Claims (24)
1. Способ получения синтез-газа, содержащего водород и оксид углерода, который включает: (а) создание реакционной зоны, включающей зону окислителя и зону реагента, которые разделены твердой смешанно-проводящей мембраной; (b) нагрев кислородсодержащего исходного газа-окислителя и введение получающегося нагретого исходного газа-окислителя в зону окислителя реакционной зоны при температуре исходного газа-окислителя и при давлении исходного газа-окислителя; (с) нагрев метансодержащего газа-реагента и введение получающегося нагретого исходного газа-реагента в зону реагента реакционной зоны при температуре исходного газа-реагента и давлении исходного газа-реагента; (d) проникновение кислорода из зоны окислителя реакционной зоны через смешанно-проводящую мембрану в зону реагента реакционной зоны и вступление кислорода в реакцию с метансодержащим газом-реагентом с образованием, по меньшей мере, водорода и оксида углерода; (е) отвод синтез-газового продукта, содержащего, по меньшей мере, водород и оксид углерода из зоны реагента реакционной зоны при температуре, равной температуре на выходе, газообразного продукта; (f) поддержание температуры исходного газа-реагента между 950°F (510°С) и 1400°F (760°С), а температуры выхода газообразного продукта выше, чем 1500°F (815°С).1. A method of producing a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide, which includes: (a) creating a reaction zone comprising an oxidizing zone and a reagent zone, which are separated by a solid mixed conductive membrane; (b) heating the oxygen-containing feed oxidizing gas and introducing the resulting heated feed oxidizing gas into the oxidizing zone of the reaction zone at the temperature of the oxidizing feed gas and at the pressure of the oxidizing feed gas; (c) heating the methane-containing reactant gas and introducing the resulting heated source reactant gas into the reactant zone of the reaction zone at the temperature of the reactant feed gas and the pressure of the reactant feed gas; (d) the penetration of oxygen from the oxidizing zone of the reaction zone through the mixed conductive membrane into the reactant zone of the reaction zone and the reaction of oxygen with a methane-containing reactant gas to form at least hydrogen and carbon monoxide; (e) withdrawing a synthesis gas product containing at least hydrogen and carbon monoxide from the reactant zone of the reaction zone at a temperature equal to the outlet temperature of the gaseous product; (f) maintaining the temperature of the starting reagent gas between 950 ° F (510 ° C) and 1400 ° F (760 ° C), and the outlet temperature of the gaseous product is higher than 1500 ° F (815 ° C).
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полное давление в любой точке в зоне реагента реакционной зоны выше, чем полное давление в любой точке в зоне окислителя реакционной зоны. 2. The method according to p. 1, characterized in that the total pressure at any point in the reactant zone of the reaction zone is higher than the total pressure at any point in the oxidizer zone of the reaction zone.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что температура исходного газа-окислителя выше температуры исходного газа-реагента на величину до 200°F (111°С). 3. The method according to p. 1, characterized in that the temperature of the source gas of the oxidizing agent is higher than the temperature of the source gas of the reagent up to 200 ° F (111 ° C).
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно включает отвод обедненного по кислороду газа-окислителя из зоны окислителя реакционной зоны при температуре газа-окислителя, обедненного по кислороду, равной или ниже, чем температура выхода газообразного продукта. 4. The method according to p. 1, characterized in that it further includes the removal of an oxygen-depleted oxidizing gas from the oxidizing zone of the reaction zone at a temperature of the oxidizing gas depleted in oxygen equal to or lower than the outlet temperature of the gaseous product.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, 90% кислорода, находящегося в нагретом исходном газе-окислителе в зоне окислителя реакционной зоны, проникает через смешанно-проводящую мембрану. 5. The method according to p. 1, characterized in that at least 90% of the oxygen in the heated source oxidizing gas in the oxidizing zone of the reaction zone penetrates through the mixed conductive membrane.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в зоне реагента реакционной зоны для ускорения образования водорода и оксида углерода используется катализатор. 6. The method according to p. 1, characterized in that a catalyst is used in the reactant zone of the reaction zone to accelerate the formation of hydrogen and carbon monoxide.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что метансодержащий газ-реагент содержит воду и молярное отношение воды к углероду составляет 0,5-5, при этом молярное отношение воды к углероду определяется как число молекул воды в газе-реагенте, деленное на общее число атомов углерода, находящихся в углеводородах и оксиде углерода в газе-реагенте. 7. The method according to p. 1, characterized in that the methane-containing reagent gas contains water and the molar ratio of water to carbon is 0.5-5, while the molar ratio of water to carbon is defined as the number of water molecules in the reactant gas divided by the total number of carbon atoms in hydrocarbons and carbon monoxide in the reactant gas.
8. Способ получения синтез-газа, содержащего водород и оксид углерода, включающий: (а) создание реакционной зоны, имеющей зону окислителя и зону реагента, которые разделены твердой смешанно-проводящей мембраной; (b) нагрев кислородсодержащего газа-окислителя и введение получающегося нагретого исходного газа-окислителя в зону окислителя реакционной зоны при температуре исходного газа-окислителя и при давлении исходного газа-окислителя; (с) нагрев метансодержащего газа-реагента и введение получающегося нагретого исходного газа-реагента в зону реагента реакционной зоны при температуре исходного газа-реагента и давлении исходного газа-реагента; (d) проникновение кислорода из зоны окислителя реакционной зоны через смешанно-проводящую мембрану в зону реагента реакционной зоны и вступление кислорода в реакцию с метансодержащим газом-реагентом с образованием, по меньшей мере, водорода и оксида углерода; (e) отвод синтез-газового продукта, содержащего, по меньшей мере, водород и оксид углерода из зоны реагента реакционной зоны при температуре, равной температуре на выходе газообразного продукта; (f) отвод обедненного по кислороду газа-окислителя через выход зоны окислителя реакционной зоны; и (g) обеспечение, по крайней мере, частично теплом для нагрева кислородсодержащего газа-окислителя на этапе (b), или для нагрева метансодержащего газа-реагента на этапе (с), или для нагрева кислородсодержащего газа-окислителя на этапе (b) и метансодержащего газа-реагента на этапе (с), за счет косвенного теплообмена с обедненным по кислороду газом-окислителем из реакционной зоны. 8. A method of producing synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide, comprising: (a) creating a reaction zone having an oxidizing zone and a reactant zone, which are separated by a solid mixed conductive membrane; (b) heating the oxygen-containing oxidizing gas and introducing the resulting heated starting oxidizing gas into the oxidizing zone of the reaction zone at the temperature of the starting oxidizing gas and at the pressure of the starting oxidizing gas; (c) heating the methane-containing reactant gas and introducing the resulting heated source reactant gas into the reactant zone of the reaction zone at the temperature of the reactant feed gas and the pressure of the reactant feed gas; (d) the penetration of oxygen from the oxidizing zone of the reaction zone through the mixed conductive membrane into the reactant zone of the reaction zone and the reaction of oxygen with a methane-containing reactant gas to form at least hydrogen and carbon monoxide; (e) withdrawing a synthesis gas product containing at least hydrogen and carbon monoxide from the reactant zone of the reaction zone at a temperature equal to the outlet temperature of the gaseous product; (f) the removal of an oxygen-depleted oxidizing gas through the outlet of the oxidizing zone of the reaction zone; and (g) providing at least partially heat for heating an oxygen-containing oxidizing gas in step (b), or for heating a methane-containing reactant gas in step (c), or for heating an oxygen-containing oxidizing gas in step (b) and methane-containing reagent gas in step (c), due to indirect heat exchange with an oxygen-depleted oxidizing gas from the reaction zone.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что температура на выходе газообразного продукта выше, чем температура исходного газа-реагента. 9. The method according to p. 8, characterized in that the temperature at the outlet of the gaseous product is higher than the temperature of the starting reagent gas.
10. Способ по п. 8, отличающийся тем, что кислородсодержащий газ-окислитель на этапе (b) нагревается за счет непосредственного сжигания с топливом в камере сгорания с непосредственным поджигом для получения горячего, под давлением продукта сжигания, который образует нагретый исходный газ-окислитель. 10. The method according to p. 8, characterized in that the oxygen-containing oxidizing gas in step (b) is heated by direct combustion with the fuel in the combustion chamber with direct ignition to produce a hot, pressurized combustion product that forms the heated initial oxidizing gas .
11. Способ по п. 8, отличающийся тем, что кислородсодержащий газ-окислитель нагревается с помощью косвенного теплообмена с обедненным по кислороду газом-окислителем из реакционной зоны. 11. The method according to p. 8, characterized in that the oxygen-containing oxidizing gas is heated by indirect heat exchange with an oxygen-depleted oxidizing gas from the reaction zone.
12. Способ по п. 8, отличающийся тем, что полное давление в любой точке зоны реагента реакционной зоны выше, чем полное давление в любой точке зоны окислителя реакционной зоны. 12. The method according to p. 8, characterized in that the total pressure at any point in the reactant zone of the reaction zone is higher than the total pressure at any point in the oxidizer zone of the reaction zone.
13. Способ по п. 8, отличающийся тем, что температура исходного газа-реагента в диапазоне 950°F (510°С) - 1400°F (760°С), а температура на выходе продукта выше 1500°F (815°С). 13. The method according to p. 8, characterized in that the temperature of the source gas of the reagent in the range of 950 ° F (510 ° C) - 1400 ° F (760 ° C), and the temperature at the outlet of the product is above 1500 ° F (815 ° C )
14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что температура исходного газа-окислителя выше, чем температура исходного газа на величину до 200°F (111°С). 14. The method according to p. 13, characterized in that the temperature of the source of oxidizing gas is higher than the temperature of the source gas by up to 200 ° F (111 ° C).
15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что температура обедненного по кислороду газа-окислителя равна или выше температуры на выходе газообразного продукта. 15. The method according to p. 14, characterized in that the temperature of the oxygen-depleted oxidizing gas is equal to or higher than the temperature at the outlet of the gaseous product.
16. Способ по п. 14, отличающийся тем, что температура исходного газа-окислителя ниже, чем температура обедненного по кислороду газа-окислителя. 16. The method according to p. 14, characterized in that the temperature of the initial oxidizing gas is lower than the temperature of the oxygen-depleting oxidizing gas.
17. Способ по п. 8, отличающийся тем, что, по меньшей мере, 90% кислорода, находящегося в кислородсодержащем газе-окислителе, проникает через проницаемую для кислорода мембрану. 17. The method according to p. 8, characterized in that at least 90% of the oxygen in the oxygen-containing oxidizing gas penetrates through the oxygen permeable membrane.
18. Способ по п. 8, отличающийся тем, что в зоне реагента реакционной зоны для ускорения образования водорода и оксида углерода используют катализатор. 18. The method according to p. 8, characterized in that in the reactant zone of the reaction zone, a catalyst is used to accelerate the formation of hydrogen and carbon monoxide.
19. Способ по п. 8, отличающийся тем, что синтез-газовый продукт, отводимый из зоны реагента реакционной зоны, охлаждается до температуры ниже 800°F (427°С). 19. The method according to p. 8, characterized in that the synthesis gas product discharged from the reactant zone of the reaction zone is cooled to a temperature below 800 ° F (427 ° C).
20. Способ по п. 8, отличающийся тем, что метансодержащий газ-реагент содержит воду и молярное отношение воды к углероду составляет 0,5-5, при этом молярное отношение воды к углероду определяется как число молекул воды в газе-реагенте, деленное на общее число атомов углерода, находящихся в углеводородах и оксиде углерода в газе-реагенте. 20. The method according to p. 8, characterized in that the methane-containing reactant gas contains water and the molar ratio of water to carbon is 0.5-5, while the molar ratio of water to carbon is defined as the number of water molecules in the reactant gas divided by the total number of carbon atoms in hydrocarbons and carbon monoxide in the reactant gas.
21. Способ по п. 8, отличающийся тем, что синтез-газовый продукт, отводимый из выхода зоны окисления реакционной зоны, резко охлаждается за счет непосредственного контакта с жидкой водой для снижения температуры газообразного продукта ниже 800°F (427°С). 21. The method according to p. 8, characterized in that the synthesis gas product discharged from the outlet of the oxidation zone of the reaction zone is cooled rapidly by direct contact with liquid water to lower the temperature of the gaseous product below 800 ° F (427 ° C).
22. Способ по п. 21, отличающийся тем, что метансодержащий газ-реагент получают путем контактирования метансодержащего исходного газа с нагретым водяным паром, при этом в метансодержащий газ-реагент вводится вода. 22. The method according to p. 21, wherein the methane-containing reactant gas is obtained by contacting the methane-containing feed gas with heated water vapor, while water is introduced into the methane-containing reactant gas.
23. Способ по п. 22, отличающийся тем, что нагретый водяной пар получают путем введения в контакт синтез-газового продукта с жидкой водой для понижения температуры газообразного продукта ниже точки росы газообразного продукта и путем отделения образовавшегося конденсата. 23. The method according to p. 22, characterized in that the heated water vapor is obtained by contacting the synthesis gas product with liquid water to lower the temperature of the gaseous product below the dew point of the gaseous product and by separating the condensate formed.
24. Способ получения синтез-газа, содержащего водород и оксид углерода, включающий: (а) создание реакционной зоны, имеющей зону окислителя и зону реагента, которые разделены твердой смешанно-проводящей мембраной, (b) нагрев кислородсодержащего исходного газа-окислителя и введение получающегося нагретого исходного газа-окислителя в зону окислителя реакционной зоны при температуре исходного газа-окислителя и при давлении исходного газа-окислителя; (с) нагрев метансодержащего газа-реагента и введение получающегося нагретого исходного газа-реагента в зону реагента реакционной зоны при температуре исходного газа-реагента и давлении исходного газа-реагента; (d) проникновение кислорода из зоны окислителя реакционной зоны через смешанно-проводящую мембрану в зону реагента реакционной зоны и вступление кислорода в реакцию с метансодержащим газом-реагентом с образованием, по меньшей мере, водорода и оксида углерода; (е) отвод синтез-газового продукта, содержащего, по меньшей мере, водород и оксид углерода, из зоны реагента реакционной зоны при температуре, равной температуре на выходе газообразного продукта; и (f) поддержание температуры на выходе газообразного продукта выше температуры исходного газа-реагента; при этом полное давление в любой точке в зоне реагента реакционной зоны выше, чем полное давление в любой точке в зоне окислителя реакционной зоны. 24. A method of producing a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide, comprising: (a) creating a reaction zone having an oxidizing zone and a reagent zone that are separated by a solid mixed conductive membrane, (b) heating the oxygen-containing oxidizing feed gas and introducing the resulting heated source of oxidizing gas to the oxidizing zone of the reaction zone at a temperature of the starting oxidizing gas and at a pressure of the starting oxidizing gas; (c) heating the methane-containing reactant gas and introducing the resulting heated source reactant gas into the reactant zone of the reaction zone at the temperature of the reactant feed gas and the pressure of the reactant feed gas; (d) the penetration of oxygen from the oxidizing zone of the reaction zone through the mixed conductive membrane into the reactant zone of the reaction zone and the reaction of oxygen with a methane-containing reactant gas to form at least hydrogen and carbon monoxide; (e) withdrawing a synthesis gas product containing at least hydrogen and carbon monoxide from the reactant zone of the reaction zone at a temperature equal to the outlet temperature of the gaseous product; and (f) maintaining the outlet temperature of the gaseous product above the temperature of the starting reagent gas; wherein the total pressure at any point in the reactant zone of the reaction zone is higher than the total pressure at any point in the oxidizer region of the reaction zone.