Спосіб отримання водню на основі рідких улеводородов, газоподібних вуглеводнів та/або кисневмісних з'єднань, у тому числі отримані з біомаси

 

Даний винахід відноситься до способу отримання водню, виходячи з рідких вуглеводнів, газоподібних вуглеводнів та/або кисневмісних з'єднань, у тому числі отримані з біомаси, і їх сумішей. Зазначений спосіб включає:

i) секцію для отримання синтез-газу допомогою каталітичного часткового окислення при короткому часу контакту (КЧО-КВК),

ii) секцію, в якій відбувається реакція конверсії водяного газу (КВГ),

iii) секцію для видалення отриманого діоксиду вуглецю і, можливо,

iv) секцію відділення/очищення (АПД) отриманого водню, що дає в якості побічного продукту продувний газ при тиску, злегка перевищує атмосферний, з теплотворною здатністю, яка є досить високою, щоб дозволити використовувати його в якості палива і/або в системі подачі палива в установку.

Зазначений спосіб може включати секцію гидродесульфуризации зазначеної сировини.

Найбільш широко використовуваною технологією отримання синтез-газу і, згодом, водню є спосіб парового риформінгу (ПР). Ця технологія перетворює легкі десульфированние вуглеводні допомогою проведення реакції з парою в многотрубних каталітичних реакторів�ля забезпечення тепла для сильно ендотермічних реакцій застосовують горіння. Вуглеводні надходять у труби установки риформінгу після того, як їх змішують зі значними кількостями пара (молярне співвідношення пар/вуглець зазвичай становить більше 2,5), і перетворюються на суміш, що містить переважно Н2і З (синтез-газ). Застосовуються каталізатори зазвичай містять нікель, нанесений на оксидний носій. Температури на вході в труби зазвичай складають вище 600°C, в той час як температури газів, що виходять з труб, складають нижче 900°C. Відносна тиск, при якому відбувається процес ПР, зазвичай знаходиться в діапазоні від 0,5 до 3 МПа (від 5 до 30 бар).

Більш конкретно, процес ПР відбувається в трубчастому реакторі, в якому труби вставлені в камеру джерела тепла, і в якому тепло для реакції подають через стінку або за допомогою розташованих на зводі пальників. У реакторі ПР реакційні труби мають діаметр в діапазоні від 76 до 127 мм (від 3 до 5 дюймів) і довжину від 6 до 13 м; зазначені труби заповнені каталізатором, і через них проходить суміш, що складається з вуглеводнів і пара.

Для того щоб отримати температуру синтез-газу на виході в діапазоні 800-900°C, температура стінок зазначених труб повинна бути приблизно на 100-150°C вище, а температура газів, генеруємо�авов, мають високий вміст Cr і Ni (25-35%), являють собою критичний елемент даної технології. Необхідність уникати контакту між трубами і полум'ям пальника, який може привести до раптового руйнування труб, вимагає розміщення їх на відстані і, отже, призводить до збільшення об'єму печі риформінгу. Додатковий критичний аспект способу ПР пов'язаний з неможливістю використання вуглеводнів з високою молекулярною масою, що може призвести до утворення вуглецевих відкладень, що знижують каталітичну активність. В результаті цього тепло, що подається до зовнішньої сторони труб, викликає явища крекінгу вуглеводнів, з подальшим утворенням вуглецевих відкладень, крайнім наслідком чого є закупорювання труб, в яких відбувається риформінг, і їх руйнування. Сірковмісні сполуки, якщо їх подають у процес ПР, також можуть викликати дезактивацію каталізатора і призвести до аналогічних наслідків. З цих міркувань сировина для процесу ПР необхідно піддавати гидродесульфуризации перед використанням.

З точки зору експлуатації, управління піччю ПР в таких умовах, як на нафтопереробному підприємстві, призводить до возникновеДля вирішення деяких з критичних аспектів, пов'язаних з технологією ПР, були запропоновані різні конфігурації і технології. Одна з них являє собою спосіб каталітичного часткового окислення при короткому часу контакту (КЧО-КВК), який описаний в патентах MI93A001857, MI96A000690, MI2002A001133, MI2007A002209 і MI2007A002228 (L. Basini et al.). У цій технології вуглеводні, змішані з повітрям та/або киснем, пропускають над відповідним каталізатором і перетворюють в синтез-газ. Усередині реактора утворюється тепло реакції в результаті врівноваження реакцій повного і часткового окислення сировини. При використанні природного газу основна реакція способу КЧО-КВК описується рівнянням [2]:

Цей реактор є вкрай простим по його конструкційних і робочим принципам. Реактор являє собою реактор адіабатичного типу, а його розміри менші, ніж розміри реактора ПР, більш ніж на два порядки величини. Крім того, на відміну від процесу ПР, каталізатори не дезактивуються, навіть якщо в сировині присутні сірковмісні сполуки; це дозволяє розробити схему процесу, з якої можна виключити стадію гидродесульфуризации. Простота конструкції і стійкість каталізатора до явищ дезактивації також позвоказано, що для отримання 55000 м3(н. у.)/ч водню за допомогою технології ПР необхідна піч, містить 178 труб з каталізатором. Підраховано також, що в цьому випадку необхідна кількість каталізатора становить приблизно 21 т. Зазначено також, що секція, де протікає реакція, і секція рекуперації тепла димових газів печі риформінгу мають значні розміри і займають об'єм приблизно 11000 м3. З іншого боку, така ж кількість Н2можна отримати з допомогою реактора КЧО-КВК та секції рекуперації тепла, що мають загальний об'єм приблизно 70 м3і містять 0,85 т каталізатора.

У способі ПР, призначеному для одержання Н2склад синтез-газу, що виходить з печі риформінгу, зміщують у напрямку суміші Н2і З2за допомогою реакції З з водяною парою в одному або більше реакторів, в яких відбувається конверсія водяного газу (КВГ), згідно реакції [3]:

Потім водень відокремлюють і очищають, зазвичай з використанням секції адсорбції з перепадом тиску (АПД). Остання використовує властивості різної фізичної адсорбції молекул на матеріалах різних видів. Таким чином, секція АПД дає потік чистого Н2і по� Н2. Зазначений продувний газ, який зазвичай має теплотворною здатністю (PCI) в діапазоні 8400-10500 кДж/кг (2000-2500 ккал/кг), потім знову подають у піч риформінгу, забезпечуючи частину тепла для реакції. Одним з недоліків реакції ПР є перевиробництво пара, тобто надлишкове отримання пара, що неможливо використовувати в процесі, і присутність якого знижує енергетичну ефективність самого способу.

Подібну схему процесу також можна використовувати в технології КЧО-КВК, призначеної для одержання Н2. Однак у цьому випадку парціальний тиск CO2, отримане на виході із секції КВГ, вище, ніж тиск, отримане в процесі ПР, і, отже, не тільки швидкість потоку газу, що підлягає очищенню, вище в секції АПД, але також і продувний газ, що виходить з секції АПД, має більш низьку теплотворну здатність в порівнянні з продувним газом, отриманим з допомогою ПР. Продувний газ з вкрай низьким значенням теплотворної здатності нелегко використовувати для отримання пари в бойлері.

Метою справжнього винаходу є забезпечення нової схеми процесу, яка об'єднує секцію КЧО-КВК, секцію КВГ і секцію видалення CO2, щоб одержувати додаток до трьом попереднім секціях також є секція АПД, розташована після секції видалення CO2. Цей блок АПД надає можливість одержання Н2високої чистоти і продувального газу з середньої теплотворною здатністю.

Таким чином, додатковою метою справжнього винаходу є отримання потоків Н2і З2високої чистоти і відпрацьованого газу, що виходить з секції АПД, що володіє середньої теплотворною здатністю (PCI), яка дозволяє використовувати відпрацьований газ безпосередньо в процесах горіння та/або вводити його в систему подачі палива установки. Нарешті, саме з-за того, що стадію гидродесульфуризации сировини можна виключити, додатковою метою справжнього винаходу є можливість отримання синтез-газу, що містить менші кількості сірковмісних сполук, які можна видалити на стадії видалення2та/або на можливу стадії АПД.

Даний винахід відноситься до способу отримання водню виходячи з реагентів, що включають рідкі вуглеводні, газоподібні вуглеводні та/або кисневмісні сполуки, у тому числі отримані з біомаси, та їх суміші, в якому газоподібні вуглеводні вибирають із групи, що включає природний газ, зріджений нефтяно/або будь-яких хімічних підприємств, та їх суміші, в якому рідкі вуглеводні вибирають із групи, що включає нафти, газойлі, висококиплячі газойлі, легкі рецикловие газойлі, важкі рецикловие газойлі, деасфальтизированние нафти та їх суміші, і в якому кисневмісні сполуки вибирають із групи, що включає гліцерин, тригліцериди, вуглеводи, метанол, етанол та їх суміші; причому зазначений спосіб відрізняється тим, що він включає:

- секцію підігріву реагентів при температурі в діапазоні від 100 до 500°C,

- секцію каталітичного часткового окислення при короткому часі контакту, в якій зазначені реагенти реагують з окислювачем, що включають кисень, повітря або збагачене киснем повітря, з отриманням синтез-газу,

- секцію рекуперації тепла, що включає бойлер, який генерує пару, таким чином, охолоджуючи отриманий синтез-газ,

- секцію перетворення монооксиду вуглецю, що міститься в синтез-газ, діоксид вуглецю допомогою реакції конверсії водяного газу,

- секцію видалення діоксиду вуглецю, що міститься в потоці, отриманому в секції конверсії водяного газу,

- секцію охолодження і видалення конденсату, отриманого в секції конверсії водяного газу.

Додаткове втілення насто�орода з допомогою адсорбції з перепадом тиску і отримання продувального газу, володіє середньою теплотворною здатністю.

Продувний газ можна використовувати в процесі горіння та/або можна вводити його в систему подачі палива нафтопереробного підприємства або будь-якого іншого хімічного підприємства. Оскільки швидкість потоку в секцію АПД значно знижена, завдяки видаленню З2можлива остаточна очищення водню є більш ефективною і менш дорогим. Крім того, цей процес в значній мірі знижує такі викиди, як NOxЗ і тверді частинки, оскільки підігрів сировини переважно можна здійснювати парою, отриманим при охолодженні синтез-газу, що виходить з реактора КЧО-КВК. Технологічні схеми, в яких застосовують технологію отримання синтез-газу за допомогою КЧО-КВК, можуть також не використовувати печі для підігріву реагентів; таким чином, завжди можна уникнути отримання розбавлених потоків CO2в димових газах.

Нарешті, схема процесу може бути такий, що вона не призводить до отримання надлишку пари. Фактично, відвід пари не завжди є перевагою, і в деяких випадках може бути бажаним уникнути його.

Додаткове втілення цього винаходу належить до ра�зработать об'єднаний процес, включає секції гидродесульфуризации, КЧО-КВК, реакції КВГ, видалення З2і АПД, таким чином, щоб уникнути будь-яких викидів СО2у розбавлених потоках, які відрізняються від тих, які отримують з блоку видалення. Навпаки, технологія ПР не дозволяє скласти технологічну схему, в якій можна уникнути перевиробництва пара (ми підтверджуємо, що відвід пари фактично не завжди є перевагою або необхідністю у всіх промислових ситуаціях) або викидів СО2в димових газах печей підігріву і ПР. Кількість виділюваного і "нерекуперируемого" CO2відповідає діапазону від 30 об. % до 45 об. % від загальної кількості отриманого2.

У ще одному втіленні винаходу видалення діоксиду вуглецю в секції видалення діоксиду вуглецю можна здійснювати із застосуванням розчину аміна в якості промивного розчинника. При цьому частина отриманого в процесі пари можна використовувати для регенерації зазначеного розчину аміна, що призводить до випуску концентрованого потоку діоксиду вуглецю.

Переважно, в запропонованому способі діоксид вуглецю, вилучений з потоку, що виходить з секції конверсії водяного газу, що має концентрацію сценаріях більш конкурентоспроможною порівняно з вартістю водню, який можна отримати за звичайною технологією ПР.

Додаткові завдання та переваги цього винаходу стануть більш очевидними з подальшого опису і додаються креслень, призначених тільки для ілюстративних і неограничивающих цілей.

На Фіг. 1 зображена блок-схема процесу отримання водню, на якій:

100 - секція гидродесульфуризации;

200 - секція підігріву сировини;

101 - секція реакції КЧО-КВК;

201 - бойлер для рекуперації тепла;

102 - секція, в якій відбувається реакція конверсії водяного газу (квг);

202 - охолоджувач киплячій живильної води (КПВ);

103 - область видалення конденсату;

104 - секція видалення2;

105 - секція АПД;

300 - стиснення продувального газу.

На Фіг. 2 зображена блок-схема процесу отримання водню, аналогічна Фіг. 1, крім блоку Р (КВГ), який на цьому кресленні включає:

106 - секцію реакції високотемпературної конверсії (ВТК);

107 - секцію реакції низькотемпературної конверсії (НТК);

206 - генератор пари;

205 - пароперегрівники пара;

207 - охолоджувач киплячій живильної води (КПВ).

Секції 205 і 206 забезпечують отримання пари, який використовують у процесі.

Згідно зі схемою, представленою на Фіг. 1, пода перед проведенням реакції в секції (101) каталітичного часткового окислення, в якій реагенти перетворюються в синтез-газ (4). Гарячий синтез-газ охолоджують з допомогою бойлера (201) для рекуперації тепла, а отриманий таким чином високотемпературний пар (5) можна використовувати частково для стадії (200) підігріву реагентів, а частково для підтримки реакції (102) конверсії водяного газу. Охолоджений синтез-газ (19) перетворюють в секції (102) КВГ в суміш (9), що містить водень і діоксид вуглецю. Зазначену суміш охолоджують з допомогою охолоджувача (202) киплячій живильної води і водяного теплообмінника (204), таким чином отримуючи пар (13 і 20) низького тиску. Охолодження завершують у повітряному теплообміннику (203). Після охолодження сепаратор (103) видаляє конденсат, і отримана таким чином суміш надходить у секцію (104) видалення CO2. Якщо для функціонування даної секції застосовують розчин аміну, частина отриманого пари (13 і 20) низького тиску можна використовувати для промивання зазначеного розчину. Із секції (104) виходять потік Н2(15) і потік2(14). Водень надходить в можливу секцію (105) очищення, з якої виходить чистий водень (16) разом з продувним газом (21), який частково можна використовувати в якості палива в можливій печі підігріву реагентів (3), а частково можна з�ктом цього винаходу, включає наведені нижче стадії.

Подається потік (2) включає рідкі вуглеводні, газоподібні вуглеводні та/або кисневмісні сполуки, у тому числі отримані з біомаси, і їх суміші. Газоподібні вуглеводні включають природний газ, зріджений нафтовий газ, потоки газоподібних вуглеводнів, що поступають з технологічних процесів нафтопереробних та/або будь-яких хімічних підприємств, і їх суміші. Рідкі вуглеводні включають нафти, газойлі, висококиплячі газойлі, легкі рецикловие газойлі, важкі рецикловие газойлі, деасфальтизированние нафти і їх суміші.

Кисневмісні сполуки містять гліцерин, тригліцериди, вуглеводи, метанол, етанол і їх суміші.

Подається потік (2) можливо надходить у секцію (100) гидродесульфуризации, в якій сірку спочатку перетворюють в сірчану кислоту, яка згодом реагує з оксидом цинку, так що виходить потік містить менше 0,1 ppm (частин на мільйон) сірки. Секція гидродесульфуризации може не бути початковою стадією процесу, оскільки секція (101) каталітичного часткового окислення здатна працювати і з сірковмісних сировиною. Секція (100) гидродесульфуризации може бути розташована нижче по ходу технологическог�ходить з секції гидродесульфуризации, змішують з окислювачем (1), обраним з кисню, повітря, збагаченого киснем повітря. Перед надходженням в секцію (101) каталітичного часткового окислення при короткому часі контакту зазначену суміш підігрівають (200) до температури в діапазоні від 100°C до 500°C. Підігрів може відбуватися в печі, в якій використовують частину отриманого продувального газу (3). При підігріві (200) переважно використовують частину пари (5), отриманого в самому процесі. В секції (101) каталітичного часткового окислення при короткому часі контакту вуглеводневі сполуки та/або кисневмісні сполуки реагують з окислювачем з утворенням синтез-газу (4), тобто суміші водню і монооксиду вуглецю. Кращими робочими умовами в реакторі каталітичного часткового окислення при короткому часі контакту є:

- температура на вході в діапазоні від 100 до 450°C,

- співвідношення пар/вуглець в сировину в діапазоні від 0 об. часткою до 2 про. часток, більш переважно в діапазоні від 0,2 об. часткою до 1,0 про. частки,

- співвідношення2/вуглець в сировину в діапазоні від 0,40 про. часткою до 0,70 про. часток, більш переважно в діапазоні від 0,5 об. часткою до 0,60 про. часток,

працює об'ємна швидкість 0000 год-1, а більш переважно в діапазоні від 45000 год-1до 200000 ч-1, де GHSV визначають як годинниковий об'ємний потік газоподібних реагентів, поділений на об'єм каталізатора,

- температура на виході з реактора в діапазоні від 500 до 1100°C, переважно від 650°C до 1050°C, а більш переважно в діапазоні від 750°C до 1000°C.

Реакція каталітичного часткового окислення є екзотермічною, тому переважно рекуперованих тепло, що переноситься синтез-газом, із застосуванням бойлера, який надходить вода (6) (можливо, отримана в процесі), і з якого виходить високотемпературний пар (ВТ пар або 5). Частина високотемпературного (ВТ) пара переважно використовують для:

- підігріву суміші реагентів перед секцією (101) КЧО-КВК;

- введення в цикл перегрітої пари, одержуваного в секції (102) КВГ.

Більш конкретно, що стосується парового циклу, зазначимо, що частина ВТ пари (5), одержуваного при охолодженні потоку отриманого синтез-газу (4), вводять в секцію (102) КВГ, щоб гарантувати високу ступінь перетворення монооксиду вуглецю і надати можливість утворення Н2і З2(9). Суміш, отриману після протікання реакції КВГ, охолоджують, отримуючи пар (13 і 20) низького �в, які можуть бути використані в секції (104) видалення З2. На додатковій стадії суміш Н2і З2охолоджують водою з допомогою охолоджувача (202) киплячій живильної води, а потім охолоджують у повітряному теплообміннику (203) і у водяному теплообміннику (204) перед тим, як направити її в секцію (103), в якій видаляють конденсат. Після видалення конденсатів газ (9) направляють в секцію (104) видалення діоксиду вуглецю. Секція видалення CO2переважно включає секцію промивання аміном, але вона також може включати будь-яке інше пристрій. Ця секція переважно видаляє щонайменше 98% діоксиду вуглецю, що міститься у синтез-газі. Після видалення CO2отриманий газоподібний потік містить високий відсоток Н2, переважно вище 80 об. %, але ще більш переважно вище 90 об. %; зазначений потік можна обробити в секції (105) АПД, має зменшені розміри. Зазначена секція АПД дозволяє досягти високого коефіцієнта вилучення отриманого Н2(16), вище 85 об. %, а переважно вище 90 об. %. Повне або майже повна відсутність2у потоці, який можна направити в секцію АПД, значно збільшує теплотворну здатність продувочного потоку, що позвающего або будь-якого іншого хімічного підприємства. У кращому втіленні винаходу частина продувального газу (3) використовують в якості палива для печі (200) підігріву реагентів, перед введенням в секцію КЧО-КВК. Продувний газ, відокремлений з допомогою АПД, фактично володіє відносно високою теплотворною здатністю, з величиною, що дорівнює щонайменше 16800 кДж/кг (4000 ккал/кг), переважно в діапазоні від 18900 до 29400 кДж/кг (від 4500 до 7000 ккал/кг), а ще більш переважно в діапазоні від 21000 до 25200 кДж/кг (від 5000 до 6000 ккал/кг).

ПРИКЛАД 1

В Таблиці 1 порівнюють споживання двох типових установок: встановлення парового риформінгу і установки КЧО-КВК; схеми обох установок дають змогу видаляти ЗІ2. Порівняння проведено на основі аналізу, проведеного для установок з продуктивністю 55000 м3(н. у.)/ч Н2. Приклад 1 відноситься до Фіг. 2. Питомі споживання, наведені в Таблиці 1, для парового риформінгу були оцінені з використанням даних, зазначених володарями ліцензії, у той час як для технології КЧО-КВК наведено узагальнені дані, отримані на рівні лабораторної дослідної установки. Для інших блоків в секціях гидродесульфуризации (100), КВГ (106, 205, 206, 207 і 107), АПД (105) і видалення CO2(104) також використовували деталі�і відділення кисню в установці розділення повітря не включено.

З порівняння загального та питомого споживання випливає, що технологія КЧО-КВК знаходиться в дуже вигідній ситуації порівняно з технологією ПР при наявності видалення2. Більш конкретно можна зазначити, що для технології КЧО-КВК споживання природного газу або, точніше, підведення тепла на одиницю продукту виявився майже на 4% нижче, а викиди СО2- в десять разів нижче, що дозволяє розглядати цю технологію як кращий вибір, якщо має бути організоване видалення2. Є очевидні економічні переваги, які стають ще більшими в ситуаціях, коли виникає ризик отримання2і заохочується його "ізоляція" і повторне використання.

Слід зазначити, що при ПР істотна частина2приблизно одна третина, залишається в димових газах, і його витяг створює проблеми, які важко вирішити технічно (розкладання поглинальних розчинів у присутності кисню) і які призводять до таким високим експлуатаційним витратам, що дане рішення є неприйнятним. Отже, при ПР повне видалення CO2є недосяжним, на відміну від КЧО-КВК, де весь2присутній в технологичлаждающей води та електроенергії, пов'язане з кріогенної установкою для розділення повітря і отримання чистого кисню. Споживання електроенергії для даної технології вище майже на два порядки величини. Таким чином, технологія КЧО-КВК має більшу перевагу у країнах, в яких вартість електроенергії нижче. Слід зазначити, що перевага відносно споживання є додатковим по відношенню до капітальних витрат, так як складність секції отримання синтез-газу значно знижується при переході від технології ПР до технології КЧО-КВК.

ПРИКЛАД 2

Даний приклад також відноситься до Фіг. 2. В даному прикладі порівнювали питоме споживання двох установок з продуктивністю 55000 м3(н. у.)/ч Н2, в яких застосовують технологічні схеми, що включають блоки АПД і виробляють потоки Н2більш низької чистоти. Зміст (про. %) водню, присутнього у синтез-газі, на виході з установки КЧО-КВК становить 91%, в той час як у випадку ПР воно становить 92,7%.

Питоме споживання знову оцінювали, використовуючи для парового риформінгу дані, зазначені володарями ліцензії, а для технології КЧО-КВК - узагальнені дані, отримані на рівні лабораторної дослідної установки. Потреб�/p>

Як і для Прикладу 1, схема процесу, застосовуваного в способі КЧО-КВК, має явно більше переваг у ситуації, коли заохочують "ізоляцію" і повторне використання2і в ситуаціях, коли вартість електроенергії є низькою.

Крім того, в даному випадку виражене у відсотках зниження капітальних витрат, пов'язане з зменшенням складності секції отримання синтез-газу в способі КЧО-КВК, збільшується в порівнянні зі способом ПР.

ДОДАТКОВИЙ ПРИКЛАД 1

Реагенти - метан і кисень - попередньо нагрівали в секції (200) при температурі 268°C з використанням пари, отриманого в секціях (201) і (206).

Реакція каталітичного часткового окислення при короткому часі контакту протікала в секції (101), де зазначені реагенти реагували з утворенням синтез-газу. Робочі умови в секції каталітичного часткового окислення при короткому часі контакту були наступними:

- температура на вході - 268°C,

- співвідношення пар/вуглець - 0,897 про./про.,

- співвідношення2/вуглець в сировині - 0,567 про./про.,

працює об'ємна швидкість подачі газу (GHSV) - 91772 годину-1,

- тиск на вході - 30 атм.,

- ставлення CO2/С - 0 об./про.

Сиенний синтез-газ.

В таблиці А наведений баланс по речовині реакції каталітичного часткового окислення.

ДОДАТКОВИЙ ПРИКЛАД 2

Реагенти - метан і кисень - попередньо нагрівали в секції (200) при температурі 259°C з використанням пари, отриманого в секціях (201) і (206).

Реакція каталітичного часткового окислення при короткому часі контакту протікала в секції (101), де зазначені реагенти реагували з утворенням синтез-газу. Робочі умови в секції каталітичного часткового окислення при короткому часі контакту були наступними:

- температура на вході - 259°C,

- співвідношення пар/вуглець - 0,892 про./про.,

- співвідношення2/вуглець в сировині - 0,56 про./про.,

працює об'ємна швидкість подачі газу (GHSV) - 94950 годину-1,

- тиск на вході - 30 атм.,

- ставлення CO2/З - 0,11 про./про.

Синтез-газ подавали у секцію рекуперації тепла (201), що включає бойлер, який генерує пар і охолоджує отриманий синтез-газ.

У таблиці наведено баланс по речовині реакції каталітичного часткового окислення.

ДОДАТКОВИЙ ПРИКЛАД 3

Реагенти - метан і кисень - предваритекция каталітичного часткового окислення при короткому часі контакту протікала в секції (101), де зазначені реагенти реагували з утворенням синтез-газу. Робочі умови в секції каталітичного часткового окислення при короткому часі контакту були наступними:

- температура на вході - 267°C,

- співвідношення пар/вуглець - 0,78 про./про.,

- співвідношення2/вуглець в сировині - 0,56 про./про.,

працює об'ємна швидкість подачі газу (GHSV) - 950210 годину-1,

- тиск на вході - 30 атм.,

- ставлення З2/З - 0,22 про./про.

Синтез-газ подавали у секцію рекуперації тепла (201), що включає бойлер, який генерує пар і охолоджує отриманий синтез-газ.

У таблиці наведено баланс по речовині реакції каталітичного часткового окислення.

1. Спосіб отримання водню виходячи з реагентів, що включають рідкі вуглеводні, газоподібні вуглеводні та/або кисневмісні сполуки, у тому числі отримані з біомаси, та їх суміші, в якому газоподібні вуглеводні вибирають з газоподібних вуглеводнів, які включають природний газ, зріджений нафтовий газ, потоки газоподібних вуглеводнів, що поступають з технологічних процесів нафтопереробних та/або будь-яких хімічних підприємств, і їх сумішей, в якому рідкі углеводородцикловие газойлі, деасфальтизированние нафти та їх суміші, і в якому кисневмісні сполуки вибирають з гліцерину, тригліцеридів, вуглеводів, метанолу, етанолу та їх сумішей, що відрізняється тим, що він включає:
- секцію підігріву реагентів при температурі в діапазоні від 100 до 500°C, де частина отриманого в процесі пари використовують для підігріву суміші реагентів перед секцією отримання синтез-газу,
- секцію каталітичного часткового окислення при короткому часі контакту, в якій зазначені реагенти реагують з окислювачем, що включають кисень, повітря або збагачене киснем повітря, з отриманням синтез-газу, причому робочі умови в секції каталітичного часткового окислення при короткому часі контакту є наступними:
- температура на вході в діапазоні від 100 до 450°C,
- співвідношення пар/вуглець в сировину в діапазоні від 0 об. часткою до 2 про. часток,
- співвідношення2/вуглець в сировину в діапазоні від 0,40 про. часткою до 0,70 про. часток,
працює об'ємна швидкість подачі газу (GHSV) в діапазоні від 10000 год-1до 500000 ч-1, де GHSV визначають як годинниковий об'ємний потік газоподібних реагентів, поділений на об'єм каталізатора,
- температура на виході з реактора в діапазоні від 500°C до 1100°C;
- �з-газ,
- секцію перетворення монооксиду вуглецю, що міститься в синтез-газ, діоксид вуглецю допомогою реакції конверсії водяного газу,
- секцію видалення діоксиду вуглецю, що міститься в потоці, отриманому в секції перетворення монооксиду вуглецю,
- секцію охолодження і видалення конденсату, отриманого в секції перетворення монооксиду вуглецю.

2. Спосіб за п. 1, в якому робочі умови в секції каталітичного часткового окислення при короткому часі контакту є наступними:
- співвідношення пар/вуглець в сировину в діапазоні від 0,2 об. часток до 1 об. частки,
- співвідношення2/вуглець в сировину в діапазоні від 0,5 об. часткою до 0,60 про. часток,
працює об'ємна швидкість подачі газу (GHSV) в діапазоні від 30000 год-1до 250000 год-1,
- температура на виході з реактора в діапазоні від 650°C до 1050°C.

3. Спосіб за п. 2, в якому робочі умови в секції каталітичного часткового окислення при короткому часі контакту є наступними:
працює об'ємна швидкість подачі газу (GHSV) в діапазоні від 45000 год-1до 200000 ч-1;
- температура на виході з реактора в діапазоні від 750°C до 1000°C.

4. Спосіб за п. 1, що включає секцію очищення отриманого водню з допомогою адсорбци�Спосіб за п. 4, в якому продувний газ, що виходить з секції адсорбції з перепадом тиску, повторно використовують у процесі горіння та/або його вводять в систему подачі палива нафтопереробного підприємства або будь-якого іншого хімічного підприємства.

6. Спосіб за п. 1, що включає секцію гидродесульфуризации реагентів.

7. Спосіб за п. 1, в якому видалення діоксиду вуглецю в секції видалення діоксиду вуглецю здійснюють із застосуванням розчину аміна в якості промивного розчинника.

8. Спосіб за п. 7, в якому частина отриманого в процесі пари використовують для регенерації зазначеного розчину аміна, що призводить до випуску концентрованого потоку діоксиду вуглецю.

9. Спосіб за п. 1, в якому частина отриманого в процесі пари використовують для введення в суміш реагентів на вході в секцію перетворення монооксиду вуглецю.

10. Спосіб за п. 1, в якому діоксид вуглецю, вилучений з потоку, що виходить з секції конверсії водяного газу, що має концентрацію щонайменше 98 про. %.

11. Спосіб за п. 1, в якому після видалення З2отриманий газоподібний потік містить Н2в концентрації більше 80 об. %.

12. Спосіб за п. 11, в якому після видалення З2отриманий газоо перепадом тиску надає можливість вилучення обсягу Н2з концентрацією понад 85 об. %.

14. Спосіб за п. 13, в якому секція адсорбції з перепадом тиску надає можливість вилучення обсягу Н2з концентрацією понад 90 об. %.

15. Спосіб за п. 4, в якому продувний газ, що виходить з секції адсорбції з перепадом тиску, має теплотворною здатністю щонайменше 16800 кДж/кг (4000 ккал/кг).

16. Спосіб за п. 15, в якому продувний газ має теплотворну здатність в діапазоні від 18900 до 29400 кДж/кг (від 4500 до 7000 ккал/кг).

17. Спосіб за п. 16, в якому продувний газ має теплотворну здатність в діапазоні від 21000 до 25200 кДж/кг (від 5000 до 6000 ккал/кг).



 

Схожі патенти:

Медьхромцинковий каталізатор для гетерогенних реакцій

Винахід відноситься до хімічної промисловості, а саме до вдосконалення промислового медьхромцинкового каталізатора для низькотемпературної конверсії оксиду вуглецю і розширення області його застосування для інших процесів. Заявлений медьхромцинковий каталізатор для гетерогенних реакцій, що включає оксиди міді, хрому, цинку, алюмінію і додатковий компонент. Каталізатор містить в якості додаткового компонента з'єднання кремнію в перерахунку на оксид 0,5-5 мас.%, і сформований в процесі термообробки гідроксиду алюмінію спільно з сполуками вищеназваних компонентів, і має пористу структуру з загальним питомим об'ємом пір не менше 0,25 см3/г і часткою мезопор діаметром 10-40 нм більше 60%, і каталізатор має в перерахунку на оксиди наступний склад, мас.%: CuO 50,0-57,0; Cr2O3 11,0-16,0; ZnO 9,5-13,0; SiO2 0,5-5,0; оксид алюмінію - інше. Технічним результатом запропонованого винаходу є створення медьхромцинкового каталізатора, що володіє підвищеною міцністю, термостабільність і можливість його використання в різних хімічних процесах. 5 з.п. ф-ли, 2 табл., 8 пр.
Винаходи можуть бути використані при отриманні вуглеводнів з природного або попутного нафтового газу. Спосіб очищення від оксигенатів реакційної води, що утворюється на стадії синтезу вуглеводнів із синтез-газу в процесі GTL, включає конверсію хоча б частини містяться в ній оксигенатів в умовах загартування синтез-газу хоча б частиною реакційної води при температурі вище 500°С при контакті з каталізатором парової конверсії оксигенатів. Подальше охолодження синтез-газу до температури нижче 400°С здійснюють уприскуванням очищеної води в потік синтез-газу. Спосіб використання реакційної води, що утворюється на стадії синтезу вуглеводнів із синтез-газу в процесі GTL, включає її очищення від оксигенатів в умовах загартування синтез-газу при температурі вище 500°С при контакті з каталізатором парової конверсії оксигенатів, дегазацію очищеної води. Очищену дегазированную воду використовують для охолодження синтез-газу до температури нижче 400°С і для одержання водяної пари. Винаходи забезпечують ефективну очистку реакційної води від оксигенатів та використання отриманої очищеної води в якості живильної води для котлів і для виробництва водяної пари. 2 н. і 2 з.п. ф-ли.

Система контрольованої вироблення водню на місці за необхідності за допомогою вторинного рідкого металевого реагенту і спосіб, використаний у системі

Винахід відноситься до системи вироблення водню і способу керованої вироблення водню. Спосіб полягає в реакції металевого реактиву, відібраного серед лужних металів, рідкісноземельних металів, сплавів та сумішей, які складаються з лужних металів, рідкісноземельних металів, сплавів, що складаються, як мінімум, з одного лужного металу, і як мінімум, одного лужноземельних металів, з водою для одержання водню і залишкового продукту реакції у вигляді гідроксиду металу, відібраного серед гідроксидів лужних і лужноземельних гідроксидів, при цьому здійснюють зрідження металевого реактиву шляхом нагрівання у вакуумі, подачу рідкого металевого реактиву в гомогенний реактор видавлюванням за допомогою засобів подачі і одночасну подачу води для підтримки стехіометричного співвідношення води у відповідності з кількістю рідкого металевого реактиву, транспортування водню і залишкового продукту з реактора в засоби розділення, поділ водню і залишкового продукту реакції, транспортування відокремленого водню в приймач водню, транспортування залишкового продукту реакції в приймач гідроксиду металу і запобігання попадани�одорода шляхом вибіркового застосування вакууму. 2 н. і 20 з.п. ф-ли, 5 іл., 4 табл.

Медьцинковий каталізатор для низькотемпературної конверсії оксиду вуглецю водяною парою

Винахід відноситься до хімічної промисловості, а саме до вдосконалення промислового медьцинкового каталізатора для низькотемпературної конверсії оксиду вуглецю. Запропоновано медьцинковий каталізатор, що містить оксиди міді, цинку, алюмінію і додаткове з'єднання кремнію. Каталізатор містить з'єднання кремнію в перерахунку на оксид 0,5-5,0 мас.%, змішане з оксидів міді і цинку. Каталізатор сформований у процесі термообробки гідроксиду алюмінію спільно з сполуками вищеназваних компонентів і має пористу структуру з загальним питомим об'ємом пір не менше 0,25 см3/г і часткою мезопор діаметром 10-40 нм більше 60%, і каталізатор має в перерахунку на оксиди наступний склад, мас.%: CuO - 40,0-55,0; ZnO - 24,0-35,0; SiO2 - 0,5-5,0; AlO3 - інше. Технічним результатом запропонованого винаходу є створення медьцинкового каталізатора, володіє підвищеною міцністю і термостабільність. 4 з.п. ф-ли, 3 табл., 8 пр.

Спосіб отримання синтез-газу

Винахід відноситься до процесу отримання синтез-газу шляхом конверсії вуглеводнів, а саме до процесів окисної конверсії. Синтез-газ отримують при горінні суміші вуглеводневої сировини з окислювачем c коефіцієнтом надлишку окислювача менше 1 при температурі менше 1400 К усередині порожнини, повністю або частково утвореної об'ємної матрицею, проникною для суміші газу з окислювачем. Введення суміші вуглеводневої сировини з окислювачем виробляють через проникне дно порожнини, або через проникні стінки порожнини, або через проникні стінки і дно порожнини, а виведення продуктів горіння - через верхнє розтин порожнини. Суміш вуглеводневої сировини з окислювачем або один з цих газів в повному обсязі або частково перед введенням в порожнину нагрівають за рахунок тепла, що виділяється продуктами горіння. Матрицю додатково підігрівають тепловим випромінюванням, відбитим від проникного для продуктів горіння екрану, розміщеного в порожнини матриці. Технічний результат полягає в підвищенні ефективності за рахунок збільшення виходу синтез-газу при використанні для конверсії вуглеводневих сумішей з високим вмістом негорючих компонентів, що мають низьку теплотворну здатність. 1 з.п. ф-ли, 7

Спосіб одержання олефінів

Даний винахід відноситься до способу одержання олефінів, що включає: а) паровий крекінг включає етан сировини в зону крекінгу і в умовах крекінгу з отриманням виходить із зони крекінгу потоку, що включає щонайменше олефіни і водень; b) конверсію оксигенированного сировини в зоні конверсії оксигенату-в-олефіни в присутності каталізатора з отриманням виходить із зони оксигенату-в-олефіни (ОТО) потоку щонайменше з олефінів і водню; c) об'єднання щонайменше частині виходить із зони крекінгу потоку та частині виходить із зони ВІД потоку з отриманням об'єднаного вихідного потоку; і d) відділення водню від об'єднаного вихідного потоку, причому утворюється щонайменше частина оксигенированного сировини за рахунок подачі водню, отриманого на стадії d), та сировини, що містить оксид вуглецю та/або діоксид вуглецю, в зону синтезу оксигенатів та отримання оксигенатів. Винахід відноситься до об'єднаної системи для здійснення пропонованого способу. Пропоноване винахід дозволяє отримати цільові продукти вдосконаленим об'єднаним способом крекінгу етану і ВІД технології. 2 н. і 6 з.п. ф-ли, 1 іл., 5 табл., 1 пр.

Спосіб виробництва водню з високим вмістом відведеного пара

Винахід відноситься до способу виробництва водородсодержащего продукту і парового продукту і може бути використане для виробництва підвищених кількостей відведеного пара. Спосіб включає введення сировинної газової суміші всередину безлічі містять каталізатор труб в риформінг-печі, здійснення реакції риформінгу для освіти риформата, що містить H2, CO, CH4 та Н2О, виведення риформата, спалювання палива з нагрітим газом-окислювачем в блоці камери згоряння риформінг-печі, для отримання газоподібного продукту згоряння та вироблення тепла з метою енергопостачання реагування сировинної газової суміші всередині труб, виведення продукту згоряння, нагрівання газу-окислювача шляхом теплообміну з продуктом згоряння, з отриманням нагрітого газу-окислювача, охолодження продукту згоряння, нагрівання першого живлячої потоку води шляхом теплообміну з продуктом згоряння, охолоджуючи продукт згоряння, причому перед цим з продукту згоряння витягують тепло для нагрівання газу-окислювача, нагрівання другого живильного потоку води шляхом теплообміну з риформатом, подання першого і другого живлять потоків води в деаератор, відділення розчинених газів від потоків в деаераторі, виведення вентиляционго продукту з риформата після того, як риформат нагрів другий живить потік води, і освіта парового продукту з частини потоку живильної котел води. 16 з.п. ф-ли, 3 іл.

Реактор для парціального окислення вуглеводневих газів

Винахід відноситься до реактора для парціального окиснення вуглеводневої сировини. Реактор включає зовнішній корпус зі засобом виведення продуктів реакції з реактора і з хоча б одним засобом введення сировини чи компонентів сировини в розміщену всередині реактора з зазором із зовнішнім корпусом катализаторную гільзу, заповнену каталізатором і включає засоби виведення продуктів з її нижньої частини. При цьому катализаторной гільза забезпечена сорочкою, що примикає хоча б до частини циліндричної стінки катализаторной гільзи, яка в області примикання сорочки виконана з наскрізними отворами, реактор забезпечений засобом введення в сорочку хладоагента, охолоджуючого катализаторную гільзу і через отвори в її циліндричної стінки надходить в катализаторную гільзу. Технічним результатом заявленого винаходу є зниження температури стінки катализаторной гільзи до 1000°C і нижче, а також зниження корозії матеріалу катализаторной гільзи. 5 з.п. ф-ли, 2 іл.

Спосіб і система для подачі теплової енергії і експлуатує її установка

Винахід відноситься до подачі теплової енергії і може бути використане в хімічній промисловості і газифікації. Спосіб подачі теплової енергії у систему термообробки (104) сировини включає: газифікацію сухої сировини в першому реакторі (106) потоком газифікують газу (FGG) з отриманням першого газового потоку (PFG); окислення у другому реакторі (108) з отриманням другого газового потоку (DFG); активацію в третьому реакторі носіїв кисню з отриманням надлишку теплової енергії; подачу частини теплової енергії зазначеного другого газового потоку (DFG) та/або надлишкового тепла з активації носіїв кисню в систему (104) термообробки сировини; і підвищення температури потоку газифікують газу (FGG) щонайменше однієї частиною надлишкового тепла з активації носіїв кисню для підвищення температури зазначеного потоку газифікують газу (FGG) до температури газифікації. Винахід дозволяє знизити енергоспоживання, негативний вплив на навколишнє середовище, а також виключити безперервне зовнішнє постачання. 4 н. і 14 з.п. ф-ли, 2 іл.

Генератор водню

Винахід відноситься до енергетичного устаткування і може бути використане для одержання водню як в стаціонарних установках, так і на транспорті. Генератор водню містить реакційний посудину, магістраль подачі водного розчину їдкого натру, магістраль видачі водню, а також контейнер з твердим реагентом - алюмінієм. Реакційний посудину виконаний проточним. Генератор оснащений магістраллю подачі водної суспензії з твердим реагентом - алюмінієм, змішувальним пристроєм у вигляді тангенціальних вводів в реакційний посудину на магістралях подачі водного розчину їдкого натру і подачі водної суспензії з твердим реагентом - алюмінієм, кільцеподібним фільтром і магістраллю виведення водного розчину продуктів гідролізу, які встановлені в нижній частині реакційного судини. Винахід дозволяє підвищити якість виробничого процесу і знизити експлуатаційні витрати. 1 іл.
Up!