RU2675561C1 - Synthetic gas production method - Google Patents
Synthetic gas production method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2675561C1 RU2675561C1 RU2017123236A RU2017123236A RU2675561C1 RU 2675561 C1 RU2675561 C1 RU 2675561C1 RU 2017123236 A RU2017123236 A RU 2017123236A RU 2017123236 A RU2017123236 A RU 2017123236A RU 2675561 C1 RU2675561 C1 RU 2675561C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixture
- conversion
- oxidizing agent
- cavity
- gas
- Prior art date
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
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)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к процессу получения синтез-газа путем конверсии углеводородов, а именно к процессам окислительной конверсии. Полученный синтез-газ может быть использован в химической промышленности для производства метанола, диметилового эфира, синтетических жидких углеводородов и других продуктов. Полученный водород после его выделения из смеси газов может быть использован для питания топливных элементов транспортных средств и автономных источников электроснабжения, а также в качестве сырья и восстановителя в химической, нефтехимической, металлургической и других отраслях промышленности.The invention relates to a process for producing synthesis gas by conversion of hydrocarbons, and in particular to processes of oxidative conversion. The resulting synthesis gas can be used in the chemical industry for the production of methanol, dimethyl ether, synthetic liquid hydrocarbons and other products. The hydrogen obtained after its separation from the gas mixture can be used to power the fuel cells of vehicles and autonomous power sources, as well as raw materials and reducing agents in the chemical, petrochemical, metallurgical and other industries.
Основными промышленными способами получения синтез газа в настоящее время являются паровой, парокислородный и автотермический риформинг природного газа или угля. В случае необходимости промышленного получения водорода его выделяют различными методами из полученного синтез-газа (смеси Н2 и СО). Дополнительное количество водорода получают, конвертируя СО в присутствии водяного пара в водород и CO2.The main industrial methods for producing synthesis gas at present are steam, vapor-oxygen and autothermal reforming of natural gas or coal. If industrial production of hydrogen is necessary, it is isolated by various methods from the obtained synthesis gas (a mixture of H 2 and CO). An additional amount of hydrogen is obtained by converting CO in the presence of water vapor into hydrogen and CO 2 .
Однако эти способы требуют применения дорогостоящих катализаторов и отличаются высокой сложностью и громоздкостью оборудования, большими удельными капитальными затратами, что делает их малопригодными для создания небольших автономных источников синтез-газа и водорода.However, these methods require the use of expensive catalysts and are characterized by high complexity and cumbersome equipment, large specific capital costs, which makes them unsuitable for creating small autonomous sources of synthesis gas and hydrogen.
Из уровня техники [патент RU 2320531 С2, опубл. 27.03.2008] известен способ получения синтез-газа, осуществляемый в проточном двухкамерном реакторе в турбулентном режиме при горении смеси углеводородного сырья и окислителя. Дополнительно к указанной смеси в проточный реактор подают перегретый водяной пар в количестве 5-20 мас. % по отношению к массе поданного углерода в виде углеводородного сырья. Производят воспламенение трехкомпонентной смеси в камере сгорания струей горячего газа из внешнего источника, давление в котором при воспламенении превышает давление в первой камере. Продукты сгорания из первой камеры реактора через сопло с критическим перепадом давления направляют во вторую камеру и продолжают процесс горения до содержания кислорода в продуктах горения не более 0,3 об. %.The prior art [patent RU 2320531 C2, publ. March 27, 2008] there is a known method for producing synthesis gas, carried out in a flow-through two-chamber reactor in a turbulent mode by burning a mixture of hydrocarbon feedstocks and an oxidizing agent. In addition to this mixture, superheated steam in an amount of 5-20 wt. % relative to the weight of the supplied carbon in the form of hydrocarbons. The three-component mixture is ignited in the combustion chamber by a stream of hot gas from an external source, the pressure of which during ignition exceeds the pressure in the first chamber. The combustion products from the first reactor chamber through a nozzle with a critical pressure drop are sent to the second chamber and the combustion process is continued until the oxygen content in the combustion products is not more than 0.3 vol. %
К недостатку такого способа можно отнести его низкую эффективность, которая связана с высоким расходом окислителя и невозможностью конверсии углеводородных смесей с высоким содержанием негорючих компонентов, имеющих низкую теплотворную способность.The disadvantage of this method can be attributed to its low efficiency, which is associated with a high consumption of oxidizing agent and the inability to convert hydrocarbon mixtures with a high content of non-combustible components having a low calorific value.
Также из уровня техники [патент RU 2374173 С1, опубл. 27.11.2009] известен способ получения синтез-газа при горении смеси углеводородного сырья с окислителем с коэффициентом избытка окислителя менее 1 при температуре менее 1400 K внутри одной или нескольких полостей, полностью или частично образованных материалом, проницаемым для смеси углеводородного сырья с окислителем. Причем ввод смеси углеводородного сырья с окислителем производят через проницаемое дно полости/полостей, или через проницаемые стенки полости/полостей, или через проницаемые стенки и дно полости/полостей, а вывод продуктов горения осуществляют через верхнее сечение полости/полостей.Also from the prior art [patent RU 2374173 C1, publ. November 27, 2009] there is a known method for producing synthesis gas by burning a mixture of hydrocarbon feedstocks with an oxidizing agent with an oxidizer excess ratio of less than 1 at a temperature of less than 1400 K inside one or more cavities formed in whole or in part by a material permeable to a mixture of hydrocarbon feedstocks with an oxidizing agent. Moreover, the mixture of hydrocarbon feedstocks with the oxidizing agent is introduced through the permeable bottom of the cavity / cavities, or through the permeable walls of the cavity / cavities, or through the permeable walls and the bottom of the cavity / cavities, and the combustion products are removed through the upper section of the cavity / cavities.
Недостатком данного способа является его недостаточная эффективность, связанная с большой потерей тепла с отходящими газами и, как следствие, невозможностью конверсии углеводородных смесей с высоким содержанием негорючих компонентов, имеющих низкую теплотворную способность.The disadvantage of this method is its lack of effectiveness, associated with a large loss of heat from the exhaust gases and, as a consequence, the inability to convert hydrocarbon mixtures with a high content of non-combustible components having a low calorific value.
Известен способ получения синтез-газа при горении смеси углеводородного сырья с окислителем с коэффициентом избытка окислителя менее 1 при температуре менее 1400 K внутри полости, полностью или частично образованной объемной матрицей, проницаемой для смеси газа с окислителем. Ввод смеси углеводородного сырья с окислителем производят через проницаемое дно полости, или через проницаемые стенки полости, или через проницаемые стенки и дно полости, а вывод продуктов горения - через верхнее сечение полости. Смесь углеводородного сырья с окислителем или один из этих газов в полном объеме или частично перед вводом в полость нагревают за счет тепла, выделяемого продуктами горения. Матрицу дополнительно подогревают тепловым излучением, отраженным от проницаемого для продуктов горения экрана, размещенного в полости матрицы [патент RU 2374173 С1, опубл. 27.11.2009]. Данное техническое решение выбрано за прототип.A known method of producing synthesis gas by burning a mixture of hydrocarbons with an oxidizing agent with an excess coefficient of an oxidizing agent of less than 1 at a temperature of less than 1400 K inside the cavity, fully or partially formed by a bulk matrix, permeable to the mixture of gas with an oxidizing agent. The mixture of hydrocarbons with the oxidizing agent is introduced through the permeable bottom of the cavity, or through the permeable walls of the cavity, or through the permeable walls and the bottom of the cavity, and the output of combustion products through the upper section of the cavity. A mixture of hydrocarbon feed with an oxidizing agent or one of these gases is heated in full or in part before being introduced into the cavity due to the heat generated by the combustion products. The matrix is additionally heated by thermal radiation reflected from a permeable to combustion products screen placed in the cavity of the matrix [patent RU 2374173 C1, publ. 11/27/2009]. This technical solution is selected as a prototype.
Недостатком прототипа является низкая конверсия исходного углеводородного сырья, нестабильность процесса конверсии, сопровождаемого большими колебаниями температуры рабочей поверхности матрицы и, соответственно, состава получаемого синтез-газа, что также приводит к повышенному сажеобразованию и необходимости мер по очистке получаемого синтез-газа от сажи.The disadvantage of the prototype is the low conversion of the hydrocarbon feedstock, the instability of the conversion process, accompanied by large fluctuations in the temperature of the working surface of the matrix and, accordingly, the composition of the resulting synthesis gas, which also leads to increased soot formation and the need for measures to purify the resulting synthesis gas from soot.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка такого способа получения синтез-газа, при котором повысится конверсия исходного углеводородного сырья и будет достигаться стабильный температурный режим конверсии и низкое сажеобразования.The objective of the invention is to develop such a method for producing synthesis gas, in which the conversion of the feed hydrocarbon is increased and a stable temperature regime of conversion and low soot formation are achieved.
Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, заключается в достижении более глубокой конверсии исходного углеводородного сырья, более стабильного температурного режима конверсии углеводородного сырья и снижении сажеобразования по сравнению с прототипом.The technical result achieved by the present invention is to achieve a deeper conversion of the original hydrocarbon feedstock, a more stable temperature regime of the conversion of hydrocarbon feedstock and reduce soot formation compared to the prototype.
Указанный технический результат достигается способом получения синтез-газа при горении смеси углеводородного сырья с окислителем с коэффициентом избытка окислителя менее 1, осуществляемым внутри полости, полностью или частично образованной объемной матрицей, проницаемой для смеси газа с окислителем, согласно которому для стабилизации процесса в реакционную смесь предварительно примешивают водяной пар, нагретый до температуры 400-600 K в количестве до 100 об. % от подаваемого углеводородного сырья.The specified technical result is achieved by the method of producing synthesis gas by burning a mixture of hydrocarbon feedstocks with an oxidizing agent with an excess ratio of oxidizing agent of less than 1, carried out inside the cavity, fully or partially formed by a bulk matrix, permeable to the gas-oxidizing mixture, according to which the process is preliminarily stabilized in the reaction mixture admix water vapor heated to a temperature of 400-600 K in an amount of up to 100 vol. % of the supplied hydrocarbon feed.
Настоящее изобретение иллюстрируется следующим примером осуществления предлагаемого способа.The present invention is illustrated by the following example implementation of the proposed method.
Пример 1Example 1
Матричную конверсию метана кислородом проводили в конверторе цилиндрической формы, внутри полости, образованной двумя матричными блоками. Исходная газовая смесь, в том числе и водяной пар, подавалась в торцы конвертора и нагревалась в камерах предварительного подогрева, затем через апертурное кольцо диаметром 150 мм направлялась на матрицы толщиной 8 мм и диаметром 250 мм, выполненные из прессованной фехралевой проволоки. Напротив каждой матрицы был установлен металлический экран с отверстием в центре диаметром 30 мм для выхода конвертированного газа.Matrix conversion of methane by oxygen was carried out in a cylindrical converter inside a cavity formed by two matrix blocks. The initial gas mixture, including water vapor, was fed into the ends of the converter and heated in the preheating chambers, then it was directed through an aperture ring with a diameter of 150 mm to matrices 8 mm thick and 250 mm in diameter, made of pressed fechral wire. Opposite each matrix, a metal screen was installed with a hole in the center with a diameter of 30 mm for the exit of the converted gas.
Первоначально метанокислородную смесь (метан 56 об. %, кислород 44 об. %), с расходом 8 м.куб./час подвергали матричной конверсии в отсутствие подачи водяного пара. Колебания температуры на рабочей стороне матрицы составляли ±150 K. Температура обратной стороны матрицы (сторона на которой не протекает горение) колебалась от 600 до 700 K. Процесс проводили в течение 1 часа, при этом периодически горение начинало протекать на входной стороне матрицы. В результате конверсии получали газовую смесь в количестве 10,4 м.куб./час и сажу в количестве 273 г/час. После осушки газовая смесь содержит (% объемные): 52% водорода, 30% монооксида углерода, 5,3% диоксида углерода и 12,7% метана. Конверсия метана составляет 77,3%.Initially, the methane-oxygen mixture (methane 56 vol.%, Oxygen 44 vol.%), With a flow rate of 8 cubic meters per hour, was subjected to matrix conversion in the absence of water vapor supply. The temperature fluctuations on the working side of the matrix were ± 150 K. The temperature of the back side of the matrix (the side on which combustion does not proceed) ranged from 600 to 700 K. The process was carried out for 1 hour, while periodically combustion began to proceed on the input side of the matrix. As a result of the conversion, a gas mixture in the amount of 10.4 cubic meters per hour and soot in the amount of 273 g / hour were obtained. After drying, the gas mixture contains (% by volume): 52% hydrogen, 30% carbon monoxide, 5.3% carbon dioxide and 12.7% methane. The methane conversion is 77.3%.
К исходной метанокислородной смеси добавили водяной пар нагретый до температуры 400±10 K, в количестве 67 об. % от подаваемого углеводородного сырья (объемное соотношение метан : водяной пар 1,5:1). Колебания температуры на рабочей стороне матрицы не превышали ±50 K. Температура обратной стороны матрицы (сторона на которой не протекает горение) составляла 550±10 K, горения на ее поверхности не наблюдалось. Процесс проводили в течение 5 часов.Water vapor heated to a temperature of 400 ± 10 K in an amount of 67 vol. Was added to the initial methane-oxygen mixture. % of the supplied hydrocarbon feed (volumetric ratio of methane: water vapor 1.5: 1). The temperature fluctuations on the working side of the matrix did not exceed ± 50 K. The temperature of the reverse side of the matrix (the side on which combustion does not proceed) was 550 ± 10 K, and combustion was not observed on its surface. The process was carried out for 5 hours.
В результате конверсии получали газовую смесь в количестве 11,2 м.куб./час и сажу в количестве 119 г/час. После осушки газовая смесь содержала (% объемные): 56% водорода, 33% монооксида углерода, 6,7% диоксида углерода и 4,3% метана. Конверсия метана составляет 92,3%.As a result of the conversion, a gas mixture was obtained in an amount of 11.2 cubic meters / hour and soot in an amount of 119 g / hour. After drying, the gas mixture contained (% by volume): 56% hydrogen, 33% carbon monoxide, 6.7% carbon dioxide and 4.3% methane. The methane conversion is 92.3%.
Пример 2Example 2
Матричную конверсию метана кислородом проводили в конверторе, описанном в примере 1.Matrix conversion of methane with oxygen was carried out in the converter described in example 1.
К исходной метанокислородной смеси добавили водяной пар нагретый до температуры 600±10 K, в количестве 100 об. % от подаваемого углеводородного сырья (объемное соотношение метан : водяной пар 1:1). Колебания температуры на рабочей стороне матрицы не превышали ±50 K. Температура обратной стороны матрицы (сторона на которой не протекает горение) составляла 520±10 K, горения на ее поверхности не наблюдалось. Процесс проводили в течение 3 часов.Water vapor heated to a temperature of 600 ± 10 K in an amount of 100 vol. Was added to the initial methane-oxygen mixture. % of the supplied hydrocarbon feed (volume ratio of methane: water vapor 1: 1). The temperature fluctuations on the working side of the matrix did not exceed ± 50 K. The temperature of the reverse side of the matrix (the side on which combustion does not proceed) was 520 ± 10 K, and combustion was not observed on its surface. The process was carried out for 3 hours.
В результате конверсии получали газовую смесь в количестве 10,9 м.куб./час и сажу в количестве 116 г/час. После осушки газовая смесь содержала (% объемные): 55% водорода, 32% монооксида углерода, 7,5% диоксида углерода и 5,5% метана. Конверсия метана составляет 90,1%.As a result of the conversion, a gas mixture in the amount of 10.9 cubic meters per hour and soot in the amount of 116 g / hour were obtained. After drying, the gas mixture contained (% by volume): 55% hydrogen, 32% carbon monoxide, 7.5% carbon dioxide and 5.5% methane. The methane conversion is 90.1%.
Таким образом, заявленный способ обеспечивает более высокую конверсию исходного углеводородного сырья, достижение существенно более стабильного температурного режима конверсии углеводородного сырья и снижение сажеобразования по сравнению с прототипом.Thus, the claimed method provides a higher conversion of the original hydrocarbon feedstock, achieving a significantly more stable temperature regime for the conversion of hydrocarbon feedstock and reducing soot formation compared to the prototype.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017123236A RU2675561C1 (en) | 2017-06-30 | 2017-06-30 | Synthetic gas production method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017123236A RU2675561C1 (en) | 2017-06-30 | 2017-06-30 | Synthetic gas production method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2675561C1 true RU2675561C1 (en) | 2018-12-19 |
Family
ID=64753140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017123236A RU2675561C1 (en) | 2017-06-30 | 2017-06-30 | Synthetic gas production method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2675561C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU217582U1 (en) * | 2022-12-27 | 2023-04-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (ФИЦ ХФ РАН) | NATURAL GAS AUTO-THERMAL REFORMING REACTOR |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997022547A1 (en) * | 1995-12-18 | 1997-06-26 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | A process for preparing synthesis gas |
| RU2320531C2 (en) * | 2006-05-04 | 2008-03-27 | Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН (ИНХС РАН) | Method of production of synthesis-gas at combustion and device for realization of this method |
| RU2374173C1 (en) * | 2008-06-17 | 2009-11-27 | Владимир Сергеевич Арутюнов | Method of producing synthetic gas |
| RU2574464C1 (en) * | 2014-07-10 | 2016-02-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской академии наук (ИПХФ РАН) | Method for obtaining synthesis-gas from hydrogen-containing raw material in revere flow reactor and reactor for realisation thereof |
-
2017
- 2017-06-30 RU RU2017123236A patent/RU2675561C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997022547A1 (en) * | 1995-12-18 | 1997-06-26 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | A process for preparing synthesis gas |
| RU2320531C2 (en) * | 2006-05-04 | 2008-03-27 | Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН (ИНХС РАН) | Method of production of synthesis-gas at combustion and device for realization of this method |
| RU2374173C1 (en) * | 2008-06-17 | 2009-11-27 | Владимир Сергеевич Арутюнов | Method of producing synthetic gas |
| RU2574464C1 (en) * | 2014-07-10 | 2016-02-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской академии наук (ИПХФ РАН) | Method for obtaining synthesis-gas from hydrogen-containing raw material in revere flow reactor and reactor for realisation thereof |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU217582U1 (en) * | 2022-12-27 | 2023-04-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (ФИЦ ХФ РАН) | NATURAL GAS AUTO-THERMAL REFORMING REACTOR |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11701632B2 (en) | Method and reactor for producing one or more products | |
| Shapovalova et al. | Syngas and hydrogen production from biogas in volumetric (3D) matrix reformers | |
| UA63966C2 (en) | A partial oxidation of light carbohydrates with oxygen by means of electric discharge | |
| RU2320531C2 (en) | Method of production of synthesis-gas at combustion and device for realization of this method | |
| RU2374173C1 (en) | Method of producing synthetic gas | |
| Arutyunov et al. | Experimental studies of natural gas to synthesis gas converters based on permeable cavity matrices | |
| US1965770A (en) | Production of acetylene | |
| WO2013095190A1 (en) | Multistage method for producing a hydrogen-containing gaseous fuel and thermal gas generator plant | |
| RU2675561C1 (en) | Synthetic gas production method | |
| RU2664526C2 (en) | Energy-saving unified method for generating synthesis gas from hydrocarbons | |
| RU177152U1 (en) | DEVICE FOR PRODUCING SYNTHESIS GAS | |
| AU2015276574B2 (en) | Process for heating and gasifying a carbonaceous fuel | |
| AU2015243290B2 (en) | A process for heating an ATR | |
| US1903845A (en) | Process of converting natural gas and similar gaseous hydrocarbons into a mixture ofcarbon monoxide and hydrogen in controlled proportions | |
| JPS5817122B2 (en) | Goseiga no Seihou | |
| US2135695A (en) | Process for producing a mixture of nitrogen and hydrogen | |
| RU2769311C1 (en) | Method for producing hydrogen-containing gas | |
| RU196737U1 (en) | DEVICE FOR PRODUCING HYDROGEN, CARBON MONOXIDE AND ETHYLENE | |
| JP5886443B2 (en) | Syngas production method and apparatus | |
| RU2571149C1 (en) | Methane conversion reactor | |
| US2052149A (en) | Process of making combustible gas | |
| US3415628A (en) | Apparatus for the thermal decomposition of saturated hydrocarbons to produce unsaturated hydrocarbons | |
| RU2412109C1 (en) | Single-step method for producing synthetic gas during combustion and apparatus for realising said method | |
| KR20230019463A (en) | Method and reactor for producing syngas from carbon and hydrogen sources in the presence of an oxygen-flame | |
| Belov | ACETYLENE DETONATION IN A CONSTANT-VOLUME REACTOR TO CREATE ENERGY-EFFICIENT CARBON-NEUTRAL CYCLES |