RU2605991C1 - Method for production of synthesis gas - Google Patents
Method for production of synthesis gas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2605991C1 RU2605991C1 RU2015132862A RU2015132862A RU2605991C1 RU 2605991 C1 RU2605991 C1 RU 2605991C1 RU 2015132862 A RU2015132862 A RU 2015132862A RU 2015132862 A RU2015132862 A RU 2015132862A RU 2605991 C1 RU2605991 C1 RU 2605991C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- synthesis gas
- gas
- energy
- pressure
- electrical energy
- Prior art date
Links
Images
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
Abstract
Description
Изобретение относится к области органического синтеза, а именно к способам производства синтез-газа, окисления углеводородного сырья воздухом, кислородом или их смесью с использованием выделяющейся при этом энергии и может быть использовано при переработке углеводородного сырья в нефтяной и газовой промышленности.The invention relates to the field of organic synthesis, and in particular to methods for the production of synthesis gas, oxidation of hydrocarbons by air, oxygen or a mixture thereof using the energy released in this case and can be used in the processing of hydrocarbon materials in the oil and gas industry.
Основным и широко применяемым способом получения синтез-газа является метод высокотемпературного парциального окисления углеводородных газов техническим кислородом или кислородом воздуха при давлениях 0,2-10,0 МПа и расходе кислорода 0,2-0,4 от стехиометрии (1,0), реализуемый в высокотемпературных реакторах - генераторах синтез-газа (патенты РФ №2096313, C01B 3/36, 20.11.1997; №2119888, C01B 3/36, C01B 3/36, 10.10.1998; №2136580, C01B 3/36, 10.09.1999; №2167808, C01B 3/34, C01B 3/38, 27.05.2001).The main and widely used method for producing synthesis gas is the method of high-temperature partial oxidation of hydrocarbon gases with industrial oxygen or atmospheric oxygen at pressures of 0.2-10.0 MPa and oxygen flow rate of 0.2-0.4 from stoichiometry (1.0), implemented in high temperature reactors - synthesis gas generators (RF patents No. 2096313, C01B 3/36, 11/20/1997; No. 2119888, C01B 3/36,
Общими признаками известных и предлагаемого способов являются:Common features of known and proposed methods are:
- получение синтез-газа парциальным окислением углеводородного сырья воздухом, кислородом или их смесью;- production of synthesis gas by partial oxidation of hydrocarbons by air, oxygen or a mixture thereof;
- непосредственное преобразование энергии, выделяющейся в результате экзотермической реакции окисления, в электрическую энергию.- direct conversion of energy released as a result of the exothermic oxidation reaction into electrical energy.
Недостатком известных способов является ограниченная область применения из-за небольшой производительности по синтез-газу и вырабатываемой электрической энергии.A disadvantage of the known methods is the limited scope due to the low productivity of the synthesis gas and the generated electrical energy.
Известен способ совместного производства синтез-газа и электроэнергии (пат. РФ №2534077, C01B 3/36, 27.11.2014), включающий получение синтез-газа окислением углеводородного сырья кислородом в изобарическом реакторе, опосредованное преобразование тепловой энергии синтез-газа, получаемой в результате экзотермической реакции окисления, в электрическую энергию в газотурбинной установке с применением в качестве теплоносителя обедненного кислородом воздуха, полученного из предварительно сжатого атмосферного воздуха при его разделении на мембранах.A known method for the joint production of synthesis gas and electricity (US Pat. RF No. 2534077, C01B 3/36, 11/27/2014), including the production of synthesis gas by oxidation of hydrocarbons with oxygen in an isobaric reactor, indirect conversion of thermal energy of synthesis gas resulting from an exothermic oxidation reaction into electrical energy in a gas turbine unit using oxygen depleted air obtained from pre-compressed atmospheric air as a heat carrier when it is separated into membranes.
Общими признаками известного и предлагаемого способов является:Common features of the known and proposed methods are:
- получение синтез-газа парциальным окислением углеводородного сырья воздухом, кислородом или их смесью в изобарических условиях;- production of synthesis gas by partial oxidation of hydrocarbons by air, oxygen or a mixture thereof under isobaric conditions;
- опосредованное преобразование тепловой энергии полученного синтез-газа в электрическую энергию;- indirect conversion of thermal energy of the resulting synthesis gas into electrical energy;
- применение для производства электрической энергии в газотурбинной установке.- application for the production of electric energy in a gas turbine installation.
Недостатками известного способа являются:The disadvantages of this method are:
- применение в качества теплоносителя воздуха, обедненного кислородом, обладающего низкой теплоемкостью, что ограничивает область применения способа;- the use as a coolant of oxygen depleted air having low heat capacity, which limits the scope of the method;
- затраты электрической энергии, потребляемой извне, на сжатие (компримирование) окислителя для достижения им соответствующего давления;- the cost of electrical energy consumed from outside, on the compression (compression) of the oxidizing agent to achieve the appropriate pressure;
- отсутствие коррекции термобарических параметров (давления и температуры) синтез-газа и его состава по мольному соотношению H2/CO, согласно требованиям технологий, в которых он будет использоваться, что уменьшает область его применения (такая коррекция тоже требует затрат электрической энергии, потребляемой извне), что ограничивает область применения способа.- the lack of correction of the thermobaric parameters (pressure and temperature) of the synthesis gas and its composition according to the molar ratio of H 2 / CO, according to the requirements of the technologies in which it will be used, which reduces its scope (this correction also requires the cost of electric energy consumed from the outside ), which limits the scope of the method.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ производства энергии (пат. РФ №2121588, F02C 3/28, F01K 23/06, 10.11.1997), включающий окисление кислородом или кислородсодержащим газом углеродистого сырья с получением синтез-газа и тепловой энергии, тепловую энергию или большую ее часть вместе с синтез-газом подают на газотурбинную установку, в которой синтез-газ окисляют увлажненным воздухом и производят электрическую энергию, а для выработки электрической энергии из меньшей части тепловой энергии используют пар.The closest in technical essence and the achieved result to the proposed invention is a method of energy production (US Pat. RF №2121588, F02C 3/28, F01K 23/06, 10.11.1997), including the oxidation of carbon raw materials with oxygen or oxygen-containing gas to produce synthesis gas and heat energy, heat energy or most of it, together with synthesis gas, is supplied to a gas turbine installation in which synthesis gas is oxidized with humidified air and produces electrical energy, and to generate electric energy from a smaller part of heat th energy use steam.
Общими признаками известного и предлагаемого способов являются:Common features of the known and proposed methods are:
- получение синтез-газа парциальным окислением в изобарических условиях углеродистого сырья воздухом, кислородом или их смесью;- production of synthesis gas by partial oxidation under isobaric conditions of carbonaceous raw materials by air, oxygen or a mixture thereof;
- непосредственное преобразование интегральной энергии (давления и тепла) синтез-газа в электрическую энергию в газотурбинной установке;- direct conversion of the integrated energy (pressure and heat) of the synthesis gas into electrical energy in a gas turbine installation;
- опосредованное преобразование энергии, выделяющейся в результате экзотермической реакции окисления в электрическую энергию с использованием пара.- indirect conversion of energy released as a result of an exothermic oxidation reaction into electrical energy using steam.
Недостатками известного способа являются:The disadvantages of this method are:
- окисление (сжигание) синтез-газа воздухом в газотурбинной установке при производстве электрической энергии;- oxidation (burning) of synthesis gas by air in a gas turbine installation in the production of electrical energy;
- затраты электрической энергии, потребляемой извне, на сжатие (компримирование) окислителя;- the cost of electrical energy consumed from outside, on the compression (compression) of the oxidizing agent;
- отсутствие возможности коррекции термобарических параметров (давления и температуры) синтез-газа и его состава по мольному соотношению Н2/СО, по требованиям технологий, в которых он будет использоваться, что уменьшает область его применения (такая коррекция тоже требует затрат электрической энергии, потребляемой извне), что ограничивает область применения способа.- the inability to correct the thermobaric parameters (pressure and temperature) of the synthesis gas and its composition according to the molar ratio of Н 2 / СО, according to the requirements of the technologies in which it will be used, which reduces its scope (this correction also requires the cost of electric energy consumed from the outside), which limits the scope of the method.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности производства синтез-газа путем снижения затрат электрической энергии, потребляемой извне, и расширения области его применения.The technical task of the invention is to increase the efficiency of production of synthesis gas by reducing the cost of electric energy consumed from outside, and expanding its scope.
Поставленная задача достигается тем, что в способе производства синтез-газа, включающем его получение парциальным окислением углеводородного сырья жидкостей или газов в реакторе при изобарических условиях окислителем, например кислородом или воздухом, или их смесью, преобразование энергии (давления и тепла) синтез-газа в электрическую энергию производят в газотурбинной установке и/или преобразование тепловой энергии синтез-газа в электрическую энергию с использованием в качестве теплоносителя пара или газа в паротурбинной или газотурбинной установках, преобразование энергии (давления и тепла) синтез-газа в электрическую энергию в газотурбинной установке производят без его сжигания в одну или несколько ступеней, а преобразование тепловой энергии синтез-газа в электрическую энергию производят при снижении температуры синтез-газа перед газотурбинной установкой и/или после нее, а также при давлении синтез-газа, равном или меньшем величины давления, при этом полученной электрической энергией обеспечивают технологические процессы подготовки углеводородного сырья к окислению и подготовку воды, выработки окислителя, коррекции состава по мольному соотношению Н2/СО и термобарических параметров синтез-газа.The problem is achieved in that in a method for producing synthesis gas, including its partial oxidation of hydrocarbons of liquids or gases in a reactor under isobaric conditions by an oxidizing agent, such as oxygen or air, or a mixture thereof, the conversion of energy (pressure and heat) of synthesis gas into electrical energy is produced in a gas turbine installation and / or the conversion of the thermal energy of synthesis gas into electrical energy using steam or gas as a heat carrier in a steam turbine or gas In the plants, the conversion of the energy (pressure and heat) of the synthesis gas into electrical energy in a gas turbine installation is carried out without burning it in one or several steps, and the conversion of the synthesis energy into the electrical energy is performed when the temperature of the synthesis gas is reduced in front of the gas turbine unit and / or after it, as well as at a pressure of synthesis gas equal to or less than the pressure value, while the obtained electric energy is provided by technological processes for preparing hydrocarbon feedstocks to acidification and preparing water generation oxidant correction composition on the molar ratio of H 2 / CO and the temperature and pressure parameters of the synthesis gas.
При преобразовании интегральной энергии синтез-газа в электрическую энергию, перед подачей его в газотурбинную установку снижают его температуру и повышают давление путем эжекции синтез-газа высоконапорным водяным паром.When converting the integral energy of synthesis gas into electrical energy, before supplying it to a gas turbine unit, its temperature is lowered and pressure is increased by ejecting synthesis gas with high-pressure steam.
При преобразовании тепловой энергии синтез-газа в электрическую энергию используют в качестве теплоносителей азот.When converting the thermal energy of synthesis gas into electrical energy, nitrogen is used as a heat carrier.
При подготовке углеводородного газа к окислению полученной электрической энергией обеспечивают процессы его сжатия и очистки от механических и химических примесей.When preparing a hydrocarbon gas for oxidation with the obtained electric energy, the processes of its compression and purification from mechanical and chemical impurities are provided.
Полученной электрической энергией обеспечивают процессы выработки окислителя - кислорода путем разделения воздуха на O2, CO2, и N2 на мембранах или криогенным методом, а затем выполняют коррекцию мольного соотношения Н2/СО и термобарических параметров синтез-газа, подавая CO2 в подготовленный углеводородный газ перед его окислением, a N2 используют в качестве теплоносителя и для производственных нужд, например в системах пожаротушения, вытеснения воздуха из технологических трубопроводов и аппаратов, или в качестве товарного продукта.The obtained electric energy is provided by the processes of the oxidizing agent - oxygen production by separation of air into O 2 , CO 2 , and N 2 on the membranes or by the cryogenic method, and then the molar ratio of Н 2 / СО and thermobaric parameters of the synthesis gas are corrected, feeding CO 2 to the prepared hydrocarbon gas before its oxidation, a N 2 is used as a coolant and for production needs, for example in fire extinguishing systems, air displacement from process pipelines and devices, or as a commercial product.
Полученной электрической энергией обеспечивают процесс выработки окислителя - кислорода из воды электролизом, а затем выполняют коррекцию мольного соотношения Н2/СО, подавая водород после электролиза в синтез-газ, излишний водород сжигают с получением тепловой или/и электрической энергии или/и используют в качестве товарного продукта.The obtained electric energy is provided by the process of generating an oxidizing agent - oxygen from water by electrolysis, and then the molar ratio of H 2 / CO is corrected by supplying hydrogen after electrolysis to the synthesis gas, excess hydrogen is burned to produce thermal and / or electric energy and / or used as commercial product.
При коррекции мольного соотношения Н2/СО и термобарических параметров синтез-газа полученную электрическую энергию используют для процесса нагнетания углеводородного сырья и окислителя в реактор, оснащенный пористой насадкой из материала, проницаемого для смеси углеводородного сырья с окислителем, и проводят в нем без применения катализаторов экзотермическую реакцию окисления, описываемую формулойWhen correcting the molar ratio of Н 2 / СО and the thermobaric parameters of the synthesis gas, the obtained electrical energy is used for pumping hydrocarbon feed and an oxidizing agent into a reactor equipped with a porous nozzle from a material permeable to a mixture of hydrocarbon feed and an oxidizing agent, and exothermic is carried out without using catalysts the oxidation reaction described by the formula
при давлении 0,1-3,0 МПа и при температуре 973-1073 К, варьируют компонентный состав углеводородного сырья и количество кислорода, добиваясь получения синтез-газа с необходимым мольным соотношением Н2/СО в данных термобарических условиях.at a pressure of 0.1-3.0 MPa and at a temperature of 973-1073 K, the component composition of the hydrocarbon feedstock and the amount of oxygen are varied, achieving synthesis gas with the necessary molar ratio of H 2 / CO under these thermobaric conditions.
При коррекции мольного соотношения Н2/СО и термобарических параметров синтез-газа полученную электрическую энергию используют для процесса нагнетания водяного пара, перемешивания его с окислителем и углеводородным газом, подачу смеси в реактор и проводят в нем экзотермическую реакцию окисления, описываемую формулойWhen correcting the molar ratio of Н 2 / СО and the thermobaric parameters of the synthesis gas, the obtained electric energy is used for the process of pumping water vapor, mixing it with an oxidizing agent and hydrocarbon gas, feeding the mixture into the reactor and conducting an exothermic oxidation reaction described by the formula
где K1, K2, K3, K4 - уравнивающие коэффициенты, зависящие от типа углеводорода, при давлении от 0,2 до 10,0 МПа и при температуре 1473-1723 K без катализатора или при 973-1073 K с применением катализаторов на основе оксидов кобальта, и варьируют компонентный состав углеводородного сырья и количество воды, добиваясь получения синтез-газ с необходимым мольным соотношением Н2/СО в заданных термобарических условиях.where K 1 , K 2 , K 3 , K 4 are equalizing coefficients depending on the type of hydrocarbon at a pressure of 0.2 to 10.0 MPa and at a temperature of 1473-1723 K without a catalyst or at 973-1073 K using catalysts based on cobalt oxides, and the component composition of the hydrocarbon feedstock and the amount of water are varied, achieving synthesis gas with the required molar ratio of H 2 / CO under given thermobaric conditions.
При коррекции термобарических параметров синтез-газа полученную электрическую энергию используют в процессах его сжатия и охлаждения искусственным и (или) естественным холодом.When correcting the thermobaric parameters of the synthesis gas, the obtained electrical energy is used in the processes of its compression and cooling by artificial and (or) natural cold.
Технический прием, заключающийся в том, что полученную электрическую энергию используют в технологических процессах подготовки углеводородного сырья к окислению и воды, выработки окислителя, коррекции состава по мольному соотношению Н2/СО и термобарических параметров синтез-газа позволяет снизить или полностью исключить затраты электрической энергии, потребляемой извне, на выполнение основных технологических процессов, непосредственно связанных с производством синтез-газа, и, тем самым, расширить область применения производства синтез-газа.The technical method, which consists in the fact that the obtained electric energy is used in the technological processes of preparing hydrocarbon raw materials for oxidation and water, producing an oxidizing agent, correcting the composition by the molar ratio of Н 2 / СО and thermobaric parameters of the synthesis gas, allows reducing or completely eliminating the cost of electric energy, consumed from outside, for the implementation of the main technological processes directly related to the production of synthesis gas, and, thereby, expand the scope of production with ntez gas.
Технический прием, заключающийся в том, что при преобразовании энергии синтез-газа в электрическую энергию, перед подачей его в газотурбинную установку снижают его температуру и повышают давление путем эжекции синтез-газа высоконапорным водяным паром, позволяет оптимизировать термобарические параметры синтез газа сохранить его теплосодержание для работы газотурбинной установки с максимальным КПД.The technique, which consists in the fact that when converting the synthesis gas energy into electrical energy, before supplying it to the gas turbine unit, its temperature is reduced and pressure is increased by ejecting the synthesis gas with high-pressure steam, it allows optimizing the thermobaric parameters of the synthesis gas to preserve its heat content for operation gas turbine installation with maximum efficiency.
Технический прием, заключающийся в том, что при преобразовании тепловой энергии синтез-газа в электрическую энергию, используют в качестве теплоносителей азот, позволяет в обоих случаях повысить пожаробезопасность и взрывобезопасность.The technique, which consists in the fact that nitrogen is used as heat transfer medium when converting the synthesis gas thermal energy into electrical energy, makes it possible in both cases to increase fire safety and explosion safety.
Технический прием, заключающийся в том, что при подготовке углеводородного газа к окислению полученную электрическую энергию используют в процессах его сжатия и очистки от механических и химических примесей (например, сероводорода и меркаптанов), что позволяет уменьшить или исключить затраты электрической энергии, потребляемой извне.The technical technique is that when preparing a hydrocarbon gas for oxidation, the obtained electrical energy is used in the processes of its compression and purification from mechanical and chemical impurities (for example, hydrogen sulfide and mercaptans), which reduces or eliminates the cost of electric energy consumed from outside.
Технический прием, заключающийся в том, что, полученную электрическую энергию используют в процессах выработки окислителя - кислорода путем разделения воздуха на O2, CO2, и N2 на мембранах или криогенным методом, а затем выполняют коррекцию мольного соотношения Н2/СО и термобарических параметров синтез-газа, подавая CO2 в подготовленный углеводородный газ перед его окислением, a N2 используют в качестве теплоносителя и для производственных нужд, например в системах пожаротушения, вытеснения воздуха из технологических трубопроводов и аппаратов, или в качестве товарного продукта, позволяет уменьшить или исключить затраты электрической энергии, потребляемой извне, и расширить область применения способа.The technique, which consists in the fact that the obtained electrical energy is used in the processes of producing an oxidizing agent - oxygen by separating air into O 2 , CO 2 , and N 2 on membranes or by the cryogenic method, and then the molar ratio of H 2 / CO and thermobaric is corrected parameters of the synthesis gas, feeding CO 2 into the prepared hydrocarbon gas prior to its oxidation, a N 2 is used as a coolant and for industrial purposes, such as in fire protection systems, displacement of air from the process piping and appa atov or as a commercial product, can reduce or eliminate the cost of electric energy consumed from the outside and to extend the scope of the method.
Технический прием, заключающийся в том, что полученную электрическую энергию используют в процессе выработки окислителя - кислорода из воды электролизом, а затем выполняют коррекцию мольного соотношения Н2/СО, подавая водород, преобразуя тепловую энергию синтез-газа в электрическую энергию с использованием в качестве теплоносителя пара или газа в паротурбинной или газотурбинной установках после электролиза в синтез-газ, излишний водород сжигают с получением тепловой или/и электрической энергии или/и используют в качестве товарного продукта, позволяет уменьшить или исключить затраты электрической энергии, потребляемой извне, и расширить область применения способа.The technical method is that the obtained electrical energy is used in the process of generating an oxidizing agent - oxygen from water by electrolysis, and then the molar ratio of H 2 / CO is corrected by supplying hydrogen, converting the thermal energy of the synthesis gas into electrical energy using as a heat carrier steam or gas in a steam turbine or gas turbine installation after electrolysis in synthesis gas, excess hydrogen is burned to produce thermal and / or electrical energy and / or used as a commercial odukta, can reduce or eliminate the cost of electric energy consumed from the outside and to extend the scope of the method.
Технический прием, заключающийся в том, что при коррекции мольного соотношения Н2/СО и термобарических параметров синтез-газа полученную электрическую энергию используют в процессах нагнетания углеводородного сырья и окислителя в реактор с пористой насадкой из материала, проницаемого для смеси углеводородного сырья с окислителем, и проводят в нем без применения катализаторов экзотермическую реакцию окисления, описываемую формулой 
при давлении 0,1-3,0 МПа и при температуре 973-1073 K варьируют компонентный состав углеводородного сырья и количество кислорода, добиваясь получения синтез-газ с необходимым мольным соотношением Н2/СО в данных термобарических условиях, что позволяет осуществить коррекцию мольного соотношения 
Технический прием, заключающийся в том, что при коррекции мольного соотношения Н2/СО и термобарических параметров синтез-газа полученную электрическую энергию используют в процессах нагнетания водяного пара, перемешивания его с окислителем и углеводородным газом, подачу смеси в реактор и проводят в нем экзотермическую реакцию окисления, описываемую формулойThe technique, which is that when correcting the molar ratio of H 2 / CO and the thermobaric parameters of the synthesis gas, the obtained electric energy is used in the processes of pumping water vapor, mixing it with an oxidizing agent and hydrocarbon gas, feeding the mixture into the reactor and conducting an exothermic reaction in it oxidation described by the formula
где K1, K2, K3, K4 - уравнивающие коэффициенты при давленииот 0,2 до 10,0 МПа и при температуре 1473-1723 К без катализатора или при 973-1073 К с применением катализаторов на основе оксидов кобальта, варьируют компонентный состав углеводородного сырья и количество воды, добиваясь получения синтез-газ с необходимым мольным соотношением Н2/СО в данных термобарических условиях, позволяет осуществить коррекцию мольного соотношения 
Технический прием, заключающийся в том, что при коррекции термобарических параметров синтез-газа полученную электрическую энергию используют в процессах его сжатия и охлаждения искусственным и (или) естественным холодом, что позволяет уменьшить или исключить затраты электрической энергии, потребляемой извне.The technique, which is that when correcting the thermobaric parameters of the synthesis gas, the obtained electric energy is used in the processes of its compression and cooling by artificial and (or) natural cold, which allows to reduce or eliminate the cost of electric energy consumed from the outside.
Авторам неизвестно из существующего уровня техники повышение эффективности производства синтез-газа подобным образом.The authors are not aware of the current level of technology to increase the efficiency of production of synthesis gas in this way.
На фиг. 1-4 представлены схемы, иллюстрирующие технологическую и техническую стороны реализации способа производства синтез-газа.In FIG. 1-4 are diagrams illustrating the technological and technical aspects of the implementation of the synthesis gas production method.
На фиг. 1 - технологическая схема производства синтез-газа с непосредственным преобразованием его интегральной энергии (давления и тепла) в газотурбинной установке без его сжигания.In FIG. 1 is a flow chart of the production of synthesis gas with direct conversion of its integrated energy (pressure and heat) in a gas turbine plant without burning it.
На фиг. 2 - технологическая схема производства синтез-газа с подключением установки опосредованного преобразования тепловой энергии синтез-газа в электрическую (паротурбинной или газотурбинной) в газотурбинной установке непосредственного преобразования интегральной энергии.In FIG. 2 is a flow chart of the production of synthesis gas with the installation of a unit for indirect conversion of the thermal energy of synthesis gas into electrical energy (steam turbine or gas turbine) in a gas turbine installation for direct conversion of integrated energy.
На фиг. 3 - технологическая схема производства синтез-газа с давлением, равном или меньшем величины давления, согласно требованиям технологий, в которых он будет применен, и с опосредованным преобразованием тепловой энергии синтез-газа в электрическую энергию в паротурбинной или газотурбинной установках.In FIG. 3 is a flow chart of the production of synthesis gas with a pressure equal to or less than the pressure value, according to the requirements of the technologies in which it will be applied, and with the indirect conversion of the thermal energy of the synthesis gas into electrical energy in a steam turbine or gas turbine installation.
На фиг. 4 - технологическая схема производства синтез-газа с непосредственным преобразованием интегральной энергии синтез-газа в электрическую энергию в газотурбинной установке с эжекторным агрегатом для снижения температуры и повышения давления синтез-газа.In FIG. 4 is a flow chart of the production of synthesis gas with direct conversion of the integrated energy of the synthesis gas into electrical energy in a gas turbine unit with an ejector unit to reduce the temperature and increase the pressure of the synthesis gas.
Согласно этим схемам синтез-газ производят парциальным окислением углеводородного сырья жидкостей или газов в реакторе 1 при изобарических условиях окислителем, например кислородом или воздухом, или их смесью. Углеводородное сырье по линии 2 из установки 3 его подготовки, а окислитель - по линии 4 из установок его выработки 5 из воздуха и 6 из воды. Исходное углеводородное сырье подают по линии 7, воздух по линии 8, воду сначала по линии 9 в установку ее подготовки 10, затем по линии 11 в установку 6.According to these schemes, synthesis gas is produced by partial oxidation of the hydrocarbon feed of liquids or gases in the
В газотурбинной установке 12 производят непосредственное преобразование интегральной энергии (давления и тепла) синтез-газа без его сжигания в электрическую энергию в одну или несколько ступеней.In a
Опосредованное преобразование тепловой энергии синтез-газа в электрическую энергию с использованием в качестве теплоносителя пара или газа производят в установке 13 (фиг. 2 и 3), оснащенной агрегатами с паровой или/и газовой турбинами. В установке 13 (фиг. 2 и 3), снабженной агрегатом с газовой турбиной в качестве теплоносителя, используют азот.Indirect conversion of the thermal energy of synthesis gas into electrical energy using steam or gas as a heat carrier is carried out in unit 13 (Figs. 2 and 3), equipped with units with steam and / or gas turbines. In the installation 13 (Fig. 2 and 3), equipped with a unit with a gas turbine as a coolant, use nitrogen.
Опосредованное преобразование тепловой энергии синтез-газа в электрическую энергию в установке 13 производят при необходимости снижения температуры синтез-газа перед газотурбинной установкой 12 и/или после нее (фиг. 2), а также при давлении синтез-газа, равном или меньшем величины давления, согласно требованиям технологий, в которых он будет применен (фиг. 3).Indirect conversion of the thermal energy of the synthesis gas into electrical energy in the
Полученной электрической энергией обеспечивают технологические процессы: в установках (фиг. 1-3) подготовки углеводородного сырья 3 к окислению и подготовки воды 10, выработки окислителя 5 и 6, а также коррекции состава по мольному соотношению Н2/СО и термобарических параметров в агрегатах 14 и 15 синтез-газа согласно требованиям технологий, в которых он будет применен.Technological processes provide the obtained electric energy: in the plants (Figs. 1-3) for preparing hydrocarbon
При непосредственном преобразовании интегральной энергии синтез-газа в электрическую энергию перед подачей его в газотурбинную установку 12 снижают его температуру и повышают давление путем эжекции синтез-газа высоконапорным водяным паром в эжекторном агрегате 16 (фиг. 4).When directly converting the integral energy of the synthesis gas into electrical energy, before supplying it to the
В установке 3 (фиг. 1-4) при подготовке углеводородного газа к окислению полученной электрической энергией обеспечивают процессы его сжатия и очистки от механических и химических примесей.In installation 3 (Fig. 1-4), when preparing a hydrocarbon gas for oxidation with the obtained electric energy, it is compressed and purified from mechanical and chemical impurities.
В установке 5 (фиг. 1-4) полученной электрической энергией обеспечивают процессы выработки окислителя - кислорода путем разделения воздуха на O2, CO2 и N2 на мембранах или криогенным методом, а затем выполняют коррекцию мольного соотношения Н2/СО и термобарических параметров синтез-газа, подавая по линии 17 CO2 в подготовленный углеводородный газ перед его окислением, a N2 отводят по линии 18 и используют в качестве теплоносителя и для производственных нужд, например в системах пожаротушения, вытеснения воздуха из технологических трубопроводов и аппаратов, или в качестве товарного продукта.In installation 5 (Fig. 1-4), the produced electric energy is provided by the processes of oxidizing oxygen production by separation of air into O 2 , CO 2 and N 2 on membranes or by the cryogenic method, and then the molar ratio of H 2 / CO and thermobaric parameters are corrected synthesis gas by supplying CO 2 through a
В установке 6 полученную электрическую энергию используют в процессе выработки окислителя - кислорода из воды электролизом, а затем выполняют коррекцию мольного соотношения Н2/СО, подавая по линии 19 водород после электролиза в синтез-газ (агрегат 15), излишний водород отводят по линии 20 и сжигают с получением тепловой или (и) электрической энергии или (и) используют в качестве товарного продукта.In
При коррекции мольного соотношения Н2/СО и термобарических параметров синтез-газа полученную электрическую энергию используют в процессе нагнетания, углеводородного сырья и окислителя в реактор 1, (фиг. 1-4) оснащенный пористой насадкой из материала, проницаемого для смеси углеводородного сырья с окислителем, и проводят в нем без применения катализаторов экзотермическую реакцию окисления, описываемую формулойWhen correcting the molar ratio of H 2 / CO and the thermobaric parameters of the synthesis gas, the obtained electric energy is used in the process of pumping hydrocarbon feed and an oxidizing agent into reactor 1 (Fig. 1-4) equipped with a porous nozzle made of a material permeable to a mixture of hydrocarbon feed and the oxidizing agent and carry out in it without the use of catalysts an exothermic oxidation reaction described by the formula
при давлении 0,1-3,0 МПа и при температуре 973-1073 K.at a pressure of 0.1-3.0 MPa and at a temperature of 973-1073 K.
При коррекции и термобарических параметров синтез-газа полученную электрическую энергию используют в процессе нагнетания водяного пара из агрегата 14 в смеситель 21, перемешивания его с окислителем и углеводородным газом, подачу смеси в реактор 1 и проводят в нем экзотермическую реакцию окисления, описываемую формулой 
где K1, K2, K3, K4 - уравнивающие коэффициенты при давлении от 0,2 до 10,0 МПа и при температуре 1473-1723 K без катализатора или при 973-1073 K с применением катализаторов на основе оксидов кобальта.where K 1 , K 2 , K 3 , K 4 are equalizing coefficients at a pressure of 0.2 to 10.0 MPa and at a temperature of 1473-1723 K without a catalyst or at 973-1073 K using catalysts based on cobalt oxides.
В агрегате 15 при коррекции термобарических параметров синтез-газа полученной полученную электрическую энергию используют в процессе его сжатия и охлаждения искусственным и (или) естественным холодом.In the
Произведенный по данному способу синтез-газ с необходимым мольным соотношением Н2/СО и термобарическими параметрами согласно требованиям технологий, в которых он будет применен, отводится по линии 22.The synthesis gas produced by this method with the required molar ratio of Н 2 / СО and thermobaric parameters is discharged along
Реализация способа иллюстрируется примерами.The implementation of the method is illustrated by examples.
ПРИМЕР 1EXAMPLE 1
В этом примере представлена принципиальная реализация производства синтез-газа данным способом.This example presents the principal implementation of the production of synthesis gas in this way.
В реакторе 1 (фиг. 1) получают синтез-газ с давлением 1,0 МПа и температурой порядка 973 К. Его интегральную энергию (давление и тепло) преобразуют в электрическую энергию в газотурбинной установке 12 без его сжигания в одну ступень. При получении синтез-газа с давлением более 1,0 МПа - в несколько ступеней.In the reactor 1 (Fig. 1), synthesis gas is produced with a pressure of 1.0 MPa and a temperature of about 973 K. Its integral energy (pressure and heat) is converted into electrical energy in a
Если температура полученного синтез газа превышает 973 К ее снижают путем отбора тепловой энергии от синтез-газа и опосредованном ее преобразовании в электрическую энергию в установке 13, снабженной агрегатами с паровой или/газовой турбинами.If the temperature of the obtained synthesis gas exceeds 973 K, it is reduced by taking the heat energy from the synthesis gas and indirectly converting it into electrical energy in the
Если давление получаемого синтез-газа находится в пределах 0,1-0,3 МПа, то его тепловую энергию предпочтительней опосредованно преобразовывать в электрическую энергию в установке 13.If the pressure of the resulting synthesis gas is in the range of 0.1-0.3 MPa, then its thermal energy is preferable to indirectly convert into electrical energy in the
Возможно одновременное снижение температуры и повышение давления синтез-газа путем его эжекции высоконапорным водяным паром в агрегате 16 (фиг. 4). Этот технический прием применяют, если давление получаемого синтез-газа менее 1,0 МПа, а температура более 1073 К.It is possible to simultaneously reduce the temperature and increase the pressure of the synthesis gas by ejecting it with high-pressure water vapor in the aggregate 16 (Fig. 4). This technique is used if the pressure of the resulting synthesis gas is less than 1.0 MPa, and the temperature is more than 1073 K.
Выработка электрической энергии составляет 1,6 МВт, если получают в синтез-газ из 1 кг/с углеводородного сырья, парциальным окислением по реакции, описываемым формулойElectric energy production is 1.6 MW if it is produced into synthesis gas from 1 kg / s hydrocarbon feedstock by partial oxidation by the reaction described by the formula
и 16 МВт - если по реакции, описываемой формулойand 16 MW - if according to the reaction described by the formula
где K1, K2, K3, K4 - уравнивающие коэффициенты, зависящие от типа углеводорода.where K 1 , K 2 , K 3 , K 4 - equalizing coefficients, depending on the type of hydrocarbon.
1,6 МВт и 16,0 МВт достаточны для покрытия всех технологических процессов при производстве синтез-газа из 1 кг/с углеводородного сырья соответственно низкого до 2,0 МПа и высокого до 10, МПа давления.1.6 MW and 16.0 MW are sufficient to cover all technological processes in the production of synthesis gas from 1 kg / s hydrocarbon feedstock, respectively, low to 2.0 MPa and high to 10, MPa pressure.
Полученную электрическую энергию используют в технологических процессах в установках (фиг. 1-3) подготовки углеводородного сырья 3 к окислению и воды 10, выработки окислителя из воздуха 5 и из воды, а также коррекции состава с помощью установок 14 и 15 по мольному соотношению H2/СО и термобарических параметров синтез-газа согласно требованиям технологий, в которых он будет применен.The obtained electrical energy is used in technological processes in installations (Figs. 1-3) for preparing hydrocarbon
При подготовке углеводородного газа в установке 3 к окислению полученной электрической энергией обеспечивают процессы его сжатия до необходимого давления в реакторе 1, тонкой очистки от механических примесей и очистки от химических примесей в первую очередь от сероводорода и меркаптанов.When preparing hydrocarbon gas in
ПРИМЕР 2EXAMPLE 2
В примере представлена реализация выработки окислителя для производства синтез-газа и коррекции в производимом синтез-газе мольного соотношения H2/CO и его термобарических параметров с помощью установок 5 и 6.The example shows the implementation of the production of an oxidizing agent for the production of synthesis gas and the correction in the produced synthesis gas of the molar ratio of H 2 / CO and its thermobaric
В установке 5 полученную электрическую энергию используют в процессе выработки окислителя - кислорода путем разделения воздуха на O2, CO2, и N2 на мембранах при давлении до 10,0 МПа, достаточном для проведения реакций парциального окисления углеводородов в реакторе 1. Большей или меньшей подачей CO2 в реактор 1, во-первых, корректируют мольное соотношение Н2/СО в производимом синтез-газе, а во-вторых, регулируют в нем температуру. В связи с тем, что реакция получения синтез-газа от взаимодействия CO2 с углеводородами является эндотермической, например,In
температура в реакторе уменьшается с увеличением количества подаваемого CO2.the temperature in the reactor decreases with increasing amount of CO 2 supplied.
Азот используют в качестве теплоносителя в установке 13 и для производственных нужд, например в системах пожаротушения, вытеснения воздуха из технологических трубопроводов и аппаратов, или в качестве товарного продукта.Nitrogen is used as a coolant in the
В установке 6 полученную электрическую энергию используют в процессе выработки окислителя - кислорода из воды электролизом. Кислород подают в реактор 1, а водород по линии 19 в синтез-газ. В зависимости от количества подаваемого водорода корректируют в большую сторону мольное соотношение Н2/СО. Излишний водород сжигают с получением тепловой или (и) электрической энергии или (и) используют в качестве товарного продукта.In
ПРИМЕР 3EXAMPLE 3
В примере представлена реализация в производстве синтез-газа его коррекции мольного соотношения Н2/СО термобарических параметров с помощью в реакторе 1 путем варьирования компонентного состава, подаваемого в него по линии 2 углеводородного сырья и количества кислорода - по линии 4 водяного пара из агрегата 14.The example shows the implementation in the production of synthesis gas of its correction of the molar ratio of Н 2 / СО of thermobaric parameters using in
Полученную электрическую энергию используют в процессе нагнетания из установки 3 углеводородного сырья (фиг. 1-4) и окислителя из установок 5 и 6 в реактор 1, оснащенного пористой насадкой из материала, проницаемого для смеси углеводородного сырья с окислителем проводят реакцию окисления без применения катализаторов, описываемую формулойThe obtained electrical energy is used in the process of pumping hydrocarbon feedstocks from installation 3 (Fig. 1-4) and an oxidizing agent from
при давлении в пределах от 0,1 до 3,0 МПа и при температуре 973-1073 K.at a pressure in the range from 0.1 to 3.0 MPa and at a temperature of 973-1073 K.
Мольные соотношения Н2/СО составляют для: СН4 - 2; С2Н6 - 3; С3Н8 -1,3; С4Н10 - 1,33; C5H12 - 1,2; C6H14 - 1,17; C7H16 - 1,14. Варьируя компонентный состав, получают необходимое мольное соотношение Н2/СО синтез-газа при указанных термобарических параметрах получаемого синтез-газа.The molar ratios of H 2 / CO are for: CH 4 - 2; C 2 H 6 - 3; C 3 H 8 -1.3; C 4 H 10 - 1.33; C 5 H 12 - 1.2; C 6 H 14 - 1.17; C 7 H 16 - 1.14. By varying the component composition, the required molar ratio of H 2 / CO synthesis gas is obtained at the indicated thermobaric parameters of the resulting synthesis gas.
Полученную электрическую энергию используют в процессе нагнетания водяного пара из агрегата 14 (фиг. 1-4), перемешивания его с окислителем и углеводородным газом в смесителе 21, подачу смеси в реактор 1 и проводят в нем экзотермическую реакцию окисления, описываемую формулойThe obtained electrical energy is used in the process of injecting water vapor from the unit 14 (Fig. 1-4), mixing it with an oxidizing agent and hydrocarbon gas in the
где K1, K2, K3, K4 - уравнивающие коэффициенты, зависящие от типа углеводорода, при давлении от 0,2 до 10,0 МПа и при температуре 1473-1723 K без катализатора или при 973-1073 K с применением катализаторов на основе оксидов кобальта.where K 1 , K 2 , K 3 , K 4 are equalizing coefficients depending on the type of hydrocarbon at a pressure of 0.2 to 10.0 MPa and at a temperature of 1473-1723 K without a catalyst or at 973-1073 K using catalysts based on cobalt oxides.
Мольные соотношения Н2/СО составляют для: CH4 - 2,33; С2Н6 - 2,5; C3H8 - 2,7; С4Н10 - 3; C5H12 - 2,2.The molar ratios of H 2 / CO are for: CH 4 - 2.33; C 2 H 6 - 2.5; C 3 H 8 - 2.7; C 4 H 10 - 3; C 5 H 12 - 2.2.
Варьируют компонентный состав углеводородного сырья и количество воды, добиваясь получения синтез-газ с необходимым мольным соотношением Н2/СО в данных термобарических условиях.The component composition of the hydrocarbon feedstock and the amount of water are varied, achieving synthesis gas with the required molar ratio of H 2 / CO under these thermobaric conditions.
ПРИМЕР 4EXAMPLE 4
В агрегате 15 выполняется коррекции термобарических параметров синтез-газа следующим образом. Полученную электрическую энергию используют в процессе его сжатия в компрессоре и охлаждения холодом, вырабатываемом искусственно в холодильных установках, с помощью естественного холода, используемом в аппаратах воздушного или водяного охлаждения.In the
Таким образом, используя технологические и технические приемы, описанные в примерах возможно производство синтез-газа, отводимого по линии 22 с большим спектром величин мольного соотношения Н2/СО и термобарических параметров, что способствует расширению области его применения.Thus, using the technological and technical methods described in the examples, it is possible to produce synthesis gas discharged via
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015132862A RU2605991C1 (en) | 2015-08-07 | 2015-08-07 | Method for production of synthesis gas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015132862A RU2605991C1 (en) | 2015-08-07 | 2015-08-07 | Method for production of synthesis gas |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2605991C1 true RU2605991C1 (en) | 2017-01-10 |
Family
ID=58452361
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015132862A RU2605991C1 (en) | 2015-08-07 | 2015-08-07 | Method for production of synthesis gas |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2605991C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2250872C1 (en) * | 2003-10-15 | 2005-04-27 | Институт высоких температур РАН (ИВТ РАН) | Combined method of electric power and a liquid synthetic fuel production by gas turbine and steam-gas installations |
| EA005958B1 (en) * | 2001-10-05 | 2005-08-25 | Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. | System for power generation in a process producing hydrocarbons |
| US7300642B1 (en) * | 2003-12-03 | 2007-11-27 | Rentech, Inc. | Process for the production of ammonia and Fischer-Tropsch liquids |
| RU2320532C1 (en) * | 2006-06-08 | 2008-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "НИИВТ-РУСИЧИ-ФАРМА" (ООО "НИИВТ-РУСИЧИ-ФАРМА") | Method of steam catalytic conversion of natural gas into synthesis-gas and device for realization of this method |
| RU2013126521A (en) * | 2010-11-10 | 2014-12-20 | Эр Продактс Энд Кемикалз, Инк. | SINGAS OBTAINED BY PLASMA GASIFICATION |
-
2015
- 2015-08-07 RU RU2015132862A patent/RU2605991C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA005958B1 (en) * | 2001-10-05 | 2005-08-25 | Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. | System for power generation in a process producing hydrocarbons |
| RU2250872C1 (en) * | 2003-10-15 | 2005-04-27 | Институт высоких температур РАН (ИВТ РАН) | Combined method of electric power and a liquid synthetic fuel production by gas turbine and steam-gas installations |
| US7300642B1 (en) * | 2003-12-03 | 2007-11-27 | Rentech, Inc. | Process for the production of ammonia and Fischer-Tropsch liquids |
| RU2320532C1 (en) * | 2006-06-08 | 2008-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "НИИВТ-РУСИЧИ-ФАРМА" (ООО "НИИВТ-РУСИЧИ-ФАРМА") | Method of steam catalytic conversion of natural gas into synthesis-gas and device for realization of this method |
| RU2013126521A (en) * | 2010-11-10 | 2014-12-20 | Эр Продактс Энд Кемикалз, Инк. | SINGAS OBTAINED BY PLASMA GASIFICATION |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102599461B1 (en) | Ammonia synthesis gas production method | |
| US6775987B2 (en) | Low-emission, staged-combustion power generation | |
| JP5933704B2 (en) | Method for reforming methane-containing gas volume flow | |
| RU2759379C2 (en) | Method for ammonia synthesis characterized in low level of co2 emissions into atmosphere | |
| RU2011146212A (en) | METHOD FOR JOINT PRODUCTION OF SYNTHESIS GAS AND ELECTRICITY | |
| JP4059546B2 (en) | Method for producing a combination of synthesis gas and electrical energy | |
| EP3419929B1 (en) | Carbon monoxide production process optimized by soec | |
| US20230257275A1 (en) | Method for improving efficiency of an ammonia synthesis gas plant | |
| US11001547B2 (en) | System and method for producing methanol | |
| JP2011068891A (en) | Carbon capture cooling system and method | |
| UA119810C2 (en) | Process for the ammonia production | |
| EP4324549A1 (en) | Method for recycling unused gas in membrane reactor | |
| CN109181776B (en) | Coal-based poly-generation system and method for integrated fuel cell power generation | |
| RU2648914C2 (en) | Method of hydrogen production and energy generation | |
| WO2019120999A1 (en) | Process for producing a hydrogen-containing synthesis gas | |
| JPH06256239A (en) | Production of methanol | |
| RU2605991C1 (en) | Method for production of synthesis gas | |
| US3582296A (en) | Gasifying process | |
| JPH04364142A (en) | Synthetic process for methanol and its plant | |
| US10336674B2 (en) | Process and system for chemical synthesis | |
| CN113772625A (en) | High-efficiency hydrogen production process by using methanol | |
| RU2816114C1 (en) | Method of producing low-carbon hydrogen and electric energy | |
| CN107118818B (en) | Process for synthesizing LNG (liquefied Natural gas) by using methanol purge gas | |
| RU2626291C2 (en) | Energy conversion method | |
| KR101671748B1 (en) | Method for reforming carbon dioxide and method for manufacturing dimethyl ether |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180808 |