consist of C 8 -C 18 or C 8 -C 14 hydrocarbons in the case of dry reforming or CO 2 steam reforming of hydrocarbons with a jet fuel boiling range (jet fuel reforming). Such naphtha boiling range hydrocarbons and jet fuel boiling range fractions are typically produced as crude oil refineries and, as such, can be a source of sulfur contaminants in the gaseous mixture. In typical embodiments, the gaseous mixture may contain methane and/or any of the hydrocarbons described herein in a total amount of from about 5 mol% to about 85 mol%, typically from about 10 mol% to about 65 mol%, and often from about 20 mol% to about 45 mol%. The gaseous mixture may further contain CO 2 in an amount typically from about 8 mol% to about 90 mol%, typically from about 15 mol% to about 75 mol%, and often from about 20 mol% to about 50 mol%. In the case of a steam reforming reaction with CO 2 , the gaseous mixture may contain H 2 O in an amount typically from about 15 mol% to about 70 mol%, typically from about 20 mol% to about 60 mol%, and often from about 25 mol% up to about 55 mol%. The composition of the gaseous mixture may include pollutants, for example, H 2 S and/or other sulfur-containing pollutants, as described above.

В случае использования газообразных смесей, содержащих метан и/или легкие углеводороды (напр., C2-C3 или C2-C4 углеводороды), синтез-газ сухого риформинга или парового риформинга с CO2 может использоваться с подходящим молярным соотношением H2:CO при производстве ниже по потоку жидких углеводородных топлив посредством синтеза Фишера-Тропша, как описано выше. Синтез-газ может, в соответствии с другим вариантом, использоваться для других применений ниже по потоку, связанных с обычным паровым риформингом метана (SMR). Например, автор Tarun (International Journal of Greenhouse Gas Control I (2007): 55-61) описывает традиционный способ производства водорода включающий SMR. Если сухой риформинг или паровой риформинг с CO2, как описано в настоящем документе, применяют при получении водорода, в соответствии с вариантами осуществления изобретения, то типичные способы могут дополнительно включать стадии (i) использования синтез-газа в одной или нескольких стадиях конверсии водяного газа (WGS) для увеличения в нем содержания водорода и/или (ii) отделения выходящего продукта из стадии (стадий) WGS, или иного разделения продукта синтез-газа без промежуточной стадии (стадий) WGS, в зависимости от обстоятельств (напр., путем адсорбции с колебаниями давления (PSA) или мембранного разделения), для получения обогащенного водородом потока продукта и обедненного водородом потока остаточного газа PSA. Обогащенный водородом поток продукта может затем использоваться в обычном способе переработки, например, способе гидроочистки (напр., гидродесульфирование, гидрокрекинг, гидроизомеризация и т. д.). Обедненный водородом поток остаточного газа PSA затем может отделяться для извлечения водорода и/или использоваться в качестве топлива для сжигания, чтобы удовлетворить, по меньшей мере, некоторые требования к по нагреванию в ходе реакции сухого риформинга или парового риформинга с CO2. В других вариантах осуществления, остаточный газ PSA, содержащий СО и Н2 может передаваться на стадию биологического брожения для производства продуктов брожения, например, спиртов (напр., этанола). Газообразный выходящий продукт со стадии брожения может затем отделяться для извлечения водорода и/или использоваться в качестве топлива для сжигания, как описано выше. Что касается обычного производства водорода, то дальнейшая интеграция стадии биологического брожения описана, например, в патенте США 9 605 286, в патенте США 9 145 300, в патенте США 2013/0210096 и в патенте США 2014/0028598. В качестве альтернативы интеграции в способ производства водорода, сухой риформинг или паровой риформинга с CO2, как описано здесь, может использоваться для получения синтез-газа, который используется непосредственно в производстве продуктов брожения ниже по потоку с использованием подходящих карбоксидотрофных бактерий (напр., вида Clostridium autoethanogenum или Clostridium ljungdahlii). В любом из этих случаев, т. е. с такой интеграцией или без нее, микроорганизмы, используемые для брожения, могут быть устойчивыми к содержанию серы или даже требовать наличия серы в среде для культивирования клеток, так что устойчивость к содержанию серы для катализаторов, как описано в настоящем документе, может быть особенно выгодной по сравнению с обычными катализаторами риформинга с точки зрения совместимости и снижения стоимости, связанных с устранением или, по меньшей мере, снижением требований к удалению серы в устройствах вверх по потоку.In the case of using gaseous mixtures containing methane and/or light hydrocarbons ( e.g. C 2 -C 3 or C 2 -C 4 hydrocarbons), dry reformed or steam reformed synthesis gas with CO 2 can be used with a suitable molar ratio of H 2 :CO in downstream production of liquid hydrocarbon fuels via Fischer-Tropsch synthesis as described above. The synthesis gas may alternatively be used for other downstream applications associated with conventional methane steam reforming (SMR). For example, Tarun (International Journal of Greenhouse Gas Control I (2007): 55-61) describes a conventional hydrogen production process involving SMR. If dry reforming or CO 2 steam reforming, as described herein, is used in hydrogen production, in accordance with embodiments of the invention, then typical methods may further include the steps of (i) using synthesis gas in one or more water gas shift steps. (WGS) to increase its hydrogen content and/or (ii) separate the effluent from the WGS stage(s), or otherwise separate the synthesis gas product without the intermediate WGS stage(s), as appropriate ( e.g. by adsorption pressure swing (PSA) or membrane separation) to produce a hydrogen-rich product stream and a hydrogen-depleted tail gas stream PSA. The hydrogen-enriched product stream can then be used in a conventional processing process, for example a hydrotreatment process ( eg hydrodesulfurization, hydrocracking, hydroisomerization, etc.). The hydrogen-depleted tail gas stream PSA can then be separated to recover hydrogen and/or used as a combustion fuel to meet at least some of the heating requirements of the CO 2 dry reforming or steam reforming reaction. In other embodiments, the PSA tail gas containing CO and H 2 may be passed to the biological fermentation stage to produce fermentation products, eg alcohols ( eg, ethanol). The gaseous effluent from the fermentation step may then be separated to recover hydrogen and/or used as a combustion fuel as described above. With respect to conventional hydrogen production, the further integration of the biological fermentation step is described in, for example, US Pat. No. 9,605,286, US Pat. No. 9,145,300, US Pat. As an alternative to integration into a hydrogen production process, dry reforming or steam reforming with CO 2 as described here can be used to produce synthesis gas that is used directly in the production of downstream fermentation products using suitable carboxydotrophic bacteria ( e.g. species Clostridium autoethanogenum or Clostridium ljungdahlii ). In any of these cases, i.e. with or without such integration, the microorganisms used for fermentation may be sulfur tolerant or even require sulfur in the cell culture medium, so that sulfur tolerance for catalysts such as described herein can be particularly advantageous over conventional reforming catalysts in terms of compatibility and cost savings associated with eliminating or at least reducing sulfur removal requirements in upstream devices.

Таким образом, аспекты изобретения относятся к способам сухого риформинга и парового риформинга CO2 для получения синтез-газа (т. е., содержащего как H2, так и CO, и, необязательно, другие газы, такие как непрореагировавший CO2, H2O и/или углеводороды). В репрезентативных вариантах осуществления, газообразная смесь, содержащая метан и/или другие углеводороды, может подаваться периодически, но предпочтительно подается в виде непрерывного потока в реактор сухого риформинга (т. е. в случае использования сырья или газообразной смеси, дополнительно включающей CO2, но не воду) или реактор парового риформинга с CO2 (т. е. в случае использования сырья или газообразной смеси, дополнительно содержащей как CO2, так и воду). Синтез-газ, в свою очередь, может отбираться периодически (если газообразная смесь подается периодически), но предпочтительно отбирается в виде непрерывного потока (если газообразная смесь подается в виде непрерывного потока) из реактора.Thus, aspects of the invention relate to CO 2 dry reforming and steam reforming processes to produce synthesis gas ( i.e., containing both H 2 and CO, and optionally other gases such as unreacted CO 2 , H 2 O and/or hydrocarbons). In representative embodiments, the gaseous mixture containing methane and/or other hydrocarbons may be fed intermittently, but is preferably fed as a continuous stream to the dry reformer ( i.e., in the case of a feed or gaseous mixture that additionally includes CO 2 but not water) or a CO 2 steam reformer ( i.e. in the case of a feedstock or a gaseous mixture additionally containing both CO 2 and water). Synthesis gas, in turn, can be taken off intermittently (if the gaseous mixture is fed intermittently), but is preferably taken as a continuous stream (if the gaseous mixture is fed as a continuous stream) from the reactor.

В дополнение к H2, CO и, необязательно, другим газам, вода (H2O) также может присутствовать в синтез-газе, хотя, по меньшей мере, часть воды, которая присутствует в виде пара, может быть легко отделена путем охлаждения/конденсации, например, в устройствах выше по потоку от реактора синтеза Фишера-Тропша (реактор FT), используемого для конверсии синтез-газа в жидкие углеводороды. Ни вода, ни CO2 в синтез-газе не влияют на его молярное соотношение H2:CO, которое, как описано выше, является важным параметром при определении пригодности синтез-газа в качестве прямого сырьевого потока в реактор FT.In addition to H 2 , CO, and optionally other gases, water (H 2 O) may also be present in the synthesis gas, although at least some of the water that is present as vapor can be easily separated by cooling/ condensation, for example, in devices upstream of the Fischer-Tropsch synthesis reactor (FT reactor) used to convert synthesis gas to liquid hydrocarbons. Neither the water nor the CO 2 in the synthesis gas affects its H 2 :CO molar ratio, which, as described above, is an important parameter in determining the suitability of the synthesis gas as a direct feed stream to the FT reactor.

В типичных способах газообразная смесь, содержащая метан и/или другие легкие углеводороды (напр., этан, этилен, пропан и/или пропилен) и CO2, а также, необязательно, H2O, вступает в реакцию с катализатором обладающим активностью для осуществления риформинга таких углеводородов. В частности, такие углеводороды, например, большая часть таких углеводородов, могут быть подвергнуты риформингу (i) путем их окисления только некоторой частью или всем количеством CO2, в соответствии со способом сухого риформинга, или (ii) путем их окисления как некоторой частью, так и всем количеством CO2 и некоторой частью H2O (при наличии), в соответствии со способом парового риформинга с CO2.In typical processes, a gaseous mixture containing methane and/or other light hydrocarbons ( eg ethane, ethylene, propane and/or propylene) and CO 2 and optionally H 2 O is reacted with a catalyst having activity to effect reforming such hydrocarbons. In particular, such hydrocarbons, for example most of such hydrocarbons, may be reformed (i) by oxidizing them with only some or all of CO 2 , in accordance with the dry reforming process, or (ii) by oxidizing them with some, and all of the CO 2 and some of the H 2 O (if any), according to the CO 2 steam reforming process.

Как описано выше, аспекты изобретения связаны с открытием катализаторов риформинга для таких способов сухого риформинга и парового риформинга с CO2, демонстрирующих важные преимущества, особенно в отношении устойчивости к содержанию серы и/или пониженной скорости образования углерода (коксование), по сравнению с обычными катализаторами риформинга. Эти свойства, в свою очередь, снижают скорость деактивации катализатора посредством механизмов отравления и/или коксования, которые химически и/или физически блокируют активные центры катализатора. Дальнейшее улучшение стабильности катализатора является результатом, по меньшей мере, частично, высокой активности катализаторов, описанных здесь, которая необходима для снижения энергии активации, как существенного лимитирующего фактора, связанного с использованием CO2 в качестве окислителя метана и/или другого углеводорода (ов), как описано выше. Такая высокая активность проявляется при более низких рабочих температурах (в реакторе или в слое катализатора), которые дополнительно способствуют снижению скорости осаждения углерода (коксование) на поверхности катализатора и увеличению периода стабильной работы. Согласно конкретным вариантам осуществления, способы, использующие катализаторы, описанные здесь, могут сохранять стабильные рабочие параметры, как описано здесь, например, с точки зрения: конверсии углеводорода (напр., конверсии метана и/или другого углеводорода (ов), по меньшей мере, составляющей примерно 85%); и/или молярного соотношения H2/CO (напр., составляющего примерно от 1,5:1 до примерно 2,3:1) синтез-газа; в течение, по меньшей мере, примерно 100, по меньшей мере, примерно 300 или даже, по меньшей мере, примерно 500 часов непрерывной или, возможно, периодичной работы. Это может быть период эксплуатации, в течение которого (i) катализатор не подвергается регенерации, например, в соответствии со способом риформинга с использованием катализатора в качестве неподвижного слоя в реакторе и/или; (ii) температура реактора или слоя катализатора не поднимается выше пороговой разности температуры от начала периода времени до конца периода времени, причем эта пороговая разница температуры составляет, например, 100 °C (180 °F), 50 °C (90 °F), 25 °C (45 °F), 10 °C (18 °F) или даже 5 °C (9 °F).As described above, aspects of the invention relate to the discovery of reforming catalysts for such CO 2 dry reforming and steam reforming processes, showing important advantages, especially in terms of sulfur tolerance and/or reduced carbon formation rate (coking), compared to conventional catalysts. reforming. These properties, in turn, reduce the rate of catalyst deactivation through poisoning and/or coking mechanisms that chemically and/or physically block the active sites of the catalyst. Further improvement in catalyst stability is a result, at least in part, of the high activity of the catalysts described here, which is necessary to reduce the activation energy, as a significant limiting factor associated with the use of CO 2 as an oxidant of methane and/or other hydrocarbon(s), as described above. This high activity is exhibited at lower operating temperatures (in the reactor or in the catalyst bed), which additionally help to reduce the rate of carbon deposition (coking) on the catalyst surface and increase the period of stable operation. According to specific embodiments, processes using the catalysts described herein can maintain stable operating parameters as described herein, for example, in terms of: hydrocarbon conversion ( e.g., conversion of methane and/or other hydrocarbon(s), at least about 85%); and/or a molar ratio of H 2 /CO ( eg, from about 1.5:1 to about 2.3:1) of synthesis gas; for at least about 100, at least about 300, or even at least about 500 hours of continuous or possibly intermittent operation. This may be a period of operation during which (i) the catalyst is not subject to regeneration, for example, in accordance with the reforming process using the catalyst as a fixed bed in the reactor and/or; (ii) the temperature of the reactor or catalyst bed does not rise above a threshold temperature difference from the start of the time period to the end of the time period, which threshold temperature difference is, for example, 100 °C (180 °F), 50 °C (90 °F), 25°C (45°F), 10°C (18°F) or even 5°C (9°F).

Типичные катализаторы риформинга, пригодные для ускорения реакции метана и/или других углеводородов с CO2 и, необязательно, с H2O, содержат благородный металл и, возможно, два или несколько благородных металлов на твердом носителе. Фраза «на твердом носителе» предназначена для описания катализаторов, в которых активный металл (ы) находится на поверхности носителя и/или в пористой внутренней структуре носителя. Твердый носитель предпочтительно содержит оксид металла, причем оксид церия представляет особый интерес. Оксид церия может присутствовать в количестве, по меньшей мере, составляющем примерно 80 мас. % , предпочтительно, по меньшей мере, примерно 90 мас. %, в расчете на массу твердого носителя (напр., относительно общего количества оксида (ов) металла в твердом носителе). Твердый носитель может содержать весь или по существу весь оксид церия (напр., более чем примерно 95 мас. %). Другие оксиды металлов, например оксид алюминия, оксид кремния, оксид титана, оксид циркония, оксид магния, оксид стронция и т. д., также могут присутствовать в твердом носителе в смешанных количествах, составляющих незначительную часть, например менее чем примерно 50 мас.%, менее чем примерно 30 мас. % или менее чем примерно 10 мас. % от твердого носителя. В других вариантах осуществления, твердый носитель может содержать другие оксиды металлов по отдельности или в комбинации с незначительной частью (напр, менее чем примерно 50 мас. % или менее чем примерно 30 мас. %) оксида церия.Typical reforming catalysts useful for promoting the reaction of methane and/or other hydrocarbons with CO 2 and optionally H 2 O contain a noble metal and optionally two or more noble metals on a solid support. The phrase "on a solid support" is intended to describe catalysts in which the active metal(s) is on the surface of the support and/or in the porous internal structure of the support. The solid support preferably contains a metal oxide, with cerium oxide being of particular interest. Cerium oxide may be present in an amount of at least about 80 wt. %, preferably at least about 90 wt. %, based on the weight of the solid support ( eg , relative to the total amount of metal oxide(s) in the solid support). The solid support may contain all or substantially all of the cerium oxide ( eg, greater than about 95% by weight). Other metal oxides, such as alumina, silicon oxide, titanium oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, strontium oxide , etc. , may also be present in the solid support in minor amounts, such as less than about 50 wt. , less than about 30 wt. % or less than about 10 wt. % of solid support. In other embodiments, the solid support may contain other metal oxides alone or in combination with a minor portion ( eg, less than about 50% by weight or less than about 30% by weight) of cerium oxide.

Под благородными металлами понимается класс металлических элементов, которые устойчивы к окислению. В типичных вариантах осуществления, благородный металл, например, по меньшей мере, два благородных металла, катализатора может быть выбран из группы, состоящей из платины (Pt), родия (Rh), рутения (Ru), палладия (Pd), серебра (Ag), осмия (Os), иридия (Ir) и золота (Au), причем термин «состоящий из» используется просто для обозначения членов группы в соответствии с конкретным вариантом осуществления, из которой выбирают благородный металл (ы) , но не для препятствования добавлению других благородных металлов и/или других металлов вообще. Соответственно, катализатор, содержащий благородный металл, включает в себя катализатор, содержащий, по меньшей мере, два благородных металла, а также катализатор, содержащий, по меньшей мере, три благородных металла, и аналогично катализатор, содержащий два благородных металла и третий неблагородный металл, в частности металлический промотор (напр., переходный металл). В соответствии с предпочтительными вариантами осуществления, благородный металл присутствует в количестве или, в соответствии с другим вариантом, каждый из, по меньшей мере, двух указанных благородных металлов независимо присутствует в количестве, составляющем примерно от 0,05 мас. % до примерно 5 мас. %, примерно от 0,3 мас. % до примерно 3 мас.% или примерно от 0,5 мас. % до примерно 2 мас. % в расчете на массу катализатора. Например, типичный катализатор содержать два благородных металла Pt и Rh, а Pt и Rh могут независимо присутствовать в количестве, входящем в любой из этих диапазонов (напр., примерно от 0,05 мас. % до примерно 5 мас. %). То есть либо Pt может присутствовать в таком количестве, Rh может присутствовать в таком количестве, или оба Pt и Rh могут присутствовать в таких количествах.By noble metals is meant a class of metallic elements that are resistant to oxidation. In typical embodiments, the noble metal, such as at least two noble metals, of the catalyst may be selected from the group consisting of platinum (Pt), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), palladium (Pd), silver (Ag ), osmium (Os), iridium (Ir), and gold (Au), with the term "consisting of" being used simply to refer to the members of the group according to the particular embodiment from which the noble metal(s) are selected, but not to preclude the addition of other noble metals and/or other metals in general. Accordingly, the noble metal catalyst includes a catalyst containing at least two noble metals, as well as a catalyst containing at least three noble metals, and likewise a catalyst containing two noble metals and a third non-noble metal, in particular a metal promoter ( eg transition metal). In accordance with preferred embodiments, the noble metal is present in an amount or, in accordance with another option, each of at least two of these noble metals is independently present in an amount of from about 0.05 wt. % to about 5 wt. %, from about 0.3 wt. % to about 3 wt.% or from about 0.5 wt. % to about 2 wt. % based on the weight of the catalyst. For example, a typical catalyst contains the two noble metals Pt and Rh, and Pt and Rh may independently be present in any of these ranges ( eg, from about 0.05 wt.% to about 5 wt.%). That is, either Pt may be present in such an amount, Rh may be present in such an amount, or both Pt and Rh may be present in such amounts.

В типичных вариантах осуществления, по меньшей мере, два благородных металла (напр., Pt и Rh) могут быть по существу единственными благородными металлами, присутствующими в катализаторе, так что, например, любой другой благородный металл (ы) присутствует/присутствуют в количестве или объединенном количестве, составляющем примерно менее чем 0,1 мас. % или примерно менее чем 0,05 мас.% в расчете на массу катализатора. В других типичных вариантах осуществления изобретения, по меньшей мере, два благородных металла (напр., Pt и Rh) являются по существу единственными металлами, присутствующими в катализаторе, за исключением металлов, присутствующих в твердом носителе (напр., таких как церий, присутствующий в твердом носителе в виде оксида церия). Например, любой другой металл (ы), помимо, по меньшей мере, двух благородных металлов и металлов твердого носителя, может присутствовать в количестве или в совокупном количестве, составляющем примерно менее чем 0,1 мас. % или примерно менее чем 0,05 мас. % в расчете на массу катализатора. Любые металлы, присутствующие в катализаторе, включая благородный (ые) металл (ы), могут иметь размер частиц металла, составляющий обычно примерно от 0,3 нанометров (нм) до примерно 20 нм, типично примерно от 0,5 нм до примерно 10 нм и часто примерно от 1 нм до примерно 5 нм.In typical embodiments, at least two noble metals ( e.g., Pt and Rh) may be essentially the only noble metals present in the catalyst, such that, for example, any other noble metal(s) is/are present in an amount or a combined amount of less than about 0.1 wt. % or less than about 0.05 wt.% based on the weight of the catalyst. In other exemplary embodiments of the invention, at least two noble metals ( e.g. , Pt and Rh) are essentially the only metals present in the catalyst, with the exception of metals present in the solid support ( e.g., such as cerium present in solid support in the form of cerium oxide). For example, any other metal(s), in addition to at least two noble metals and metals of the solid support, may be present in an amount or in a total amount of less than about 0.1 wt. % or less than about 0.05 wt. % based on the weight of the catalyst. Any metals present in the catalyst, including the noble metal(s), may have a metal particle size typically from about 0.3 nanometers (nm) to about 20 nm, typically from about 0.5 nm to about 10 nm and often from about 1 nm to about 5 nm.

Благородный металл (ы) может встраиваться в твердый носитель в соответствии с известными методами приготовления катализатора, включая сублимацию, пропитку или сухое смешивание. В случае пропитки, которая является предпочтительным методом, пропиточный раствор растворимого соединения одного или нескольких благородных металлов в полярном (водном) или неполярном (напр., органическом) растворителе может вступать в реакцию с твердым носителем, предпочтительно в атмосфере инертного газа. Например, эта реакция может осуществляться, предпочтительно с перемешиванием, в атмосфере азота, аргона и/или гелия или иным образом в не инертной атмосфере, например, в воздухе. Затем растворитель может выпариваться из твердого носителя, например, путем нагревания, протекания газа и/или использования вакуума, оставляя высушенный, пропитанный благородным металлом носитель. Благородный (ые) металл (ы) может быть импрегнирован в твердый носитель, например, в случае, когда два благородных металла пропитываются одновременно и оба растворяются в одном и том же растворе для пропитки, или иным образом пропитываются по отдельности, используя разные растворы для пропитки и стадии реакции. В любом случае пропитанный благородным металлом носитель может быть подвергнут дополнительным стадиям подготовки, например, промывке растворителем для удаления избытка благородного (ых) металла (ов) и примесей, дальнейшей сушке, прокаливанию и т. д. для получения катализатора.The noble metal(s) may be incorporated into the solid support according to known catalyst preparation methods including sublimation, impregnation or dry blending. In the case of impregnation, which is the preferred method, an impregnating solution of a soluble compound of one or more noble metals in a polar (aqueous) or non-polar ( eg, organic) solvent may be reacted with a solid carrier, preferably under an inert gas atmosphere. For example, this reaction can be carried out, preferably with stirring, in an atmosphere of nitrogen, argon and/or helium, or otherwise in a non-inert atmosphere, such as air. The solvent may then be evaporated from the solid carrier, for example by heating, gas flow and/or the use of vacuum, leaving a dried noble metal-impregnated carrier. The noble metal(s) may be impregnated into a solid support, for example, where two noble metals are impregnated simultaneously and both are dissolved in the same impregnation solution, or otherwise impregnated separately using different impregnation solutions and reaction steps. In any case, the noble metal-impregnated support may be subjected to additional preparation steps, such as washing with a solvent to remove excess noble metal(s) and impurities, further drying, calcining , etc. to obtain a catalyst.

Сам твердый носитель может получать в соответствии с известными способами, например, экструзией с образованием цилиндрических частиц (экструдатов), или капанием масла, или сушкой распылением с образованием сферических частиц. Независимо от конкретной формы твердого носителя и образующихся частиц катализатора, количество благородного (ых) металла (ов), присутствующего в катализаторе, как описано выше, относится к средней массе такого благородного (ых) металла (ов) в данной частице катализатора (напр., любой формы, такой как цилиндрическая или сферическая), независимо от конкретного распределения благородных металлов внутри частицы. В связи с этим следует понимать, что разные способы получения могут дать различные типы распределения, например, осаждение благородного металла (металлов) в основном на поверхности или вблизи поверхности твердого носителя или равномерное распределение благородного металла (ов) по всему твердому носителю. В целом, описанные здесь массовые проценты, основанные на массе твердого носителя, или иным образом основанные на массе катализатора, могут относиться к массовым процентам в одной частице катализатора, но обычно относятся к средним массовым процентам большого количества частиц катализатора, в частности количества частиц в реакторе, которые образуют слой катализатора, используемый в описанных здесь способах.The solid support itself can be prepared according to known methods, for example, extrusion to form cylindrical particles (extrudates), or oil dripping, or spray drying to form spherical particles. Regardless of the specific form of the solid support and the resulting catalyst particles, the amount of noble metal(s) present in the catalyst, as described above, refers to the average mass of such noble metal(s) in a given catalyst particle (e.g., any shape, such as cylindrical or spherical), regardless of the particular distribution of precious metals within the particle. In this regard, it should be understood that different methods of preparation may give different types of distribution, for example, deposition of the noble metal (s) mainly on or near the surface of the solid support, or even distribution of the noble metal (s) throughout the solid support. In general, the weight percentages described herein, based on the weight of the solid support, or otherwise based on the weight of the catalyst, may refer to the weight percent in a single catalyst particle, but generally refer to the average weight percent of a large number of catalyst particles, in particular the number of particles in the reactor. , which form the catalyst layer used in the methods described here.

Упрощенные схемы способов сухого риформинга и, необязательно, способов 10 парового риформинга с CO2 показаны на РИС. 1A и 1B. В любом из этих вариантов осуществления, газообразная смесь 4, содержащая один или несколько углеводородов (напр., метан) и CO2, может находиться внутри реактора 5, выполненного в виде резервуара, который используется для вмещения слоя катализатора 6, как описано выше, в режимах риформинга, при которых газообразная смесь 4 и катализатор 6 вступают в реакцию. Согласно варианту осуществления, показанному на РИС. 1А, газообразная смесь 4 может подаваться в реактор 5 только из источника углеводородсодержащего сырья 1. Например, типичное углеводородсодержащее сырье представляет собой метансодержащее сырье, которое получают газификацией или пиролизом биомассы, включая гидрогазификацию или гидропиролиз, и может дополнительно содержать CO2 и H2O. Таким образом, такое углеводородсодержащее сырье может само по себе получить газообразную смесь 4 для парового риформинга с CO2, в котором и CO2, и H2O ступают в реакцию как окислители метана. В других вариантах осуществления, газообразную смесь 4 можно получать путем объединения углеводородсодержащего сырья 1, необязательно, с окислителем 2, содержащим СО2, если, например, углеводородсодержащее сырье 1 содержит мало СО2, например, в случае использования жидких углеводородов, включая углеводороды с интервалом кипения нафты и/или углеводороды с интервалом кипения реактивного топлива, или в случае использования некоторых видов природного газа.Simplified diagrams of dry reforming processes and optional CO 2 steam reforming processes 10 are shown in FIG. 1A and 1B. In any of these embodiments, a gaseous mixture 4 containing one or more hydrocarbons ( e.g. methane) and CO 2 may be inside a reactor 5 made in the form of a tank, which is used to contain the catalyst bed 6, as described above, in reforming modes in which the gaseous mixture 4 and catalyst 6 react. According to the embodiment shown in FIG. 1A, gaseous mixture 4 may be supplied to reactor 5 only from hydrocarbon feedstock 1. For example, a typical hydrocarbon feedstock is a methane feed that is produced by gasification or pyrolysis of biomass, including hydrogasification or hydropyrolysis, and may additionally contain CO 2 and H 2 O. Thus, such a hydrocarbon-containing feedstock can itself produce a CO 2 steam reforming gas mixture 4 in which both CO 2 and H 2 O react as methane oxidizers. In other embodiments, gaseous mixture 4 can be obtained by combining hydrocarbon containing feed 1, optionally with an oxidizing agent 2 containing CO 2 if, for example, hydrocarbon containing feed 1 contains little CO 2 , for example, in the case of using liquid hydrocarbons, including hydrocarbons with an interval boiling range of naphtha and/or hydrocarbons with a jet fuel boiling range, or in the case of some natural gas.

В качестве другого варианта, окислитель 3, содержащий H2O (напр., в виде пара) также может быть объединен для образования газообразной смеси 4, содержащей метан и окислители CO2 и H2O для парового риформинга с CO2. Однако, H2O может также присутствовать в достаточном количестве в углеводородсодержащем сырье 1 и/или окислителе 2, содержащем CO2, так что может не потребоваться отдельный окислитель 3, содержащий H2O. Как показано пунктирными двунаправленными стрелками между потоками углеводородсодержащего сырья 1, окислителя 2, содержащего CO2, и окислителя 3, содержащего H2O, становится очевидным, что любые из этих потоков можно объединить до (напр., выше по потоку) реактора 5. В соответствии с конкретным вариантом осуществления, на РИС. 1B показан поток углеводородсодержащего сырья 1, скомбинированного, необязательно, с окислителем 2, содержащим СО2 и, необязательно, с окислителем 3, содержащим Н2О для получения газообразной смеси 4 как до (напр., выше по потоку) реактора 5, так и внутри этого реактора. Alternatively, an oxidant 3 containing H 2 O ( eg, as steam) can also be combined to form a gaseous mixture 4 containing methane and oxidizers CO 2 and H 2 O for steam reforming with CO 2 . However, H 2 O may also be present in sufficient quantities in the hydrocarbon feed 1 and/or the CO 2 containing oxidizer 2 such that a separate H 2 O oxidizer 3 may not be required. oxidizer 2 containing CO 2 and oxidizer 3 containing H 2 O, it becomes apparent that any of these streams can be combined before ( eg, upstream) reactor 5. In accordance with a specific embodiment, in FIG. 1B shows a hydrocarbon feed stream 1 combined optionally with an oxidizer 2 containing CO 2 and optionally with an oxidizer 3 containing H 2 O to produce a gaseous mixture 4 both upstream ( e.g. upstream) of reactor 5 and inside this reactor.

Как описано выше, в вариантах осуществления, в которых газообразная смесь 4 содержит один или несколько углеводородов, в частности, метан и CO2, но не содержит H2O, этот способ можно считать способом «сухого риформинга», тогда как в вариантах осуществления, в которых газообразная смесь 4 содержит углеводород (ы)) и СО2, и дополнительно содержит Н2О, действующую в сочетании с СО2 в качестве окислителей углеводорода (ов) (напр., так, чтобы, по меньшей мере, соответствующие части окислителя СО2 и Н2О окисляли соответствующие части взаимодействующего вещества углеводорода (ов)), способ можно считать способом «парового риформинга с CO2». Катализаторы, как описано здесь, обеспечивают получение хороших результатов при сухом риформинге, так и при паровом риформинга с CO2 с точки зрения как активности, так и стабильности, как описано выше. При режимах, предусмотренных в реакторе 5, газообразная смесь 4 подвергается конверсии в продукт 7 синтез-газа, который, по сравнению с газообразной смесью 4, может обогащаться (т. е. иметь более высокую концентрацию) водородом и СО, и/или обедняться (т. е. иметь более низкую концентрацию) CO2, H2O, метана и/или других углеводородов, изначально присутствующих в газообразной смеси 4.As described above, in embodiments in which the gaseous mixture 4 contains one or more hydrocarbons, in particular methane and CO 2 , but does not contain H 2 O, this method can be considered a "dry reforming" method, while in the embodiments, in which the gaseous mixture 4 contains hydrocarbon(s)) and CO 2 , and additionally contains H 2 O, acting in combination with CO 2 as oxidizers of the hydrocarbon(s) ( e.g., so that at least the corresponding parts of the oxidant CO 2 and H 2 O oxidized the respective portions of the reactant hydrocarbon(s)), the process can be considered a "CO 2 steam reforming" process. Catalysts as described here provide good results in both dry reforming and CO 2 steam reforming in terms of both activity and stability as described above. Under the conditions provided in the reactor 5, the gaseous mixture 4 undergoes conversion into the product 7 of synthesis gas, which, in comparison with the gaseous mixture 4, can be enriched ( i.e., have a higher concentration) in hydrogen and CO, and/or become depleted ( i.e. have a lower concentration) of CO 2 , H 2 O, methane and/or other hydrocarbons originally present in the gaseous mixture 4.

Важным метансодержащим сырьем является природный газ и, в частности, трудноизвлекаемый природный газ, который не так просто превратить в синтез-газ экономически выгодным образом с помощью известных способов. Природный газ, имеющий относительно высокую концентрацию СО2, составляющую, например, по меньшей мере, примерно 10 моль %, или даже, по меньшей мере, примерно 25 моль %, представляет собой привлекательное метансодержащее сырье, поскольку описанные здесь способы не требуют удаления СО2 (напр., путем очистки раствором амина), в отличие от обычного парового риформинга, и фактически используют CO2 в качестве реагента. Другое метансодержащее сырье может содержать метан, полученный: газификацией угля или биомассы (напр., лигноцеллюлозы или коксового остатка); из биореактора для производства биотоплива; или выходящего продукта из способов производства возобновляемого углеводородного топлива (биотоплива) (напр., способа пиролиза, в частности способов гидропиролиза или способов гидроконверсии жирных кислот/триглицеридов). Дополнительное метансодержащее сырье может содержать метан, полученный из устьевого оборудования скважины или выходящего продукта промышленного способа, включая способ переработки нефти (в качестве отходящего газа нефтеперерабатывающего завода), способ производства электроэнергии, способ производства стали или способ производства цветных металлов, способ производства химикатов (напр., метанола) или способ производства кокса. Как правило, любой технологический газ, о котором известно, что он содержит углеводород (напр., С13 углеводород) и СО2, может составлять всю или часть газообразной смеси, как описано здесь, или, по меньшей мере, все или часть метансодержащего сырья в виде компонента этой смеси. Если метансодержащее сырье содержит метан, полученный из возобновляемого ресурса (напр., биомассы), например, метан из технологического потока, полученного гидропиролизом, как описано в патенте США № 8 915 981, выданном Институту технологии газа, то возможно использование описанных здесь способов для производства возобновляемых продуктов синтез-газа (т. е. содержащих возобновляемый СО), которые, в свою очередь, могут быть дополнительно переработаны для получения возобновляемых углеводородсодержащих топлив, компонентов для смешивания топлива и/или химических веществ. Соответственно, метансодержащее сырье может содержать метан из невозобновляемого источника (напр., природного газа) и/или метан из возобновляемого источника (напр., биомассы), причем последний источник вызывает общее уменьшение углеродного следа, связанного с синтез-газом и продуктами ниже п потоку. Как далее описано в настоящем документе, природный газ и/или другое метансодержащее сырье может, не обязательно, предварительно обрабатываться для удаления H2S и других серосодержащих загрязнений перед сухим риформингом или паровым риформингом с CO2.An important methane-containing feedstock is natural gas and, in particular, hard-to-recover natural gas, which is not easily converted into synthesis gas in an economically advantageous manner using known methods. Natural gas having a relatively high CO 2 concentration of, for example, at least about 10 mole %, or even at least about 25 mole %, is an attractive methane feed because the processes described here do not require CO 2 removal. ( eg by cleaning with an amine solution), as opposed to conventional steam reforming, and actually use CO 2 as a reactant. Other methane-containing feedstocks may contain methane produced by: gasification of coal or biomass (eg, lignocellulose or coke residue); from a bioreactor for the production of biofuels; or an effluent from processes for the production of renewable hydrocarbon fuels (biofuels) ( eg pyrolysis processes, in particular hydropyrolysis processes or fatty acid/triglyceride hydroconversion processes). The additional methane-containing feedstock may contain methane derived from wellhead equipment or an effluent from an industrial process, including an oil refining process (as refinery off-gas), a power generation process, a steel production process or a non-ferrous metal production process, a chemical production process ( e.g. , methanol) or coke production process. Generally, any process gas known to contain a hydrocarbon (eg, C 1 -C 3 hydrocarbon) and CO 2 may comprise all or part of the gaseous mixture as described herein, or at least all or part of the methane-containing feed as a component of this mixture. If the methane feed contains methane derived from a renewable resource ( e.g., biomass), such as methane from a hydropyrolysis process stream, as described in US Pat. renewable syngas products ( i.e. containing renewable CO), which in turn can be further processed to produce renewable hydrocarbon containing fuels, fuel blending components and/or chemicals. Accordingly, the methane feedstock may contain methane from a non-renewable source ( e.g. natural gas) and/or methane from a renewable source ( e.g. biomass), the latter source causing an overall reduction in the carbon footprint associated with synthesis gas and downstream products. . As further described herein, natural gas and/or other methane-containing feedstock may optionally be pretreated to remove H 2 S and other sulfur-containing contaminants prior to dry reforming or steam reforming with CO 2 .

В типичных вариантах осуществления, газообразная смесь 4, содержащая углеводород и CO2, может вступать в реакцию с катализатором 6 в периодическом или дискретном режиме, но предпочтительным является непрерывное проведение сухого риформинга или парового CO2 с проточными потоками газообразной смеси 4 или их компонентов (напр., углеводородсодержащим сырьем 1, окислителем 2, содержащим СО2 и /или окислителем 3, содержащим Н2О, как описано здесь), для повышения эффективности способа. Например, реакцию можно осуществлять путем непрерывной подачи газообразной смеси 4 (напр., в виде комбинированного потока сырья в реактор любых из этих компонентов в комбинации) через реактор 5 и катализатор 6 при режимах риформинга (напр., в режимах внутри резервуара реактора и внутри слоя катализатора, который содержится в резервуаре) с учетом расхода. В конкретных вариантах осуществления, параметры режима риформинга могут представлять собой среднечасовую скорость подачи сырья (WHSV), составляющую как правило, примерно от 0,05 час-1 до примерно 10 час-1, обычно примерно от 0,1 час-1 до примерно 4,0 час-1 и часто примерно от 0,3 час-1 до примерно 2,5 час-1. В отрасли техники, к которой относится данное изобретение, принято, что параметр WHSV представляет собой массовый поток газообразной смеси поделенный на массу катализатора в реакторе и представляет собой эквивалентные массы слоя катализатора потока сырья, обработанного каждый час. Параметр WHSV имеет обратнозависимую характеристику времени пребывания в реакторе. Катализатор 6 может содержаться в реакторе 5 в виде неподвижного слоя, но возможно использование и других каталитических систем, например, систем с подвижным слоем и псевдоожиженным слоем, которые могут оказаться выгодными в способах, использующих непрерывную регенерацию катализатора.In typical embodiments, gaseous mixture 4 containing hydrocarbon and CO 2 may react with catalyst 6 in batch or discontinuous mode, but continuous dry reforming or steam CO 2 is preferred with flowing streams of gaseous mixture 4 or their components ( e.g. ., hydrocarbon-containing feedstock 1, oxidant 2 containing CO 2 and/or oxidizer 3 containing H 2 O, as described here) to improve the efficiency of the process. For example, the reaction can be carried out by continuously feeding the gaseous mixture 4 ( e.g., as a combined feed stream to the reactor of any of these components in combination) through the reactor 5 and catalyst 6 under reforming modes ( e.g., in the modes inside the reactor vessel and inside the bed catalyst, which is contained in the tank) taking into account the flow rate. In particular embodiments, the reforming mode parameters may be a feed hourly space velocity (WHSV) typically from about 0.05 h -1 to about 10 h -1 , typically from about 0.1 h -1 to about 4 .0 hour -1 and often from about 0.3 hour -1 to about 2.5 hour -1 . It is accepted in the art to which this invention relates that the WHSV parameter is the mass flow of the gaseous mixture divided by the mass of the catalyst in the reactor and represents the equivalent masses of the catalyst bed of the feed stream treated each hour. The WHSV parameter has an inverse relationship with the residence time in the reactor. Catalyst 6 may be present in reactor 5 as a fixed bed, but other catalyst systems, such as moving bed and fluidized bed systems, may be useful in processes using continuous catalyst regeneration.

Другие параметры режима риформинга, которые пригодны как для сухого риформинга, так и для парового риформинга с CO2, представляют собой температуру, составляющую, как правило, примерно от 649 °C (1200 °F) до примерно 816 °C (1500 °F). Способы, описанные в настоящем документе, благодаря высокой активности катализатора с точки зрения снижения энергии активации, необходимой для использования CO2 в качестве окислителя, могут эффективно окислять метан и/или другие углеводороды при значительно более низких температурах, по сравнению с типичной температурой 816°C (1500°F), которая используется для сухого или парового риформинга. Например, в типичных вариантах осуществления, режимы риформинга могут осуществляться при температуре, составляющей примерно от 677 °C (1250 °F) до примерно 788 °C (1450 °F) или примерно от 704 °C (1300 °F) до примерно 760 °C (1400 °F). Как описано выше, присутствие H2S и/или других серосодержащих загрязняющих веществ в значительных количествах (напр., 100-1000 моль-ч/млн.) может служить причиной повышения температур, например, составляющих примерно от 732 °C (1350 °F) до примерно 843 °С (1550 °F) или примерно от 760 °С (1400 °F) до примерно 816 °С (1500 °F), для сохранения требуемых уровней конверсии (напр., примерно более чем 85%). Другим параметром режима риформинга является давление выше давления окружающей среды, т. е. давления выше манометрического давления, равному 0 кПа (0 фунтов на квадратный дюйм), что соответствует абсолютному давлению 101 кПа (14,7 фунтов на квадратный дюйм). Поскольку реакции риформинга дают большее число молей продукта по сравнению с молями реагента, то равновесие предпочтительно при относительно низких давлениях. Следовательно, параметры режимов риформинга могут представлять собой манометрическое давление, составляющее, как правило, примерно от 0 кПа (0 фунтов на квадратный дюйм) до примерно 517 кПа (75 фунтов на квадратный дюйм), обычно примерно от 0 кПа (0 фунтов на квадратный дюйм) до примерно 345 кПа (50 фунтов на квадратный дюйм) и часто примерно от 103 кПа (15 фунтов на квадратный дюйм) до примерно 207 кПа (30 фунтов на квадратный дюйм).Other reforming conditions that are suitable for both dry reforming and steam reforming with CO 2 are temperatures typically from about 649 °C (1200 °F) to about 816 °C (1500 °F) . The processes described herein, due to the high activity of the catalyst in terms of lowering the activation energy required to use CO 2 as an oxidant, can effectively oxidize methane and/or other hydrocarbons at significantly lower temperatures compared to a typical temperature of 816°C. (1500°F), which is used for dry or steam reforming. For example, in exemplary embodiments, the reforming regimes may be carried out at temperatures ranging from about 677°C (1250°F) to about 788°C (1450°F) or from about 704°C (1300°F) to about 760° C (1400°F). As described above, the presence of H 2 S and/or other sulfur-containing contaminants in significant amounts ( e.g. 100-1000 mol-h/ppm) can cause temperatures to rise, for example from about 732 °C (1350 °F ) to about 843°C (1550°F) or from about 760°C (1400°F) to about 816°C (1500°F) to maintain desired conversion levels ( e.g. greater than about 85%). Another reforming mode parameter is pressure above ambient pressure, i.e., pressure above a gauge pressure of 0 kPa (0 psi), which corresponds to an absolute pressure of 101 kPa (14.7 psi). Because the reforming reactions produce more moles of product than moles of reactant, equilibrium is preferred at relatively low pressures. Therefore, the parameters of the reforming modes can be a gauge pressure, typically from about 0 kPa (0 psi) to about 517 kPa (75 psi), typically from about 0 kPa (0 psi ) up to about 345 kPa (50 psi) and often from about 103 kPa (15 psi) to about 207 kPa (30 psi).

Преимущество состоит в том, что в любом из вышеуказанных интервалов температур, высокая активность катализатора способна осуществить конверсию метана и/или других углеводородов (напр., конверсию метана, конверсию объединенных С13 углеводородов, конверсию объединенных С14 углеводородов, конверсию углеводородов с интервалом кипения нафты, конверсию углеводородов с интервалом кипения реактивного топлива и т.д.), составляющую, по меньшей мере, примерно 80% (напр., примерно от 80% до примерно 99%), составляющую, по меньшей мере, примерно 85% (напр., примерно от 85% до примерно 97%) или, составляющую, по меньшей мере, примерно 90% (напр., примерно от 90% до примерно 99%), например, путем корректировки температуры в реакторе или температуры слоя катализатора и/или других параметров режимов риформинга (напр., WHSV и/или давления), которые будут определяться специалистами в отрасли техники, к которой относится данное изобретение, с учетом знаний, полученных из настоящего раскрытия. Преимущество состоит также в том, что катализаторы, как описано в настоящем документе, являются достаточно активными для достижения значительной конверсии углеводородов (напр., метана), составляющей, по меньшей мере, примерно 85%, с сохранением стабильности при температуре, составляющей самое большее примерно 732 °C (1350 °F), или составляющей самое большее примерно 704 °С (1300 °F). Что касается реагентов окислителей, то типичная конверсия CO2 составляет, по меньшей мере, примерно 50% (напр., примерно от 50% до примерно 75%), а типичная конверсия H2O составляет, по меньшей мере, примерно 70% (напр., примерно от 70% до примерно 90%) при уровнях конверсии, описанных в настоящем документе по отношению к углеводородам. В отрасли техники, к которой относится данное изобретение, принято, что конверсия любого конкретного соединения (напр., метана) или комбинации соединений (напр., C1-C4 углеводородов или C1-C3 углеводородов) может рассчитываться по формуле:The advantage is that, in any of the above temperature ranges, high catalyst activity is able to effect the conversion of methane and/or other hydrocarbons ( e.g., methane conversion, conversion of combined C 1 -C 3 hydrocarbons, conversion of combined C 1 -C 4 hydrocarbons, naphtha boiling range hydrocarbon conversion, jet fuel boiling range hydrocarbon conversion, etc. ) of at least about 80% ( e.g. , from about 80% to about 99%), of at least about 85% ( e.g., about 85% to about 97%) or at least about 90% ( e.g., about 90% to about 99%), for example, by adjusting the reactor temperature or temperature catalyst bed and/or other reforming regime parameters ( e.g., WHSV and/or pressure), which will be determined by those skilled in the art to which this invention pertains, taking into account the knowledge gained from the present disclosure. tiya. It is also advantageous that catalysts as described herein are active enough to achieve significant hydrocarbon ( e.g. methane) conversion of at least about 85% while maintaining stability at a temperature of at most about 732°C (1350°F), or at most about 704°C (1300°F). With respect to oxidant reactants, typical CO 2 conversion is at least about 50% ( e.g., about 50% to about 75%) and typical H 2 O conversion is at least about 70% ( e.g. ., from about 70% to about 90%) at the conversion levels described herein with respect to hydrocarbons. It is accepted in the art to which this invention relates that the conversion of any particular compound ( eg, methane) or combination of compounds ( eg, C 1 -C 4 hydrocarbons or C 1 -C 3 hydrocarbons) can be calculated using the formula:

100 * (Xсырье-Xпродукт)/Xсырье,100 * (X raw material -X product ) / X raw material ,

где Xсырье представляет собой общее количество (напр., общую массу или общее количество молей) соединения (й) X в газообразной смеси (напр., комбинированного сырья в реакторе), подаваемой в реактор, а Xпродукт представляет собой общее количество соединения (й) X в синтез-газе, отобранном из реактора. В случае использования непрерывных способов эти общие количества удобно выражать в единицах расхода или общих количествах в единицу времени (напр., общая масса/час или общее количество молей/час). Другими критериями эффективности, которые можно достигнуть при использовании катализаторов и режимов риформинга, как описано здесь, являются: высокий выход водорода; или доля общего водорода в метане и/или других водородсодержащих соединениях (напр., общего водорода в углеводородах, например, C2-C4 углеводородах или C2-C3 углеводородах) в газообразной смеси, подаваемой в реактор, которая подвергается конверсии в H2 в синтез-газе, отобранном из реактора. В типичных вариантах осуществления, выход водорода составляет, по меньшей мере, примерно 70% (напр., примерно от 70% до примерно 85%). Как описано выше в отношении конверсии, количества сырья, подаваемые и отбираемые из реактора, могут выражаться в единицах расхода.where X feed is the total amount ( e.g. total mass or total moles) of compound(s) X in the gaseous mixture ( e.g. combined feed in a reactor) fed to the reactor and X product is the total amount of compound(s) ) X in the synthesis gas taken from the reactor. In the case of continuous methods, these totals are conveniently expressed in units of flow or totals per unit of time ( eg, total mass/hour or total moles/hour). Other performance criteria that can be achieved using catalysts and reforming regimes as described herein are: high hydrogen yield; or the fraction of total hydrogen in methane and/or other hydrogen-containing compounds ( e.g. total hydrogen in hydrocarbons, e.g. C 2 -C 4 hydrocarbons or C 2 -C 3 hydrocarbons) in the gaseous mixture fed to the reactor which is converted to H 2 in synthesis gas taken from the reactor. In typical embodiments, the hydrogen yield is at least about 70% ( eg, about 70% to about 85%). As described above with respect to conversion, the amounts of feedstock fed to and withdrawn from the reactor may be expressed in units of flow.

Как описано выше, дополнительные преимущества, связанные со способами риформинга и, в частности, со способами парового риформинга с CO2, как описано здесь, включают в себя подходящие молярные соотношения H2/CO, а также возможность корректировки этих соотношений в синтез-газе. Это имеет особенно важное значение для реакции Фишера-Тропша для производства ниже по потоку жидких углеводородов. Точный состав синтез-газа зависит от состава сырья (напр., комбинированного сырья в реакторе) или газообразной смеси, катализатора и режимов риформинга.As described above, additional advantages associated with reforming processes, and in particular CO 2 steam reforming processes as described herein, include suitable H 2 /CO molar ratios as well as the ability to adjust these ratios in the synthesis gas. This is especially important for the Fischer-Tropsch reaction for the production of downstream liquid hydrocarbons. The exact composition of the synthesis gas depends on the composition of the feedstock ( eg combined feedstock in the reactor) or gaseous mixture, catalyst and reforming regimes.

В типичных вариантах осуществления, синтез-газ, особенно в случае парового риформинга с CO2, преимущественно имеет молярное соотношение H2:CO, составляющее примерно 2:1, например, обычно составляющее примерно от 1,5:1 до примерно 2,3:1 и обычно составляющее примерно от 1,8:1 до примерно 2,2:1. Суммарная концентрация H2 и CO в этом продукте обычно составляет, по меньшей мере, примерно 35 моль % (или об. %) (напр., примерно от 35 моль % до примерно 85 моль %), обычно составляет, по меньшей мере, примерно 50 моль % (напр., примерно от 50 моль % до примерно 80 моль %) и часто составляет, по меньшей мере, примерно до 60 моль % (напр., примерно от 60 моль % до примерно 75 моль %). Как описано выше, состав синтез-газа может представлять собой, по существу, только CO2 и воду, в зависимости от конкретного способа сухого риформинга или парового риформинга с CO2, включая режимы (напр., режимы внутри реактора, в частности температуру, давление, среднечасовую скорость подачи сырья и состав катализатора) и сырье или газообразную смесь, вступающую в реакцию. В типичных вариантах осуществления, СО2 присутствует в синтез-газе в концентрации, составляющей, как правило, примерно менее чем 45 моль % (напр., примерно от 5 моль % до примерно 45 моль %) и обычно примерно менее чем 35 моль % (напр., примерно от 10 моль % до примерно 35 моль %). Вода может присутствовать в концентрации, составляющей, как правило, примерно менее чем 20 моль % (напр., примерно от 1 моль % до примерно 25 моль %) и обычно примерно менее чем 15 моль % (напр., примерно от 5 моль % до примерно 15 моль %). В синтез-газе также могут присутствовать незначительные количества углеводородов не подвергнутых конверсии. Например, совокупное количество C1-C4 углеводородов (напр.,совокупное количество метана, этана, пропана и бутана), которое может включать в себя только C1-C3 углеводороды, может присутствовать в концентрации в количестве, составляющем примерно менее чем 5 моль % и обычно примерно менее чем 2 моль %.In exemplary embodiments, the synthesis gas, especially in the case of CO 2 steam reforming, advantageously has an H 2 :CO molar ratio of about 2:1, for example, typically about 1.5:1 to about 2.3: 1 and is typically about 1.8:1 to about 2.2:1. The combined concentration of H 2 and CO in this product is typically at least about 35 mol% (or vol%) ( e.g., about 35 mol% to about 85 mol%), typically at least about 50 mol% ( eg, from about 50 mol% to about 80 mol%) and is often at least up to about 60 mol% ( eg, from about 60 mol% to about 75 mol%). As described above, the composition of the synthesis gas may be essentially only CO 2 and water, depending on the specific dry reforming or CO 2 steam reforming process, including modes ( e.g. modes inside the reactor, in particular temperature, pressure , hourly space velocity of the feedstock and the composition of the catalyst) and the feedstock or gaseous mixture that enters the reaction. In exemplary embodiments, CO 2 is present in the synthesis gas at a concentration typically less than about 45 mol% ( e.g., about 5 mol% to about 45 mol%) and typically less than about 35 mol% ( eg, from about 10 mol% to about 35 mol%). Water may be present at a concentration typically less than about 20 mole% ( e.g., about 1 mole% to about 25 mole%) and usually less than about 15 mole% ( e.g., about 5 mole% to about 15 mol %). Minor amounts of unconverted hydrocarbons may also be present in the synthesis gas. For example, the total amount of C 1 -C 4 hydrocarbons ( eg, the total amount of methane, ethane, propane and butane), which may include only C 1 -C 3 hydrocarbons, may be present in a concentration of less than about 5 mol% and typically less than about 2 mol%.

Следующие примеры приведены как типичные для настоящего изобретения. Эти примеры не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения, так как другие эквивалентные варианты осуществления будут очевидны с учетом настоящего раскрытия и прилагаемой формулы изобретения.The following examples are given as representative of the present invention. These examples should not be construed as limiting the scope of the invention, as other equivalent embodiments will be apparent in view of the present disclosure and the appended claims.

ПРИМЕР 1EXAMPLE 1

Эксперименты, произведенные на опытной установке, осуществляли с использованием газообразных смесей, непрерывно подаваемых в реактор, содержащий частицы катализатора, имеющего состав из 1 мас. % Pt и 1 мас. % Ph на носителе, содержащем оксид церия. Эффективность комплекта устройств для парового риформинга с CO2, проверялась при среднечасовой скорости подачи сырья (WHSV), составляющей 0,7 час-1, при температуре 760 °C (1400 °F) и манометрическом давлении, составляющем от 124 кПа (18 фунтов на квадратный дюйм) до 172 кПа (25 фунтов на квадратный дюйм). Испытывались два типа газовых смесей: (1) состав, содержащий метан, этан, пропан и CO2, в дополнение к H2O, и воспроизводства состава, полученного в результате комбинированного гидропиролиза и гидроконверсии биомассы («Возобновляемый тип»), и (2) типичный состав природного газа с высоким уровнем CO2 («Природный газ»). Эти газообразные смеси (комбинированное сырье) и синтез-газ, полученный из этого сырья, приведены в Таблице 1 ниже.The experiments carried out on the pilot plant were carried out using gaseous mixtures continuously fed into the reactor containing catalyst particles having a composition of 1 wt. % Pt and 1 wt. % Ph on a support containing cerium oxide. The performance of the CO 2 steam reformer set was tested at a 0.7 h -1 WHSV at 760 °C (1400 °F) and a gauge pressure of 124 kPa (18 psig). square inch) to 172 kPa (25 psi). Two types of gas mixtures were tested: (1) a composition containing methane, ethane, propane and CO 2 , in addition to H 2 O, and reproducing the composition obtained from combined hydropyrolysis and biomass hydroconversion (“Renewable Type”), and (2 ) typical composition of high CO 2 natural gas (“Natural Gas”). These gaseous mixtures (combined feed) and the synthesis gas produced from this feed are shown in Table 1 below.

Таблица 1Table 1

ВозобновляемыйRenewable
ТипType of
ВозобновляемыйRenewable
ТипType of
Природный газNatural gas Природный газNatural gas
Объединенный:
Сырье
Combined:
raw material
Синтез-газsynthesis gas Объединенный:
Сырье
Combined:
raw material
Синтез-газsynthesis gas
метан, моль.%methane, mol.% 11,711.7 0,30.3 21,721.7 .79.79 этан, моль.%ethane, mol.% 5,85.8 00 5,85.8 00 пропан, моль.%propane, mol.% 5,85.8 00 1,41.4 00 CO2, моль.%CO 2 mol.% 23,423.4 10,610.6 29,029.0 8,28.2 вода, моль.%water, mol.% 53,353.3 12,712.7 42,142.1 8,68.6 H2 (моль%)H 2 (mol%) 51,351.3 51,951.9 CO, моль.%CO, mol.% 25,125.1 30,430.4 уровень конверсии метана %methane conversion rate % 9696 9393 уровень конверсии этана %ethane conversion rate % 100100 100100 уровень конверсии пропана %propane conversion rate % 100100 100100 молярное соотношение H2:COmolar ratio of H 2 :CO 2,052.05 1,711.71

Из этих результатов следует, что катализатор парового риформинга с CO2 и способ может обеспечить получение синтез-газа с молярным отношением H2:CO, которое составляет почти 2:1, и, следовательно, пригодного для последующей прямой обработки в ходе реакции Фишера-Тропша или, по меньшей мере, без предварительной (вверх по потоку) корректировки этого соотношения. Принимая во внимание что эти подходящие результаты были получены только при температуре реакции в 760 °C (1400 °F), также возможно использование более низких температур, например, 704 °C (1300 °F), ввиду высокой активности катализатора. Использование более низких рабочих температур позволяет направленно снижать скорость побочных реакций, которые образуют кокс, который деактивирует катализатор. На РИС. 2 представлена взаимосвязь между температурой и конверсией метана для типа сырья и катализаторов, испытанных в Примере 1, и, в частности, этот рисунок иллюстрирует способность достигать уровня конверсии метана более чем 85% при 704 °C (1300 °F) и более чем 95% уровня конверсии при 760 °C (1400 °F). На РИС. 3 показано, как молярное соотношение H2O:CO2 газообразной смеси для типа сырья и катализатора, испытанных в Примере 1, влияет на молярное соотношение H2:CO синтез-газа при температурах 704 °C (1300 °F) и 760 °C (1400 °F). Принимая во внимание возможность установления взаимосвязей между этими параметрами для данного сырья, катализатора и набором рабочих режимов, состав газообразной смеси может служить удобным средством управления для достижения заданного состава синтез-газа.It follows from these results that the CO 2 steam reforming catalyst and process can produce synthesis gas with an H 2 :CO molar ratio of nearly 2:1 and therefore suitable for direct post-treatment in a Fischer-Tropsch reaction. or at least without prior (upstream) adjustment of this ratio. Given that these suitable results were only obtained at a reaction temperature of 760 °C (1400 °F), lower temperatures, such as 704 °C (1300 °F), may also be used due to the high activity of the catalyst. The use of lower operating temperatures makes it possible to purposefully reduce the rate of side reactions that form coke, which deactivates the catalyst. On FIG. Figure 2 shows the relationship between temperature and methane conversion for the type of feedstock and catalysts tested in Example 1, and in particular, this figure illustrates the ability to achieve greater than 85% methane conversion at 704°C (1300°F) and greater than 95% conversion rate at 760°C (1400°F). On FIG. Figure 3 shows how the H 2 O:CO 2 molar ratio of the gaseous mixture for the type of feedstock and catalyst tested in Example 1 affects the H 2 :CO molar ratio of synthesis gas at temperatures of 704 °C (1300 °F) and 760 °C (1400°F). Given the possibility of establishing relationships between these parameters for a given feedstock, catalyst, and set of operating conditions, the composition of the gaseous mixture can serve as a convenient means of controlling to achieve a given composition of the synthesis gas.

ПРИМЕР 2EXAMPLE 2

Были проведены дополнительные эксперименты, в которых типичный состав природного газа, как описано в Примере 1, подвергали паровому риформингу с CO2, как также описано в этом примере. Однако в этом случае, в газообразную смесь или комбинированное сырье добавляли H2S в концентрации 800 моль-ч/млн. Несмотря на этот высокий уровень загрязнения серой, было обнаружено, что смещение конверсии метана легко восстанавливается путем повышения температуры слоя катализатора от 760 °C (1400 °F) до 788 °C (1450 °F). Кроме того, катализатор неожиданно продемонстрировал долговременную стабильность в течение 400 рабочих часов (часов в потоке) при этой температуре, а также при таком же WHSV и давлении, как описано выше по отношению к Примеру 1. Эта стабильность, достигнутая несмотря на значительную концентрацию серы, была неожиданной с точки зрения чувствительности к сере обычных катализаторов, используемых для парового риформинга метана.Additional experiments were carried out in which a typical natural gas composition as described in Example 1 was steam reformed with CO 2 as also described in this example. However, in this case, H 2 S was added to the gaseous mixture or combined feed at a concentration of 800 mol-ppm. Despite this high level of sulfur contamination, the methane conversion bias has been found to be easily recovered by raising the catalyst bed temperature from 760°C (1400°F) to 788°C (1450°F). In addition, the catalyst unexpectedly showed long-term stability for 400 operating hours (on-line hours) at this temperature, as well as at the same WHSV and pressure, as described above with respect to Example 1. This stability, achieved despite a significant concentration of sulfur, was unexpected in terms of sulfur sensitivity of conventional catalysts used for steam methane reforming.

ПРИМЕР 3EXAMPLE 3

Газовая смесь, описанная в Примере 1 как «Возобновляемый тип» и имеющая состав, приведенный в Таблице 1, испытывалась с использованием катализатора и режимов, описанных в Примере 1, для оценки эффективности комплекса устройств для парового риформинга с CO2 в течение длительного периода эксплуатации. Испытания на долговременную стабильность показали, что состав полученного синтез-газа оставался стабильным в течение 500 часов работы при этих постоянных режимах, демонстрируя, по существу, отсутствие деактивации катализатора риформинга в течение длительного периода эксплуатации. На РИС. 4 показана стабильность состава синтез-газа, полученного в течение данного периода эксплуатации, с высоким уровнем конверсии метана. На РИС. 5 показана стабильность молярного соотношения H2/CO полученного синтез-газа, которое составляло почти 2, и поэтому идеально подходит для использования в реакции синтеза FT ниже по потоку для получения жидких углеводородов.The gas mixture described in Example 1 as "Renewable Type" and having the composition shown in Table 1 was tested using the catalyst and modes described in Example 1 to evaluate the performance of the CO 2 steam reformer package over a long period of operation. Long-term stability tests showed that the composition of the produced synthesis gas remained stable over 500 hours of operation at these constant conditions, demonstrating essentially no deactivation of the reformer catalyst over a long period of operation. On FIG. 4 shows the compositional stability of the synthesis gas produced over a given period of operation with a high level of methane conversion. On FIG. 5 shows the stability of the H 2 /CO molar ratio of the produced synthesis gas, which was nearly 2 and therefore ideally suited for use in the downstream FT synthesis reaction to produce liquid hydrocarbons.

В целом, аспекты изобретения относятся к использованию сухого риформинга или парового риформинга с CO2 для достижения высокой конверсии метана и/или других углеводородов и получения синтез-газа, имеющего требуемые характеристики, включая молярные соотношения H2:CO, как описано здесь. Дополнительные аспекты относятся к таким способам риформинга, в которых используется активный катализатор, обладающий способностью конверсии метана и/или других углеводородов в присутствии CO2, или и CO2 и H2O, при сохранении небольшой степени коксования и высокой стабильности катализатора даже в случае использования сырья с серосодержащими загрязнителями и/или реакционноспособными соединениями, например, ароматическими и/или олефиновыми углеводородами с такими загрязнителями и соединениями, которые связаны с быстрой деактивацией обычных каталитических систем. Другие аспекты относятся к таким способам риформинга, которые допускают непосредственное использование с дополнительными стадиями обработки, например, синтезом Фишера-Тропша, для производства жидких (C4 +) углеводородов и/или спиртов, синтеза спирта посредством брожения или производства водорода. Преимущество этих способов состоит в использовании существующего CO2, присутствующего в источниках как возобновляемого, так и невозобновляемого метана, предпочтительно без удаления этого CO2, и/или в использовании более низких уровни воды по сравнению с обычным паровым риформингом метана. Кроме того, устойчивость к сере катализатора свидетельствует об его активности при конверсии серосодержащих загрязнений SO2 и H2S, которые, если необходимо, легко подвергаются обработке вниз по потоку с использованием одной стадии удаления кислого газа. Специалисты в отрасли техники, к которой относится данное изобретение, обладающие знаниями, полученными из настоящего раскрытия, понимают, что в эти способы могут вноситься различные изменения относительно этих и других преимуществ без отступления от объема настоящего изобретения. По существу, следует понимать, что признаки настоящего изобретения могут подвергаться модификациям и/или заменам, не выходя за рамки объема настоящего изобретения. Конкретные варианты осуществления, проиллюстрированные и описанные здесь, предназначены только для иллюстративных целей и не ограничивают объем настоящего изобретения, как указано в прилагаемой формуле изобретения.In general, aspects of the invention relate to the use of dry reforming or steam reforming with CO 2 to achieve high conversion of methane and/or other hydrocarbons and obtain synthesis gas having the desired characteristics, including H 2 :CO molar ratios, as described here. Additional aspects relate to those reforming processes that use an active catalyst that is capable of converting methane and/or other hydrocarbons in the presence of CO 2 or both CO 2 and H 2 O, while maintaining a low degree of coking and high catalyst stability, even when using feedstock with sulfur-containing contaminants and/or reactive compounds, for example, aromatic and/or olefinic hydrocarbons with such contaminants and compounds that are associated with the rapid deactivation of conventional catalyst systems. Other aspects relate to those reforming processes that can be used directly with additional processing steps, such as Fischer-Tropsch synthesis, to produce liquid (C 4 + ) hydrocarbons and/or alcohols, alcohol synthesis via fermentation, or hydrogen production. These methods have the advantage of using existing CO 2 present in both renewable and non-renewable methane sources, preferably without removing that CO 2 , and/or using lower water levels than conventional steam methane reforming. In addition, the sulfur resistance of the catalyst is indicative of its activity in the conversion of SO 2 and H 2 S sulfur-containing contaminants, which, if necessary, can be easily treated downstream using a single acid gas removal step. Those skilled in the art to which this invention pertains, having knowledge derived from the present disclosure, will appreciate that various modifications can be made to these methods with respect to these and other advantages without departing from the scope of the present invention. As such, it should be understood that the features of the present invention may be subject to modifications and/or substitutions without departing from the scope of the present invention. The specific embodiments illustrated and described herein are for illustrative purposes only and do not limit the scope of the present invention as set forth in the appended claims.

Claims (33)

1. Способ получения продукта синтез-газа, включающий подачу газообразной смеси, содержащей метан, CO2 и H2O в реактор парового риформинга с CO2, указанный реактор парового риформинга с CO2 содержит катализатор, содержащий по меньшей мере два благородных металла, выбранных из группы, состоящей из Pt, Rh, Ru, Pd, Ag, Os, Ir и Au, на твердом носителе, содержащем оксид церия в количестве, составляющем по меньшей мере 80 мас. % твердого носителя, указанный катализатор содержит менее 0,05 мас. % металлов, отличных от указанных двух благородных металлов и металлов твердого носителя,1. A method for producing a synthesis gas product, including the supply of a gaseous mixture containing methane, CO2 and H2O to steam reformer with CO2, said CO steam reformer reactor2contains a catalyst containing at least two noble metals selected from the group consisting of Pt, Rh, Ru, Pd, Ag, Os, Ir and Au, on a solid support containing cerium oxide in an amount of at least 80 wt. % solid media, the specified catalyst contains less than 0.05 wt. % of metals other than the two noble metals and solid support metals, где в реакторе парового риформинга с CO2 происходит конверсия по меньшей мере 80% метана путем реакции с СО2 и H2O в качестве окислителей.wherein the CO 2 steam reformer converts at least 80% of the methane by reaction with CO 2 and H 2 O as oxidizers. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, два благородных металла представляют собой Pt и Rh.2. The method according to claim 1, characterized in that at least two noble metals are Pt and Rh. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что Pt присутствует в количестве, составляющем от 0,05 мас. % до 5 мас. % катализатора.3. The method according to p. 2, characterized in that Pt is present in an amount ranging from 0.05 wt. % up to 5 wt. % catalyst. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что Pt присутствует в количестве, составляющем от 0,5 мас. % до 2 мас. % катализатора.4. The method according to p. 3, characterized in that Pt is present in an amount ranging from 0.5 wt. % up to 2 wt. % catalyst. 5. Способ по п. 2, отличающийся тем, что Rh присутствует в количестве, составляющем от 0,05 мас. % до 5 мас. % катализатора.5. The method according to p. 2, characterized in that Rh is present in an amount ranging from 0.05 wt. % up to 5 wt. % catalyst. 6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что Rh присутствует в количестве, составляющем от 0,05 мас. % до 2 мас. % катализатора.6. The method according to p. 5, characterized in that Rh is present in an amount ranging from 0.05 wt. % up to 2 wt. % catalyst. 7. Способ по любому из пп. 1-6, где H2O присутствует в газообразной смеси в количестве от 15 мол.% до 70 мол.%.7. The method according to any one of paragraphs. 1-6, where H 2 O is present in the gaseous mixture in an amount of from 15 mol.% to 70 mol.%. 8. Способ по любому из пп. 1-7, дополнительно включающий перед указанной подачей газообразной смеси, содержащей метан, CO2 и H2O в реактор парового риформинга с CO2, комбинированием метансодержащего сырья и окислителя, содержащего CO2 с образованием газообразной смеси,8. The method according to any one of paragraphs. 1-7, additionally including before said supply of a gaseous mixture containing methane, CO2 and H2O to steam reformer with CO2, by combining a methane-containing feedstock and an oxidizer containing CO2 with the formation of gaseous mixes, где источником H2O в газообразной смеси является сырьевая газообразная смесь, содержащая метан, и/или окислитель, содержащий CO2.where the source of H 2 O in the gaseous mixture is a raw gaseous mixture containing methane and/or an oxidizer containing CO 2 . 9. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что газообразная смесь дополнительно содержит, по меньшей мере, 100 моль-ч/млн от общего содержания серы.9. The method according to any one of paragraphs. 1-8, characterized in that the gaseous mixture additionally contains at least 100 mol-hours/million of the total sulfur content. 10. Способ по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что газообразная смесь содержит ароматические и олефиновые углеводороды в общем количестве, составляющем от 1 мол.% до 25 мол.%.10. The method according to any one of paragraphs. 1-9, characterized in that the gaseous mixture contains aromatic and olefinic hydrocarbons in a total amount ranging from 1 mol.% to 25 mol.%. 11. Способ по п. 8, отличающийся тем, что метансодержащее сырье содержит природный газ и метан из возобновляемого источника метана.11. The method of claim. 8, characterized in that the methane-containing feed contains natural gas and methane from a renewable source of methane. 12. Способ по по любому из пп. 1-11, дополнительно включающий, перед указанной подачей газообразной смеси, содержащей метан, CO2 и H2O, в реактор парового риформинга с CO2,12. The method according to any one of paragraphs. 1-11, further comprising, before said supply of a gaseous mixture containing methane, CO 2 and H 2 O, to the steam reforming reactor with CO 2 , объединение окислителя, содержащего H2O, с метансодержащим сырьем и окислителем, содержащим CO2, с получением газообразной смеси.combining an oxidizer containing H 2 O with a methane-containing feed and an oxidizer containing CO 2 to obtain a gaseous mixture. 13. Способ по любому из пп. 1-12, где условия реакции в реакторе парового риформинга с CO2 включают значение среднечасовой скорости подачи сырья (WHSV), составляющее от 0,1 час-1 до 2,5 час-1 для получения синтез-газа в виде продукта, выходящего из реактора парового риформинга с CO2.13. The method according to any one of paragraphs. 1-12, wherein the reaction conditions in the CO 2 steam reformer include a feedstock hourly space velocity (WHSV) of 0.1 h -1 to 2.5 h -1 to produce synthesis gas as a product effluent from steam reforming reactor with CO 2 . 14. Способ по любому из пп. 1-13, отличающийся тем, что условия реакции в реакторе парового риформинга с CO2 включают значение температуры, составляющее от 649 °C (1200 °F) до 816 °C (1500 °F).14. The method according to any one of paragraphs. 1-13, characterized in that the reaction conditions in the CO 2 steam reformer include a temperature value of 649 °C (1200 °F) to 816 °C (1500 °F). 15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что режимы дополнительно включают манометрическое давление, составляющее от 0 кПа до 517 кПа (75 фунтов на квадратный дюйм).15. The method of claim 14, wherein the modes further include a gauge pressure of 0 kPa to 517 kPa (75 psi). 16. Способ по любому из пп. 1-15, отличающийся тем, что в реакторе парового риформинга с CO2 уровень конверсии метана составляет, по меньшей мере, 85% при температуре, не превышающей 704 °С (1300 °F).16. The method according to any one of paragraphs. 1-15, characterized in that in the CO 2 steam reformer the methane conversion level is at least 85% at a temperature not exceeding 704 °C (1300 °F). 17. Способ по любому из пп. 1-16, отличающийся тем, что синтез-газ содержит Н2 в количестве, составляющем, по меньшей мере, 70% водорода в водородсодержащих соединениях, включающих метан и воду, в газообразной смеси.17. The method according to any one of paragraphs. 1-16, characterized in that the synthesis gas contains H 2 in an amount constituting at least 70% hydrogen in hydrogen-containing compounds, including methane and water, in a gaseous mixture. 18. Способ по любому из пп. 1-17, где продукт синтез-газ имеет молярное соотношение H2:CO, составляющее от 1,5:1 до 2,3:1.18. The method according to any one of paragraphs. 1-17, where the synthesis gas product has an H 2 :CO molar ratio of 1.5:1 to 2.3:1. 19. Способ по любому из пп. 1-18, где газообразная смесь дополнительно содержит этан, этилен, пропан и пропилен.19. The method according to any one of paragraphs. 1-18, where the gaseous mixture further comprises ethane, ethylene, propane and propylene. 20. Способ по любому из пп. 1-19, где метан получен из возобновляемого ресурса.20. The method according to any one of paragraphs. 1-19 where the methane is derived from a renewable resource. 21. Способ по п. 20, где возобновляемый ресурс представляет собой биомассы.21. The method of claim 20 wherein the renewable resource is biomass. 22. Способ получения продукта синтез-газа, включающий подачу газообразной смеси, содержащей метан, CO2 и H2O в реактор парового риформинга с CO2, указанный реактор парового риформинга с CO2 содержит катализатор, содержащий Pt в количестве, составляющем от 0,3 мас. % до 3 мас. % катализатора, и Rh в количестве, составляющем от 0,3 мас. % до 3 мас. % катализатора, на твердом носителе, содержащем оксид церия в количестве, составляющем по меньшей мере 80 мас. % твердого носителя,22. A method for producing a synthesis gas product, including the supply of a gaseous mixture containing methane, CO2 and H2O to steam reformer with CO2, said CO steam reformer reactor2contains a catalyst containing Pt in an amount of 0.3 wt. % up to 3 wt. % catalyst, and Rh in an amount of 0.3 wt. % up to 3 wt. % catalyst, on a solid support containing cerium oxide in an amount of at least 80 wt. % solid support, где режимы риформинга в реакторе парового риформинга с CO2 where the reforming regimes in the steam reforming reactor with CO 2 включают значение среднечасовой скорости подачи сырья (WHSV), составляющее от 0,1 час-1 до 4 час-1, значение манометрического давления от 0 кПа до 517 кПа (75 фунтов на квадратный дюйм,include a raw material hourly space velocity (WHSV) of 0.1 hour -1 to 4 hour -1 , a gauge pressure of 0 kPa to 517 kPa (75 psi, где активность катализатора является достаточной для конверсии в реакторе парового риформинга с CO2 более чем 95% метана путем реакции с СО2 и H2O в качестве окислителей при температуре 760 °С.where the activity of the catalyst is sufficient to convert more than 95% of the methane in the CO 2 steam reformer by reaction with CO 2 and H 2 O as oxidants at a temperature of 760 °C. 23. Способ получения продукта синтез-газа, включающий подачу газообразной смеси, содержащей метан, CO2 и H2O в реактор парового риформинга с CO2, указанный реактор парового риформинга с CO2 содержит катализатор, содержащий по меньшей мере один благородный металл на твердом носителе, содержащем оксид церия в количестве, составляющем по меньшей мере 80 мас. % твердого носителя,23. A method for producing a synthesis gas product, including the supply of a gaseous mixture containing methane, CO2 and H2O to steam reformer with CO2, said CO steam reformer reactor2contains a catalyst containing at least one noble metal on a solid support containing cerium oxide in an amount of at least 80 wt. % solid support, где в реакторе парового риформинга с CO2 происходит конверсия по меньшей мере 80% метана путем реакции с СО2 и H2O в качестве окислителей,wherein in the CO 2 steam reformer, at least 80% of the methane is converted by reaction with CO 2 and H 2 O as oxidizers, где в случае, когда газообразная смесь содержит серу в количестве по меньшей мере, от 10 моль-ч/млн до 1 мол.%), способ дополнительно включает корректировку температуры реакции реактора парового риформинга с CO2, основанное на данных определения серы.where in the case where the gaseous mixture contains sulfur in an amount of at least 10 mol-hours/million to 1 mol.%), the method further includes adjusting the reaction temperature of the steam reformer reactor with CO 2 based on sulfur determination data. 24. Способ по п. 23, где газообразная смесь содержит серу от 100 моль-ч/млн до примерно 1000 моль-ч/млн.24. The method of claim 23, wherein the gaseous mixture contains sulfur from 100 mol-hours/million to about 1000 mol-hours/million. 25. Способ по п. 24, где газообразная смесь содержит серу от 500 моль-ч/млн до примерно 1000 моль-ч/млн.25. The method of claim 24, wherein the gaseous mixture contains sulfur from 500 mol-hours/million to about 1000 mol-hours/million.
RU2020119423A 2017-11-15 Catalysts based on noble metals and methods for reforming methane and other hydrocarbons RU2777599C2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2017/061783 WO2019099001A1 (en) 2017-11-15 2017-11-15 Noble metal catalysts and processes for reforming of methane and other hydrocarbons

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2022120818A Division RU2022120818A (en) 2022-07-29 CATALYSTS BASED ON NOBLE METALS AND METHODS FOR REFORMING METHANE AND OTHER HYDROCARBONS

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2020119423A RU2020119423A (en) 2021-12-16
RU2020119423A3 RU2020119423A3 (en) 2021-12-16
RU2777599C2 true RU2777599C2 (en) 2022-08-08

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7166268B2 (en) * 2000-11-08 2007-01-23 Idemitsu Kosan Co., Ltd. Catalyst for hydrocarbon reforming and method of reforming hydrocarbon with the same
EP1852181A1 (en) * 2005-02-17 2007-11-07 Idemitsu Kosan Co., Ltd. Reforming catalyst for hydrocarbon, method for producing hydrogen using such reforming catalyst, and fuel cell system
RU2453366C1 (en) * 2010-11-29 2012-06-20 Учреждение Российской академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН Catalyst and method of producing synthetic gas
WO2015099577A1 (en) * 2013-12-27 2015-07-02 Владимир Владиславович ИМШЕНЕЦКИЙ Apparatus for producing synthesis gas for hydrocarbon production
WO2015183200A1 (en) * 2014-05-29 2015-12-03 National University Of Singapore Suzhou Research Institute Iridium/cerium-based catalysts for dry reforming methane to syngas
US20170001176A1 (en) * 2015-07-01 2017-01-05 Sabic Global Technologies B.V. Synthesis of oxygen-mobility enhanced ceo2 and use thereof
CN106475096A (en) * 2015-08-24 2017-03-08 苏州工业园区新国大研究院 Cerium oxide base noble metal nano catalyst and preparation method thereof

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7166268B2 (en) * 2000-11-08 2007-01-23 Idemitsu Kosan Co., Ltd. Catalyst for hydrocarbon reforming and method of reforming hydrocarbon with the same
EP1852181A1 (en) * 2005-02-17 2007-11-07 Idemitsu Kosan Co., Ltd. Reforming catalyst for hydrocarbon, method for producing hydrogen using such reforming catalyst, and fuel cell system
RU2453366C1 (en) * 2010-11-29 2012-06-20 Учреждение Российской академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН Catalyst and method of producing synthetic gas
WO2015099577A1 (en) * 2013-12-27 2015-07-02 Владимир Владиславович ИМШЕНЕЦКИЙ Apparatus for producing synthesis gas for hydrocarbon production
WO2015183200A1 (en) * 2014-05-29 2015-12-03 National University Of Singapore Suzhou Research Institute Iridium/cerium-based catalysts for dry reforming methane to syngas
US20170001176A1 (en) * 2015-07-01 2017-01-05 Sabic Global Technologies B.V. Synthesis of oxygen-mobility enhanced ceo2 and use thereof
CN106475096A (en) * 2015-08-24 2017-03-08 苏州工业园区新国大研究院 Cerium oxide base noble metal nano catalyst and preparation method thereof

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Şeyma Őzkara-Aydinoğlu, Thermodynamic equilibrium analysis of combined carbon dioxide reforming with steam reforming of methane to synthesis gas, International Journal of Hydrogen Energy, 2010, 35, 12821-12828. *
Москвичев Ю.А. и др. Теоретические основы химической технологии: Учебное пособие. 2-е изд., испр. - СПб.: Издательство "Лань", 2016, в частности, стр.6, 3 и 4 абзацы сверху. JEAN-MICHEL LAVOIE, Review on dry reforming of methane, a potentially more environmentally-friendly approach to the increasing natural gas exploitation, Frontiers in Chemistry, 2014, v.2, art.81, p.1-17. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210171345A1 (en) Noble metal catalysts and processes for reforming of methane and other hydrocarbons
US11667853B2 (en) Processes and systems for reforming of methane and light hydrocarbons to liquid hydrocarbon fuels
RU2742984C1 (en) Methods and systems of devices for reforming methane and light hydrocarbons into liquid hydrocarbon fuel
US11111142B2 (en) Processes and catalysts for reforming of impure methane-containing feeds
RU2777599C2 (en) Catalysts based on noble metals and methods for reforming methane and other hydrocarbons
KR102679762B1 (en) Noble metal catalysts and processes for reforming of methane and other hydrocarbons
JP7331070B2 (en) Process and system for reforming methane and light hydrocarbons to liquid hydrocarbon fuels
BR112020009740B1 (en) PROCESS FOR PRODUCING A SYNTHESIS GAS PRODUCT