RU2548410C2 - Способ и устройство для получения синтез-газа - Google Patents

Способ и устройство для получения синтез-газа Download PDF

Info

Publication number
RU2548410C2
RU2548410C2 RU2013138470/05A RU2013138470A RU2548410C2 RU 2548410 C2 RU2548410 C2 RU 2548410C2 RU 2013138470/05 A RU2013138470/05 A RU 2013138470/05A RU 2013138470 A RU2013138470 A RU 2013138470A RU 2548410 C2 RU2548410 C2 RU 2548410C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
catalyst
chemicals
methane
zone
plasmatron
Prior art date
Application number
RU2013138470/05A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2013138470A (ru
Inventor
Сергей Александрович Вощинин
Арсений Валерьевич Артемов
Юрий Андреевич Крутяков
Александр Васильевич Переславцев
Алексей Александрович Кудринский
Владимир Анатольевич Бульба
Игорь Иванович Острый
Дмитрий Анатольевич Павловский
Original Assignee
Сергей Александрович Вощинин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Александрович Вощинин filed Critical Сергей Александрович Вощинин
Publication of RU2013138470A publication Critical patent/RU2013138470A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2548410C2 publication Critical patent/RU2548410C2/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/342—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents with the aid of electrical means, electromagnetic or mechanical vibrations, or particle radiations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/087—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B01J19/088—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0207—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly horizontal
    • B01J8/0214—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly horizontal in a cylindrical annular shaped bed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/382—Multi-step processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00477—Controlling the temperature by thermal insulation means
    • B01J2208/00495—Controlling the temperature by thermal insulation means using insulating materials or refractories
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00504—Controlling the temperature by means of a burner
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0871—Heating or cooling of the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0873—Materials to be treated
    • B01J2219/0875—Gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0894—Processes carried out in the presence of a plasma

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к области переработки углеводородного сырья (CH4) - к способу и устройству (реактору) для получения синтез-газа. Способ получения синтез-газа путем каталитического превращения метана посредством пропускания реагентов через неподвижный слой катализатора, в качестве неподвижного слоя катализатора используют кольцевой слой катализатора, в котором реагенты пропускают от внутренней к наружной поверхности кольцевого слоя катализатора, в качестве реагентов используют смесь метана с газообразными реагентами, дополнительно содержащую продукты плазмохимического распада газообразных реагентов или их смеси, тепловой режим процесса обеспечивают путем смешивания продуктов плазмохимического распада со смесью метана с газообразными реагентами, а, по крайней мере, часть реагентов подают непосредственно в плазмохимическую зону. При этом в качестве газообразных реагентов используют углекислый газ или водяной пар или кислород. Реактор для получения синтез-газа путем каталитического превращения метана, включающий неподвижный слой катализатора и устройство нагрева реагентов и катализатора, слой катализатора выполнен в форме кольца, в котором движение реагентов осуществляется от внутренней к наружной поверхности кольцевого слоя катализатора, устройство нагрева реагентов и катализатора выполнено в виде плазматрона, потребляющего рабочий газ и расположенного в центральной части реактора в плазмохимической зоне, имеющей огнеупорную термоизоляцию, между плазмохимической зоной и слоем катализатора расположена буферная зона, в которой происходит перемешивание реагентов и продуктов плазмохимического распада рабочего газа плазматрона. Кроме того, плазматрон может быть выполнен с возможностью перемещения в плазмохимической зоне. Изобретение позволяет увеличить производительность процесса получения синтез-газа и снизить теплопотери в окружающую среду. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 5 пр.

Description

Область техники
Настоящая группа изобретений относится к области переработки углеводородного сырья (СН4) - к способу и устройству (реактору) для получения синтез-газа. Синтез-газ (СО+Н2) используется в процессах синтеза метанола, диметилового эфира, получения углеводородов методом Фишера-Тропша и др.
Предшествующий уровень техники
Основные методы получения синтез-газа основываются на окислительной конверсии метана:
- паровом риформинге метана (ПРМ):
СН+Н2О=СО+3Н2 ΔН=+206 кДж/моль
- парциальном окислении метана (ПОМ) кислородом:
СН4+½О2=СО+2Н2 ΔН=-35,6 кДж/моль
- углекислотном риформинге метана (УРМ):
СН4+CO2=2СО+2Н2 ΔН=+247 кДж/моль
По крайней мере, два из перечисленных процессов: паровой риформинг и углекислотный риформинг требуют значительных энергозатрат в силу эндотермичности протекания. Для получения синтез-газа перечисленными методами в промышленности используется практически лишь метод парового риформинга метана. Процесс проводят на нанесенном Ni-катализаторе при высокой температуре (700-900°C). Кроме того, все перечисленные выше процессы протекают с увеличением давления (при постоянном объеме). Поэтому, организация оптимального теплообмена и стабилизация давления в слое катализатора являются одной из актуальных задач разработки новых способов и конструкций реакторов для этих процессов.
Из уровня техники известен способ получения синтез-газа углекислотным риформингом метана в проточном реакторе, описанный в патенте RU 2325219, опубликованном 27.05.2008, в котором при температуре 1073 K, давлении 1 атм на насыпной каталитической системе Ni/Al2O3 удается достичь конверсии метана и СО2 около 96% при соотношении Н2:СО около 0,96. Существенным недостатком данного процесса является быстрая дезактивация катализатора из-за высокой доли процессов коксообразования.
Известен также способ получения синтез-газа углекислым риформингом метана на пористом керамическом каталитическом модуле (ПККМ), раскрытый в патенте RU 2325219, опубликованном 27.05.2008, который представляет собой продукт термического синтеза уплотненной методом вибропрессования высокодисперсной экзотермической смеси никеля и алюминия. ПККМ содержаний (% масс.): Ni - 56-96; Al 4-44. ПККМ может дополнительно содержать карбид титана в количестве 20% масс. по отношению к массе модуля, а также каталитическое покрытие, включающее La и MgO или Се и MgO, или La, Се и MgO, или ZrO2, Y2O3 и MgO, или Pt и MgO, или W2O5 и MgO в количестве 0,002-6 масс. % по отношению к массе модуля. Синтез-газ получают путем конверсии смеси метана и углекислого газа при температуре 450-700°C и давлении 1-10 атмосфер в фильтрационном режиме на ПККМ при скорости подачи метана и углекислого газа через модуль 500-5000 ч-1. Недостатком данного способа является повышенное коксообразование, которое достигает 79,5%.
Наиболее близким к заявленному способу является описанный в опубликованном 27.03.2009 патенте RU 2350386 способ получения синтез-газа в процессах парциального окисления метана, парового риформинга метана и углекислотного риформинга метана путем пропускания реагентов через неподвижный слой катализатора при температуре 800-1200°C, давлении 1-7 бар и объемной скорости пропускания реагентов 5000-15000 ч-1.
По прототипу процесс проводят следующим образом. Парциальное окисление метана кислородом проводят при температуре 600-850°C и объемной скорости 5000 ч-1. Состав реакционной смеси на входе в реактор (% об.): СН4 - 20; О2 - 10; Ar - 70. В качестве катализатора используют Ni/Al2O3, промотированный соединениями U. Наилучшими достигнутыми результатами являются:
конверсия метана, % 94
выход H2, % 93
выход СО, % 93
Паровой риформинг метана проводят при температуре 600-850°C и объемной скорости 6300 ч-1. Состав реакционной смеси на входе в реактор (% об.): CH4 - 15; Н2О - 45; Ar - 40. В качестве катализатора используют Ni/Al2O3, промотированный соединениями U. Наилучшими достигнутыми результатами являются:
конверсия метана, % 80
выход H2, % 42
выход Со, % 27
Углекислотный риформинг метана проводят при 850°C и объемной скорости 5000 ч-1. Состав реакционной смеси на входе в реактор (% об.): CH4 - 20; CO2 - 20; Ar - 60. В качестве катализатора используют Ni/Al2O3, промотированный соединениями U. В этих условиях удается достичь конверсии метана и СО2 около 95% при соотношении Н2:СО около 0,95. Модификация катализатора соединениями урана значительно снижает коксообразование: выход углерода составляет всего лишь 0,4% против 14% с использованием не модифицированного Ni/Al2O3 - катализатора.
Недостатком прототипа является низкая производительность описанных в нем способов, обусловленная тем, что процесс протекает в режиме фильтрования, обеспеченного керамической каталитической мембраной.
Из уровня техники известны различные устройства для получения синтез-газа, конструктивные особенности которых обусловлены, прежде всего, способом подвода тепла в каталитических реакторах с протеканием эндотермических реакций, среди которых выделяют два основных способа:
1) подвод тела от внешних источников;
2) подвод тепла за счет экзотермических реакций, протекающих в самой реакционной системе (т.н. «внутренний обогрев»).
Риформинг с «внутренним обогревом» получил название автотермического риформинга (АТР). Обычно он реализуется за счет внутреннего сгорания части технологического газа. В качестве окислителя в схемах АТР используют кислород, а не воздух, чтобы исключить вредное влияние азота и инертных газов. Этот вид риформинга в настоящее время считается одним из наиболее эффективных по стоимости и действенности среди способов производств синтез-газа. В АТР легкое углеводородное сырье с добавлением водяного пара реагирует с околостехиометрическим количеством кислорода с получением синтез-газа. Из уровня техники известен, например, работающий под давлением реактор АТР, описанный в патенте RU 2345948, опубликованном 20.03.2010, который состоит из горелки, камеры сгорания и слоя катализатора в обложенном огнеупором кожухе. Аналогичное решение предложено в патенте RU 2342318, опубликованном 27.12.2008.
Реактор с внешним обогревом раскрыт в патентах: RU 2354607, опубликованном 10.05.2009, и RU 2354608, опубликованном 10.05.2009. В этих патентах процесс риформинга протекает в трех различных устройствах - адиабатической установке предварительного риформинга, структурированных каталитических элементах с катализаторами риформинга с водяным паром и в трубчатой риформинг-установке с огневым обогревом. Аналогичные технические решения предложены фирмами Лурги и One Synergy, в которых паровой риформинг предусматривает нагрев каталитической зоны путем конвекции продуктов сгорания. В результате процесса предриформинга удаляются следы высших углеводородов, которые могут присутствовать в природном газе.
Из уровня техники известен реактор, описанный в патенте RU 921621, опубликованном 23.04.1982, в котором катализатор размещен в прямоугольных кассетах с верхними открытыми торцами, закрепленными в горизонтальной перегородке и снабженные съемными решетками, размещенными на их нижних торцах.
Кроме того, по патенту RU 1431825, опубликованному 23.10.1988, известен конверсионный элемент, в котором для интенсификации внешнего теплообмена, подводимого к трубкам, содержащим катализатор, внешняя поверхность трубок выполнена в виде гофров. Гофры поверхности выполняют функции радиального оребрения и обеспечивают интенсификацию процессов теплообмена со стороны греющего теплоносителя.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявленному устройству является реактор, описанный в патенте RU 2350386, опубликованном 27.03.2009, представляющем собой цилиндр из термостойкого материала (кварц) с расположенным внутри неподвижным слоем катализатора. Цилиндр помещают в трубчатую печь и нагревают до температуры реакции.
Недостатком данного устройства являются его большие теплопотери в окружающую среду, связанные с внешним расположением зоны теплоподвода по отношению к реакционной каталитической зоне. Постоянство элементарного объема катализатора по отношению к готовому потоку реагентов приводит к возрастанию давления в этом элементарном объеме и снижению скорости химических реакций.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленной группы изобретений, является увеличение производительности процесса получения синтез-газа и снижение теплопотерь в окружающую среду.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе получения синтез-газа путем каталитического превращения метана посредством пропускания реагентов через неподвижный слой катализатора, в качестве неподвижного слоя катализатора используют кольцевой слой катализатора, в котором реагенты пропускают от внутренней к наружной поверхности кольцевого слоя катализатора, в качестве реагентов используют смесь метана с газообразными реагентами, дополнительно содержащую продукты плазмохимического распада газообразных реагентов или их смеси, тепловой режим процесса обеспечивают путем смешивания продуктов плазмохимического распада со смесью метана с газообразными реагентами, а, по крайней мере, часть реагентов подают непосредственно в плазмохимическую зону. При этом в качестве газообразных реагентов используют углекислый газ или водяной пар или кислород.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в реакторе для получения синтез-газа путем каталитического превращения метана, включающем неподвижный слой катализатора и устройство нагрева реагентов и катализатора, слой катализатора выполнен в форме кольца, в котором движение реагентов осуществляется от внутренней к наружной поверхности кольцевого слоя катализатора, устройство нагрева реагентов и катализатора выполнено в виде плазматрона, потребляющего рабочий газ и расположенного в центральной части реактора в плазмохимической зоне, имеющей огнеупорную термоизоляцию, между плазмохимической зоной и слоем катализатора расположена буферная зона, в которой происходит перемешивание реагентов и продуктов плазмохимического распада рабочего газа плазматрона. Кроме того, плазматрон может быть выполнен с возможностью перемещения в плазмохимической зоне.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлена принципиальная схема реактора, в котором реализуется способ получения синтез-газа.
Реактор представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, в центральной части которого находится плазмохимическая зона (1). В этой зоне с помощью плазмотрона (2) происходит плазмохимическое превращение газообразного рабочего тела плазмотрона (ГРТП), вводимого в плазмотрон через штуцер (3).
Газообразным рабочим телом плазматрона может быть:
1) углекислый газ при проведении углекислого риформинга метана (УРМ);
2) водяной пар при проведении парового риформинга метана (ПРМ);
3) кислород при проведении парциального окисления метана (ПОМ);
4) смесь всех перечисленных газов с добавками инертных компонентов (например, таких как азот, аргон и др.).
Через другой штуцер (4) в плазмотрон вводится охлаждающая жидкость. Плазматрон (2) может перемещаться в плазмохимической зоне (1) с помощью устройства (5). Температура в плазмохимической зоне достигает 5000-7000°C. Плазмохимическая зона ограничена термоизоляционной кольцевой перегородкой (6), выполненной из тугоплавкого материала (керамика). Вверху плазмохимической зоны располагается отражательная перегородка (7), которая также выполнена из тугоплавкого материала. Продукты превращения газообразного рабочего тела, имеющие высокую температуру, из плазмохимической зоны (1) через зазор между термоизоляционной кольцевой перегородкой (6) и отражательной перегородкой (7) попадают в кольцевую буферную зону (8), где смешиваются с исходными реагентами и нагревает их до температуры 800-1200°C. Нагрев полученной реагентной смеси происходит также за счет ее контакта с термоизоляционной кольцевой перегородкой. Исходные реагенты подают в кольцевую буферную зону (8) по центральному газоходу (9). Устройство (5) предусматривает возможность ввода (на рисунке не показано) в плазмохимическую зону (1) по крайней мере части сырьевого потока, направляемого в буферную зону (8) по центральному газоходу (9). Ввод части сырьевого потока в плазмохимическую зону (1) через устройство (5) обеспечивает эффективное перемешивание реагентов с продуктами из факела плазмотрона, обеспечивает снижение температуры в плазмохимической зоне и возможность ее регулирования, защищает термоизоляционную кольцевую перегородку (6) от прямого воздействия плазмы и горячих газов факела плазмотрона.
Реагентная смесь, полученная в кольцевой буферной зоне (8) при температуре 800-1200°C, проходит через неподвижный кольцевой слой катализатора (10). Направление движения реагентной смеси в кольцевом слое катализатора - от частиц катализатора, расположенных ближе к центру кольца, к частицам катализатора, расположенных на периферии кольца. Объемная скорость пропускания реагентов через неподвижный кольцевой слой катализатора (10) равна 5000-15000 ч-1 и во многом зависит от необходимости достижения требуемой температуры в кольцевой буферной зоне (8). Из неподвижного кольцевого слоя катализатора продукты реакции поступают в продуктовый газоход (11), кольцевая форма которого к верху реактора переходит в трубную форму. Реактор имеет рубашку (13), в которую через штуцер (14) подают, а через штуцер (15) выводят теплоноситель. Выгрузку катализатора осуществляют через кольцевую крышку (16).
Загрузку катализатора осуществляют следующим образом. Разбирают фланцевые соединения по линии (Б), разбирают фланцевое соединение по линии (В), разбирают фланцевое соединение по линии (Г), снимают кольцевую крышку катализаторного слоя (17). Для крепления реактор имеет опоры (18). Нижеследующие примеры иллюстрируют данный способ.
Варианты осуществления изобретений
Пример 1. Процесс углекислотного риформинга метана проводят в реакторе, описанном выше. В качестве газообразного рабочего тела плазматрона используют диоксид углерода. Процесс проводят при температуре 900°C, давлении 1 бар и объемной скорости 10000 ч-1. В качестве катализатора используют Ni/Al2O3. Состав реакционной смеси (% объемн.): метан - 20; диоксид углерода - 20; аргон - 60. По завершении процесса выход Н2 составляет 47%, выход СО - 51%, конверсия метана - 98%.
Пример 2. Процесс парового риформинга метана проводят в реакторе, описанном выше. В качестве газообразного рабочего тела плазматрона используют смесь водяных паров и диоксида углерода. Процесс проводят при температуре 1000°C, давлении 7 бар и объемной скорости 1000 ч-1. В качестве катализатора используют Ni/Al2O3. Состав реакционной смеси (% объемн.): метан - 30; диоксид углерода - 60; аргон - 10. По завершении процесса выход Н2 составляет 60%, выход СО - 25%, конверсия метана - 95%.
Пример 3. Процесс парциального окисления метана проводят в реакторе, описанном выше. В качестве газообразного рабочего тела плазматрона используют смесь диоксида углерода и кислорода. Процесс проводят при температуре 1000°C, давлении 7 бар и объемной скорости 1000 ч-1. В качестве катализатора используют Ni/Al2O3. Состав реакционной смеси (% объемн.): метан - 40; диоксид углерода - 30; аргон - 30. По завершении процесса выход Н2 составляет 95%, выход СО - 93%, конверсия метана - 96%.
Как видно из приведенных примеров, проведение процесса по предлагаемому способу в описанном выше реакторе позволяет увеличить конверсию метана, выход Н2 и СО. Это позволяет значительно повысить производительность процесса. Помимо увеличения производительности процесса способ позволяет значительно снизить теплопотери за счет расположения источника тепла (плазматрона) в центре реактора (в отличие от периферийного расположения источника тепла в прототипе). Увеличение производительности процесса связано, в том числе, с организацией прохождения реакционной смеси в слое катализатора: направление движения от центра к периферии приводит к увеличению объема (снижению давления) в элементарном слое катализатора, что способствует протеканию процесса в сторону продукта реакции - синтез-газа. Увеличение производительности процесса достигается также за счет вовлечения в зону реакции продуктов плазмохимического превращения рабочего газа плазматрона, которые инициируют протекание процесса в сторону образования основных продуктов реакции.
Пример 4. Полученный синтез-газ используют для получения дизельного топлива методом Фишера-Тропша. Проведенные для процесса углекислотного риформинга метана укрупненные расчеты с учетом последующего превращения синтез-газа в дизельное топливо дают следующие основные результаты:
1) электрическая мощность плазматрона, кВт 600,00
2) потребляемая электроэнергия, МВт·ч/год 5382,00
3) эксплуатационные расходы, тыс. руб./год 4949,70
(включая стоимость эл. энергии и CO2)  
4) затраты на природный газ, тыс. руб/год 6728,40
5) тепловая мощность плазмотрона, М кал/ч 576,30
6) теплоемкость природного газа, ккал/кг/град 0,94
7) теплоемкость CO2, ккал/кг/град 0,27
8) температура в реакторе, °C 1200,00
9) расход CO2 на 1 кг природного газа, кг 2,75
10) поток CO2 через плазматрон, кг/ч 955,60
11) поток природного газа, кг/ч 267,90
12) поток CO2, кг/ч 687,70
13) поток синтез-газа, кг/ч 1004,60
14) поток остаточного СО, кг/ч 502,30
15) калорийность остаточного СО, ккал/ч 1213363,50
16) количество получаемого дизельного топлива, тонн/год 1452,10
17) выручка от продаж дизельного топлива, тыс. руб/год 19893,10
18) чистая прибыль, тыс. руб./год 8215,00
Пример 5. Полученный синтез-газ используют для получения дизельного топлива методом Фишера-Тропша. Проведенные для процесса углекислотного риформинга метана укрупненные расчеты с учетом последующего превращения синтез-газа в дизельное топливо дают следующие основные результаты:
1) электрическая мощность плазматрона, кВт 600,0
2) потребляемая электроэнергия, МВт·ч/год 5256,0
3) поток синтез-газа, кг/час 886
4) средняя температура в реакторе, °C 1200
5) поток CO2 через плазматрон, кг/ч 100,00
кмоль/ч 2,27
нм3/ч 50,91
6) поток смеси природного газа и CO2, кг/ч 783,03
7) расход природного газа, кг/ч 236,27
8) расход природного газа, нм3/ч 330,78
9) расход природного газа, нм3/год 2897662
10) расход CO2, кг/ч 549,75
11) поток синтез-газа, кг/ч 886,03
12) соотношение СО:Н2=1:1 1:1
13) поток остаточного СО, кг/ч 443,01
14) калорийность остаточного СО, ккал/ч 1070146,36
15) калорийность остаточного СО, МВт 1,24
16) затраты на природный газ, тыс. руб/год 5795,32
17) тепловая мощность плазматрона, Мкал/ч 516,25
18) теплоемкость природного газа, ккал/кг/°C 0,94
19) теплоемкость CO2, ккал/кг 0,27
20) расход CO2 на 1 кг природного газа, кг 2,75
21) количество получаемого дизельного топлива, кг/ч 146,19
т/сутки 3,51
т/год 1280,66
22) цена дизельного топлива, руб./т 13700,00
23) выручка от продаж дизельного топлива, тыс. руб./год 17545,09
24) эксплуатационные расходы, тыс. руб./год 4833,84
Полученные результаты по примерам 4-5 иллюстрируют коммерческую перспективность предложенного способа.

Claims (4)

1. Способ получения синтез-газа путем каталитического превращения метана посредством пропускания реагентов через неподвижный слой катализатора, отличающийся тем, что в качестве неподвижного слоя катализатора используют кольцевой слой катализатора, в котором реагенты пропускают от внутренней к наружной поверхности кольцевого слоя катализатора, в качестве реагентов используют смесь метана с газообразными реагентами, дополнительно содержащую продукты плазмохимического распада газообразных реагентов или их смеси, тепловой режим процесса обеспечивают путем смешивания продуктов плазмохимического распада со смесью метана с газообразными реагентами, а, по крайней мере, часть реагентов подают непосредственно в плазмохимическую зону.
2. Способ получения синтез-газа по п.1, отличающийся тем, что в качестве газообразных реагентов используют углекислый газ или водяной пар или кислород.
3. Реактор для получения синтез-газа путем каталитического превращения метана, включающий неподвижный слой катализатора и устройство нагрева реагентов и катализатора, отличающийся тем, что слой катализатора выполнен в форме кольца, в котором движение реагентов осуществляется от внутренней к наружной поверхности кольцевого слоя катализатора, устройство нагрева реагентов и катализатора выполнено в виде плазматрона, потребляющего рабочий газ и расположенного в центральной части реактора в плазмохимической зоне, имеющей огнеупорную термоизоляцию, между плазмохимической зоной и слоем катализатора расположена буферная зона, в которой происходит перемешивание реагентов и продуктов плазмохимического распада рабочего газа плазматрона.
4. Реактор по п.3, отличающийся тем, что плазматрон выполнен с возможностью перемещения в плазмохимической зоне.
RU2013138470/05A 2011-02-18 2011-02-18 Способ и устройство для получения синтез-газа RU2548410C2 (ru)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2011/000095 WO2012112065A1 (ru) 2011-02-18 2011-02-18 Способ и устройство для получения синтез - газа

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013138470A RU2013138470A (ru) 2015-02-27
RU2548410C2 true RU2548410C2 (ru) 2015-04-20

Family

ID=44651916

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013138470/05A RU2548410C2 (ru) 2011-02-18 2011-02-18 Способ и устройство для получения синтез-газа

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2548410C2 (ru)
WO (1) WO2012112065A1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU177152U1 (ru) * 2017-06-30 2018-02-12 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской академии наук (ИПХФ РАН) Устройство для получения синтез-газа
RU2699124C1 (ru) * 2019-01-30 2019-09-03 Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" Плазмохимический способ получения синтез-газа и установка для его осуществления

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2674971C1 (ru) * 2017-12-07 2018-12-13 Публичное акционерное общество "Газпром" Аппарат и способ получения водородсодержащего газа
CN112960646B (zh) * 2019-12-12 2022-11-01 中国科学院大连化学物理研究所 一种等离子体重整液体燃料制备合成气的反应器及应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6245309B1 (en) * 1996-12-24 2001-06-12 H2-Tech S.A.R.L Method and devices for producing hydrogen by plasma reformer
RU2342318C2 (ru) * 2002-09-26 2008-12-27 Хальдор Топсеэ А/С Способ получения синтез-газа
RU2350386C1 (ru) * 2007-12-06 2009-03-27 Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) Катализатор, способ его приготовления и способ получения синтез-газа из метана
EP2213618A1 (en) * 2007-10-30 2010-08-04 NGK Insulators, Ltd. Plasma reactor

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU921621A1 (ru) 1979-11-13 1982-04-23 Ереванское отделение Охтинского научно-производственного объединения "Пластполимер" Реактор
SU1431825A1 (ru) 1986-11-26 1988-10-23 Предприятие П/Я А-3513 Конверсионный элемент
US6027617A (en) * 1996-08-14 2000-02-22 Fujitsu Limited Gas reactor for plasma discharge and catalytic action
EP1403216B1 (en) 2002-09-26 2011-03-23 Haldor Topsoe A/S Process for the preparation of synthesis gas
EP1403217A1 (en) 2002-09-26 2004-03-31 Haldor Topsoe A/S Process and apparatus for the preparation of synthesis gas
ES2405587T3 (es) 2002-09-26 2013-05-31 Haldor Topsoe A/S Procedimiento y aparato para la preparación de gas de síntesis
US20040216378A1 (en) * 2003-04-29 2004-11-04 Smaling Rudolf M Plasma fuel reformer having a shaped catalytic substrate positioned in the reaction chamber thereof and method for operating the same
RU2325219C1 (ru) 2006-08-15 2008-05-27 Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН (ИНХС РАН) Пористый керамический каталитический модуль и способ получения синтез-газа в его присутствии
JP5064445B2 (ja) * 2009-06-25 2012-10-31 日本碍子株式会社 プラズマリアクタ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6245309B1 (en) * 1996-12-24 2001-06-12 H2-Tech S.A.R.L Method and devices for producing hydrogen by plasma reformer
RU2342318C2 (ru) * 2002-09-26 2008-12-27 Хальдор Топсеэ А/С Способ получения синтез-газа
EP2213618A1 (en) * 2007-10-30 2010-08-04 NGK Insulators, Ltd. Plasma reactor
RU2350386C1 (ru) * 2007-12-06 2009-03-27 Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) Катализатор, способ его приготовления и способ получения синтез-газа из метана

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU177152U1 (ru) * 2017-06-30 2018-02-12 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской академии наук (ИПХФ РАН) Устройство для получения синтез-газа
RU2699124C1 (ru) * 2019-01-30 2019-09-03 Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" Плазмохимический способ получения синтез-газа и установка для его осуществления

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013138470A (ru) 2015-02-27
WO2012112065A1 (ru) 2012-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4981676A (en) Catalytic ceramic membrane steam/hydrocarbon reformer
US5229102A (en) Catalytic ceramic membrane steam-hydrocarbon reformer
US4650651A (en) Integrated process and apparatus for the primary and secondary catalytic steam reforming of hydrocarbons
RU2415073C2 (ru) Компактный реактор реформинга
CA1144099A (en) Catalytic steam reforming of hydrocarbons
JP6002249B2 (ja) 水素生成のための触媒燃焼式熱統合型改質器
RU2560363C2 (ru) Способ риформинга углеводородов
RU2053957C1 (ru) Способ конверсии углеводородов паровым риформингом и установка для его осуществления
JPH0522641B2 (ru)
RU2117626C1 (ru) Реактор для получения синтез-газа и способ получения синтез-газа
US20170226029A1 (en) Methods of producing ethylene and synthesis gas by combining the oxidative coupling of methane and dry reforming of methane reactions
EA000777B1 (ru) Способ и технологический блок для получения синтез-газа для дальнейшего производства аммиака
RU2548410C2 (ru) Способ и устройство для получения синтез-газа
JPH0218303A (ja) 炭化水素の改質反応器および改質方法
JPS59107901A (ja) 水素および酸化炭素を含有するプロダクトガスを製造する装置
US20130032762A1 (en) Apparatus and method for adiabatic methane conversion
WO2014111315A1 (en) Auto-thermal reforming reactor
JPH04331703A (ja) アンモニア合成ガス製造方法
RU2674971C1 (ru) Аппарат и способ получения водородсодержащего газа
EP2806014A1 (en) Gasoline producing device
JPH0794322B2 (ja) メタノール改質装置
KR20240035396A (ko) 반응기 및 그것을 사용한 암모니아 분해 혼합물의 제조 방법
US20220169502A1 (en) Production of synthesis gas and of methanol
EP2806013A1 (en) System and method for producing gasoline
US20100327231A1 (en) Method of producing synthesis gas

Legal Events

Date Code Title Description
RH4A Copy of patent granted that was duplicated for the russian federation

Effective date: 20160421

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170219

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20180601

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200219