|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] 1. Способ получения синтетической газовой смеси, причем данный способ включает следующие стадии: (b) направление углеводородного материала на каталитическое частичное окисление (CPO) для получения исходного синтетического газа, включающего моноксид углерода, водород и диоксид углерода; (c) добавление жидкой воды к исходному синтетическому газу, полученному на стадии (b), в достаточном количестве для получения синтетической газовой смеси, включающей H 2 O в качестве основного компонента. 2. Способ по п.1, в котором количество вводимой жидкой воды является таким, что она составляет от 30 до 60 об.% по отношению к общему объему смеси. 3. Способ по п.1 или 2, в котором жидкую воду предварительно нагревают до температуры, составляющей от 120 до 250°C. 4. Способ получения газовой смеси, включающей водород и диоксид углерода, причем данный способ включает стадии (b)-(c), как определено в п.1, и введение синтетической газовой смеси в (d) реакцию конверсии водяного газа для обеспечения взаимодействия моноксида углерода с водой с образованием газовой смеси, включающей водород и диоксид углерода. 5. Способ по п.4, дополнительно включающий отделение CO 2 от газовой смеси, включающей водород и диоксид углерода, таким образом, чтобы получить газовую смесь, обогащенную Н 2 . 6. Способ получения водорода, включающий стадии (b)-(d), как определено в п.4, и отделение водорода от газовой смеси. 7. Способ получения газовой смеси, обогащенной H 2 , включающий стадии (b)-(d), как определено в п.4, и отделение CO 2 от газовой смеси, включающей водород и диоксид углерода. 8. Способ получения мочевины, включающий стадии (b)-(d), как определено п.4, отделение CO 2 от газовой смеси, включающей водород и диоксид углерода, и использование полученного CO 2 для получения мочевины.
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
1. Способ получения синтетической газовой смеси, причем данный способ включает следующие стадии: (b) направление углеводородного материала на каталитическое частичное окисление (CPO) для получения исходного синтетического газа, включающего моноксид углерода, водород и диоксид углерода; (c) добавление жидкой воды к исходному синтетическому газу, полученному на стадии (b), в достаточном количестве для получения синтетической газовой смеси, включающей H 2 O в качестве основного компонента. 2. Способ по п.1, в котором количество вводимой жидкой воды является таким, что она составляет от 30 до 60 об.% по отношению к общему объему смеси. 3. Способ по п.1 или 2, в котором жидкую воду предварительно нагревают до температуры, составляющей от 120 до 250°C. 4. Способ получения газовой смеси, включающей водород и диоксид углерода, причем данный способ включает стадии (b)-(c), как определено в п.1, и введение синтетической газовой смеси в (d) реакцию конверсии водяного газа для обеспечения взаимодействия моноксида углерода с водой с образованием газовой смеси, включающей водород и диоксид углерода. 5. Способ по п.4, дополнительно включающий отделение CO 2 от газовой смеси, включающей водород и диоксид углерода, таким образом, чтобы получить газовую смесь, обогащенную Н 2 . 6. Способ получения водорода, включающий стадии (b)-(d), как определено в п.4, и отделение водорода от газовой смеси. 7. Способ получения газовой смеси, обогащенной H 2 , включающий стадии (b)-(d), как определено в п.4, и отделение CO 2 от газовой смеси, включающей водород и диоксид углерода. 8. Способ получения мочевины, включающий стадии (b)-(d), как определено п.4, отделение CO 2 от газовой смеси, включающей водород и диоксид углерода, и использование полученного CO 2 для получения мочевины.
Евразийское 025547 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.01.30
(21) Номер заявки 201391711
(22) Дата подачи заявки 2012.06.25
(51) Int. Cl.
C01B 3/38 (2006.01) C01B 3/48 (2006.01) C07C273/04 (2006.01)
(54)
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПРОМЕЖУТОЧНОГО СИНТЕТИЧЕСКОГО ГАЗА, ПОДХОДЯЩЕГО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВОДОРОДА
(31) 11171172.7
(32) 2011.06.23
(33) EP
(43) 2014.03.31
(86) PCT/NL2012/050443
(87) WO 2012/177136 2012.12.27
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
СТАМИКАРБОН Б.В. ЭКТИНГ АНДЕР ДЗЕ НЕЙМ ОФ ЭмТи ИННОВЕЙШН СЕНТЕР (NL)
(72) Изобретатель:
Иакваньелло Гаэтано, Куккиелла Барбара, Антонетти Елена (IT)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU)
(56) FR-A1-2848548 EP-A2-1903001 EP-A2-1433746 US-A1-2005268554 US-A1-2002155061
(57) Описан способ производства синтетической газовой смеси путем каталитического частичного окисления. Синтетическая газовая смесь является подходящей в качестве промежуточного продукта в производстве водорода. Согласно настоящему изобретению перед реакцией конверсии водяного газа синтетический газ охлаждают жидкой водой. Таким способом достигается преимущество, предотвращающее проблему образования металлической пыли, и получается газовая смесь, включающая водяной пар, что является особенно подходящим для реакции конверсии водяного газа в производстве водорода.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу производства синтетического газа путем каталитического частичного окисления. Согласно другому аспекту настоящее изобретение относится к способу производства аммиака и/или мочевины с использованием синтетического газа, полученного первым способом. Согласно следующему аспекту настоящее изобретение относится к способу производства водорода.
Уровень техники, к которой относится изобретение
Синтетический газ (который сокращенно называют "синтез-газ") включает моноксид углерода (CO) и водород (H2) и представляет собой важный источник для производства H2. Традиционный промышленный способ производства синтетического газа в промышленном масштабе представляет собой паровой риформинг, в процессе которого углеродсодержащий материал реагирует с водой в форме пара. Другой способ, который становится все более важным, включает направление углеродсодержащего материала на каталитическое частичное окисление. Настоящее изобретение относится к способу этого типа, который далее называется "способ CPO".
В типичном способе CPO, используемом для производства H2, углеродсодержащий материал направляют на каталитическое частичное окисление, после которого вводят водяной пар, и осуществляется реакция конверсии водяного газа. В данной реакции конверсии водяного газа моноксид углерода реагирует с водой таким образом, что получаются диоксид углерода и водород. Поскольку реакция CPO является экзотермической, выделяется тепло. При температурах на выпуске реактора CPO может возникать проблема коррозии, которая называется термином "образование металлической пыли". Образование металлической пыли представляет собой катастрофическую форму коррозии, которая возникает при воздействии на уязвимые материалы среды с высокой активностью углерода.
Коррозия проявляется как разрушение сплошного металла и образование металлического порошка. Это может сокращать срок службы оборудования и способно вызывать проблемы загрязнения конечного продукта, получаемого на таком оборудовании. Образование металлической пыли в случае любого данного материала происходит, как правило, в относительно узком интервале (от 100 до 300°C) температурного режима от 400 до 900°C. Конкретный температурный интервал уязвимости зависит от материала, состава газа, термодинамических и кинетических характеристик. В случае типичного состава синтетического газа критический температурный интервал находится в пределах от 450 до 750°C.
Считается, что явление образования металлической пыли при обработке синтетического газа вызвано осаждением углерода на металлы, которые представляют собой конструкционные материалы. Механизм, определяющий явление образования металлической пыли, не вполне понятен, но известно, что повышенная концентрация CO в газе, выходящем из реактора CPO, по сравнению с реактором парового риформинга, усиливает явление образования металлической пыли.
Данное явление происходит, в частности, ниже по потоку относительно реактора CPO, где исходная синтетическая газовая смесь подвергается охлаждению перед реакцией конверсии водяного газа. В результате охлаждения газ проходит температурный интервал, в котором должно происходить образование металлической пыли. Как правило, уменьшение температуры осуществляют, используя технологический газовый котел (PGB), который представляет собой теплообменник, предназначенный для быстрого уменьшения температуры технологического газа до температуры, подходящей для реакции конверсии водяного газа. Таким образом, PGB также следует защищать от образования металлической пыли. Известный способ уменьшения данного явления заключается в том, чтобы конструкция технологического газового котла предусматривала минимальную продолжительность выдерживания, составляющую предпочтительно менее чем 2 с, предпочтительно от 0,25 до 1 с, предпочтительнее от 0,25 до 0,5 с. Однако на практике трудно конструировать и эксплуатировать PGB с меньшей продолжительностью выдерживания, потому что уменьшение продолжительности выдерживания приводит к очень высокой скорости газа, которая, в свою очередь, может усиливать проблемы, связанные с материалом.
Международная патентная заявка WO 2010/144544 A1 описывает способ производства синтетического газа из биомассы. Этот документ представляет переработку биомассы под действием солнечной энергии и снижение температуры после реакции для предотвращения обратной реакции разнообразными средствами, например, путем косвенного теплообмена или путем быстрого охлаждения водой. Согласно данному описанию быстрое охлаждение в течение, например, от 0,1 до 10 с, способно уменьшать явление образования металлической пыли. Здесь отсутствует описание конкретных проблем, связанных с использованием реакции каталитического частичного окисления, после которой следует реакция конверсии водяного газа (WGS), т.е. усиление коррозионной активности и необходимость регулирования соотношения водяного пара и газа (S/G) перед реакцией WGS. Согласно данному описанию, как правило, требуется температура, составляющая менее чем 800°C, чтобы предотвращать обратную реакцию и оптимизировать количество синтетического газа.
Таким образом, оказывается желательным предложение способа, с помощью которого можно производить синтетический газ и частично или полностью устранять условия, которые могли бы способствовать явлению образования металлической пыли.
Сущность изобретения
Для лучшего выполнения одного или нескольких из вышеупомянутых требований настоящее изобретение представляет согласно одному аспекту способ производства синтетической газовой смеси, причем данный способ включает следующие стадии:
(a) изготовление композиции, включающей углеводородный материал;
(b) направление углеводородного материала на каталитическое частичное окисление (CPO) для получения исходного синтетического газа, включающего моноксид углерода, водород и диоксид углерода;
(c) введение жидкой воды в исходный синтетический газ, полученный на стадии (b), в достаточном количестве для получения синтетической газовой смеси, включающей H2O в качестве основного компонента.
Согласно другому аспекту настоящее изобретение относится к способу производства газовой смеси, включающей водород и диоксид углерода, причем данный способ включает вышеупомянутые стадии (a)-(c) и введение синтетической газовой смеси в (d) реакцию конверсии водяного газа таким образом, чтобы реагировали моноксид углерода и вода с образованием газовой смеси, включающей водород и диоксид углерода.
Согласно следующему аспекту, настоящее изобретение предлагает производство водорода способом, включающим вышеупомянутые стадии (a)-(d) и отделение водорода от газовой смеси.
Согласно следующему аспекту, настоящее изобретение представляет способ производства мочевины, включающий вышеупомянутые стадии (a)-(d), отделение CO2 от газовой смеси, включающей водород и диоксид углерода, для получения газовой смеси, обогащенной водородом, реакцию обогащенной водородом газовой смеси с N2 для получения аммиака и реакцию аммиака с отделенным CO2 в условиях образования мочевины.
Согласно следующему аспекту настоящее изобретение относится к использованию жидкой воды для цели установления объемного процентного соотношения водяного пара и газа (S/G) в синтетической газовой смеси, вводимой в реакцию конверсии водяного газа для производства водорода.
Согласно следующему аспекту, настоящее изобретение относится к установке для производства водорода, причем указанная установка включает реактор каталитического частичного окисления и реактор конверсии водяного газа, находящийся ниже по потоку относительно реактора каталитического частичного окисления, причем инжектор для воды находится газовым выпуском реактора каталитического частичного окисления и газовым впуском реактора конверсии водяного газа.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет технологическую схему, иллюстрирующую один вариант осуществления настоящего изобретения для производства синтетического газа с оптимальным соотношением водяного пара и газа (S/G) для реакции конверсии без введения водяного пара при исключении возможного попадания в критический интервал температур, в котором происходит явление образования металлической пыли.
Фиг. 2 представляет технологическую схему, иллюстрирующую второй вариант осуществления настоящего изобретения, в котором синтетический газ служит для получения потока чистого H2.
Подробное описание изобретения
В широком смысле настоящее изобретение основано на разумном понимании того, что введение жидкой воды способно выполнять двойную функцию в области производства синтетического газа путем CPO. Соответственно, вода служит обеспечению желательного быстрого охлаждения, а также позволяет производить газовую смесь, имеющую более желательный состав для реакции конверсии водяного газа.
Следует понимать, что теплообмен, который происходит при введении жидкой воды в исходную синтетическую газовую смесь, приводит к испарению воды, и, таким образом, в газовую смесь попадает водяной пар. Количество добавляемой жидкой воды является таким, что водяной пар (т.е. H2O в газовой фазе) становится основным компонентом газовой смеси. Термин "основной" означает, что H2O присутствует в наибольшем относительном количестве.
Добавление жидкой воды служит обеспечению быстрого охлаждения, что, в свою очередь, позволяет избежать явления образования металлической пыли, которое в противном случае происходило бы в температурном интервале от 450 до 750°C. Кроме того, стадия введения жидкой воды не только представляет собой изящный способ обеспечения быстрого охлаждения, но также означает, что путем регулирования вводимого количества жидкой воды можно регулировать состав всей газовой смеси.
Углеводородный материал может представлять собой один углеводород, смесь углеводородов или любой другой состав, включающий по меньшей мере один углеводород. Предпочтительные источники представляют собой природный газ (CH4), жидкие углеводороды, например бензин или тяжелый бензин, продукты газификации угля, биомассы и газификационной переработки отходов для производства энергии.
Углеводородный материал может находиться в газообразном состоянии (например, метан или природный газ) и/или в жидком состоянии, а также производиться из биомассы; углеводородный материал может быть подходящим для непосредственного введения в реактор CPO, или его можно предварительно обрабатывать для отделения каких-либо примесей, такие как соединения серы, которые могут присутст
вовать.
Специалистам в данной области техники известны реакторы CPO. Реактор CPO обычно включает реакционную зону, которую составляет вертикальный цилиндрический стальной напорный резервуар, футерованный огнеупорным материалом. Как правило, реактор CPO отличается от реакторов автотермального риформинга, поскольку последние включают горелку, которая обычно отсутствует в реакторе
CPO.
Способ CPO используют, чтобы получать синтетический газ или синтез-газ, включающий CO, CO2
и H2.
Специалистам в данной области техники известна реакция CPO. Ее обычно осуществляют, используя реактор каталитического частичного окисления, включающий подходящий каталитический слой, который служит для катализа частичного окисления углеводорода с образованием CO и H2. Следует понимать, что возможно образование в некоторой степени продукта полного окисления, т.е. CO2.
Специалистам в данной области техники известен термин "CPO", который также часто называется "SCT-CPO". SCT-CPO означает каталитическое частичное окисление с кратковременным контактом. Реакция CPO происходит в реакторе под действием катализатора при продолжительности выдерживания, составляющей от 10-2 до 10-4 и при типичной продолжительности контакта с поверхностью катализатора, составляющей приблизительно 10-6 с-1. Эта продолжительность контакта соответствует типичной объемной скорости, составляющей от 100000 до 250000 ч-1 и предпочтительно от 100000 до 200000 ч-1. Катализаторы, используемые для SCT-CPO, включают Ni, Pd, Pt, Rh или Ru. Реакция происходит при температуре поверхности катализатора, превышающей 950°C, предпочтительно превышающей 1000°C. Использование указанных значений короткой продолжительности контакта и высокой температуры поверхности катализатора в значительной степени способствует образованию CO и подавляет образование углерода или CO2. В результате этого получается в высокой степени благоприятный состав синтетического газа. Описание CPO представлено в статье (a) L. Basini Catalysis Today, 2006 г., т. 117, с. 384-393. Другие документы представляют собой следующие: (b) L. Basini K. Aasberg-Petersen, A. Guarinoni, M. Oestberg, "Каталитическое частичное окисление природного газа при повышенном давлении и малой продолжительности выдерживания", Catalysis Today, 2001 г., т. 64, с. 9-20; (с) Н. Hickman, L. D. Schmidt, J. Catal., 1992 г., т. 138, с. 267; (d) D. Hichman, L. D. Schmidt, Science, 1993 г., т. 259, с. 343; (e) L. Basini, G. Donati, международная патентная заявка WO 97/37929; (f) Domenico Sanfilippo, Luca Basini, Mario Marchionna, европейская патентная заявка EP 640559; (g) D. Schaddenhorst, R. J. Schoonebeek, международная патентная заявка WO 00/00426; (h) К. L. Hohn, L. D. Schmidt, S. Reyes, J. S. Freeley, международная патентная заявка WO 01/32556; (i) A. M. Gaffney, R. Songer, R. Ostwald, D. Corbin, Международная патентная заявка WO 01/36323.
Согласно настоящему изобретению исходный синтетический газ, получаемый в результате реакции CPO, модифицируют путем добавления жидкой воды. Так получается полезная газовая смесь, включающая компоненты синтетического газа, а также Н2О в качестве основных компонентов. Введение воды в исходную синтетическую газовую смесь осуществляют предпочтительно путем непосредственного впрыскивания предварительно нагретой воды в газ на выпуске реактора CPO. Устанавливая в реакторе CPO надлежащие технологические условия (соотношение кислорода и углерода (O2/C) и соотношение водяного пара и углерода (S/C)) и температуру нагреваемой вводимой воды (как правило, это питательная бойлерная вода (BFW), используемая для этой цели), получают оптимальное соотношение S/G без какого-либо дополнительного введения водяного пара и надлежащую температуру на впуске реактора WGS без необходимости установки технологического газового котла (PGB) ниже по потоку относительно реактора CPO. Путем регулирования температуры и/или количества добавляемой жидкой воды специалист в данной области техники может относительно просто определять желательный состав и температуру получаемой синтетической газовой смеси. Проще говоря, при относительно низкой температуре воды требуется меньшее количество воды для охлаждения исходного синтетического газа, и наоборот. Согласно одному аспекту настоящее изобретение реализует совершенно неожиданное явление, а именно, что количество воды, требуемое для осуществления охлаждения, а также для регулирования соотношения S/G, оказывается в таком интервале, в котором можно осуществлять регулирование путем изменения температуры предварительно нагреваемой воды.
Данная синтетическая газовая смесь предпочтительно служит в качестве промежуточного продукта в производстве водорода, включающем реакцию конверсии водяного газа. В этом случае оказывается предпочтительным уменьшение температуры исходной синтетической газовой смеси (от типичного значения, составляющего, например, от 950 до 1050°C) до уровня ниже 450°C и предпочтительно ниже 400°C. Надлежащая температура воды, вводимой ниже по потоку относительно реактора CPO, предпочтительно достигается путем использования тепла от синтетического газа на выпуске реактора конверсии водяного газа для предварительного нагревания воды.
Для цели производства водорода смесь вводят в реакцию конверсии водяного газа. Для этой цели смесь направляют в реактор конверсии водяного газа (WGSR), в котором газовая смесь, включающая моноксид углерода и водяной пар, превращается в водород и диоксид углерода. Как правило, реакцию WGS осуществляют, используя одностадийный или многостадийный способ для достижения желатель
ной степени и скорости конверсии. В многостадийном способе высокотемпературную стадию (HTS) осуществляют при температуре, составляющей от 300 до 450°C, и, как правило, в присутствии катализатора на основе железа, такого как Fe/Cr. На стадии HTS подвергается конверсии наибольшее количество CO, составляющее, как правило, более чем 90%, в том числе от 96 до 98%. На следующей стадии, т.е. среднетемпературной стадии или низкотемпературной стадии (MTS или LTS), рабочая температура составляет приблизительно от 180 до 280°C, и, как правило, используют медно-цинковый катализатор на подложке из оксида алюминия (катализатор Cu/Zn/Al). На этих последних стадиях остаточная концентрация CO в выпускаемом потоке снижается, как правило, до уровня от 0,1 до 0,3%.
Газовый поток, выходящий из реактора WGS, содержит, главным образом, водород и диоксид углерода. Необязательно водород отделяют от этого потока, используя абсорбцию при переменном давлении (PSA) для получения потока чистого водорода. Существуют несколько вариантов для последующей обработки газовой смеси, образующейся в результате реакции конверсии водяного газа. Например, для производства водорода можно отделять водород от газовой смеси. Кроме того, можно использовать данный способ для непосредственного производства водорода и диоксида углерода.
Согласно конкретному варианту осуществления данный способ используется для производства аммиака и мочевины. Для этой цели почти весь CO2 отделяют от газовой смеси, включающей водород и диоксид углерода, таким образом, что получается газовая смесь, обогащенная водородом. Последний реагирует с N2 таким образом, что получается аммиак. Эта реакция хорошо известна, и специалистам в данной области техники знакомы способы данного производства и установки для их осуществления. После этого аммиак реагирует с отделенным CO2 в условиях образования мочевины. Данная реакция также хорошо известна, и специалистам в данной области техники знакомы способы данного производства и установки для их осуществления. Таким образом, настоящее изобретение предлагает весьма экономичный способ использования компонентов получаемой газовой смеси в производстве мочевины, представляющей собой важное химическое соединение, производимое в больших количествах. Преимущество использования описанной выше схемы вместо традиционного способа парового риформинга заключается в том, что весь CO2 присутствует в реакционной смеси, и по этой причине его можно легко отделять. В традиционном способе парового риформинга только часть CO2 присутствует в реакционной смеси, причем значительное количество CO2 присутствует в отходящих газах, образующихся в результате горения топлива, которое необходимо для обеспечения теплоты реакции.
Кроме того, настоящее изобретение предлагает установку для производства водорода. В связи с вышеупомянутыми вариантами осуществления данного способа установка включает реактор каталитического частичного окисления и реактор конверсии водяного газа, находящийся ниже по потоку относительно реактора каталитического частичного окисления. Следует понимать, что реактор каталитического частичного окисления может включать традиционные элементы такого реактора. Они включают, например, впуск исходных углеводородов, секцию синтеза, включающую каталитический слой, и выпуск для образующегося синтетического газа. Кроме того, реактор конверсии водяного газа также включает традиционные для него элементы, такие как впуск синтетического газа, камеру реактора и выпуск для образующегося потока, содержащего водород. В соответствии с настоящим изобретением инжектор для воды расположен между газовым выпуском реактора каталитического частичного окисления и газовым впуском реактора конверсии водяного газа. Данный инжектор может присутствовать в форме отдельного блока быстрого охлаждения, включающего камеру быстрого охлаждения, оборудованную устройством для впрыскивания воды. Он может быть также установлен как инжектор в трубопроводной системе.
Согласно предпочтительному варианту осуществления нагреватель, как правило, теплообменник, установлен дополнительно к инжектору, предпочтительно выше по потоку относительно инжектора, таким образом, чтобы предварительно нагревать воду перед ее использованием.
Далее настоящее изобретение будет описано в отношении конкретных вариантов осуществления и со ссылками на определенные чертежи; однако настоящее изобретение ограничивается не данными вариантами и чертежами, а исключительно формулой изобретения. Никакую ссылку на условные обозначения в формуле изобретения не следует истолковывать в качестве ограничения его объема. Описанные чертежи представляют собой исключительно схемы, но они не являются ограничительными. На данных чертежах размеры некоторых элементов могут быть преувеличенными и не соответствующими действительному масштабу в иллюстративных целях. Если термин "включающий" используется в описании и формуле настоящего изобретения, он не исключает другие элементы или стадии. Если неопределенный или определенный артикль используется для обозначения имени существительного в единственном числе, например "a" или "an", "the", данное обозначение относится также к множественному числу данного имени существительного, если другое условие не установлено определенным образом. Все соотношения, такие как соотношение водяного пара и газа (S/G), соотношение водяного пара и углерода (S/C) и соотношение кислорода и углерода (О/С) представлены как объемные соотношения (об.%).
Подробное описание чертежей
На фиг. 1 в схематической форме проиллюстрирован первый вариант осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 1 представляет технологическую блок-схему, включая следующие секции:
100 - секция каталитического частичного окисления (CPO);
101 - секция быстрого охлаждения;
102 - секция первой высокотемпературной конверсии (HTS);
103 - секция производства водяного пара;
104 - секция предварительного нагревания исходного материала;
105 - секция второй высокотемпературной конверсии (HTS);
106 - секция предварительного нагревания бойлерной питательной воды (BFW);
107 - секция производства водяного пара низкого давления;
108 - секция предварительного нагревания кислорода;
120 - реактор отделения серы;
121 - печь.
В синтетический газовый поток из реактора CPO 100 вода поступает в секцию 101 для охлаждения синтетического газа до температуры, составляющей от 320 до 350°C, которая представляет собой надлежащую температуру для осуществления высокотемпературной реакции конверсии водяного газа и которая находится за пределами критического температурного интервала для явления образования металлической пыли. Если не определены другие условия, все процентные доли представляют собой объемные процентные доли.
Синтетический газ выходит из секции быстрого водяного охлаждения 101 в качестве продукта, содержащего приблизительно 32,7% H2, 0,5% непрореагировавшего CH4, 2,6% CO2, 16,7% CO и 47,5% H2O.
Вследствие введения воды соотношение водяного пара и газа (S/G) в потоке 6 увеличивается до уровня, составляющего от 0,9 до 1, который представляет собой оптимальный уровень для последующей конверсии.
Согласно настоящему изобретению в результате обоснованной стадии, служащей для регулирования количества добавляемой воды, смесь, поступающая в реактор конверсии водяного газа (WGS), имеет надлежащий состав для оптимальной реакции. Это относится к стадии (c), в процессе которой жидкую воду вводят в достаточном количестве для получения синтетической газовой смеси, включающей в отличие от описаний предшествующего уровня техники Н2О в качестве компонента, который присутствует в смеси в наибольшем количестве по отношению к другим компонентам, т.е. в качестве основного компонента.
Предпочтительно количество вводимой жидкой воды является таким, что она составляет от 30 до 60 об.% по отношению к суммарному объему смеси.
Предпочтительно в дополнение к регулированию количества добавляемой воды регулируют также температуру добавляемой воды таким образом, чтобы эта температура находилась в интервале от 120 до 250°C. В результате этого смесь, поступающая в реактор WGS, имеет надлежащий состав и температуру для оптимальной реакции.
Кроме того, сокращается до минимума количество энергии, требуемой для охлаждения после WGS. Соотношение водяного пара и газа (S/G) в смеси, поступающей в реактор WGS, составляет от 0,75 до 1,1 и предпочтительно от 0,9 до 1,0.
Реактор 102 (реактор первой высокотемпературной конверсии) превращает существенную часть CO, присутствующего в потоке 6, в смесь CO2 и H2.
Ниже по потоку относительно реактора 102 и перед реактором 105 второй высокотемпературной конверсии осуществляется производство 103 технологического водяного пара, где образуется водяной пар, необходимый для реактора CPO, и установлен предварительный нагреватель 104 исходного материала, чтобы предварительно нагревать исходный природный газ, поступающий через отделяющий серу реактор 120.
Поток 9 поступает во второй конверсионный реактор 105 для конверсии оставшегося CO в получаемом H2.
В выпускаемом потоке 10 при температуре 345°C остаточное содержание CO составляет 1,8%.
Предварительный нагреватель 106 водяного потока нагревает воду до температуры, составляющей от 150 до 250°C. Типичные уровни манометрического давления составляют от 10 до 40 бар (от 1 до 4 МПа), предпочтительно от 10 до 30 бар (от 1 до 3 МПа), например 20 бар (2 МПа). Секция 107 производства водяного пара низкого давления и кислородный предварительный нагреватель 108 установлены ниже по потоку относительно реактора 105 для охлаждения получаемого синтетического газа.
Согласно одному варианту осуществления газ на выпуске реактора CPO охлаждают в течение периода, составляющего менее чем 100 мс, предпочтительно менее чем 50 мс и предпочтительнее менее чем 30 мс, например 20 мс.
В схему включена печь 121 для повышения температуры водяного пара и исходного материала до уровней, желательных для введения в реактор CPO.
Далее рассмотрим фиг. 2, на которой в схематической форме проиллюстрирован второй вариант осуществления настоящего изобретения.
Для простоты на фиг. 2 не показаны секции и потоки, аналогичные тем, которые представлены на фиг. 1, поэтому представлены только следующие секции:
109 - секция отделения CO2;
110 - секция реактора-метанизатора;
111 - секция высушивателя воды.
Подвергнутый конверсии газ 10 перерабатывают в секции 109 отделения кислых газов. В кислом газовом потоке 13 отделяют CO2 от получаемого синтетического газа. Поток 14 состоит из отделенного CO2.
Поток неочищенного водорода 15 поступает в реактор 110, где CO превращается в CH4, и в реактор 111, где отделяется вода.
Получаемый водород 17 имеет чистоту, составляющую 93,7%, и его можно использовать в приложениях, для которых не требуется высокая чистота H2. Если это желательно, поток H2 можно дополнительно очищать в секции абсорбции при переменном давлении (PSA), который не представлен на чертеже, или в том случае, если не требуется отделенный поток CO2, вместо стадий 109, 110 или 111.
Проиллюстрированные выше варианты осуществления предназначены, чтобы служить как упрощенные схематические представления возможных вариантов осуществления настоящего изобретения. Обычный специалист в области химической технологии должен понимать и учитывать, что конкретные детали любого определенного варианта осуществления могут отличаться, что будет зависеть от расположения и требований рассматриваемой схемы.
Считается, что все альтернативные схемы, пригодные для осуществления настоящего изобретения, должны находиться в пределах способностей специалиста в данной области техники и, таким образом, в пределах объема настоящего изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ получения синтетической газовой смеси, причем данный способ включает следующие стадии:
(b) направление углеводородного материала на каталитическое частичное окисление (CPO) для получения исходного синтетического газа, включающего моноксид углерода, водород и диоксид углерода;
(c) добавление жидкой воды к исходному синтетическому газу, полученному на стадии (b), в достаточном количестве для получения синтетической газовой смеси, включающей H2O в качестве основного компонента.
2. Способ по п.1, в котором количество вводимой жидкой воды является таким, что она составляет от 30 до 60 об.% по отношению к общему объему смеси.
3. Способ по п.1 или 2, в котором жидкую воду предварительно нагревают до температуры, составляющей от 120 до 250°C.
4. Способ получения газовой смеси, включающей водород и диоксид углерода, причем данный способ включает стадии (b)-(c), как определено в п.1, и введение синтетической газовой смеси в (d) реакцию конверсии водяного газа для обеспечения взаимодействия моноксида углерода с водой с образованием газовой смеси, включающей водород и диоксид углерода.
5. Способ по п.4, дополнительно включающий отделение CO2 от газовой смеси, включающей водород и диоксид углерода, таким образом, чтобы получить газовую смесь, обогащенную Н2.
6. Способ получения водорода, включающий стадии (b)-(d), как определено в п.4, и отделение водорода от газовой смеси.
7. Способ получения газовой смеси, обогащенной H2, включающий стадии (b)-(d), как определено в п.4, и отделение CO2 от газовой смеси, включающей водород и диоксид углерода.
8. Способ получения мочевины, включающий стадии (b)-(d), как определено п.4, отделение CO2 от газовой смеси, включающей водород и диоксид углерода, и использование полученного CO2 для получения мочевины.
2.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
025547
- 1 -
(19)
025547
- 1 -
(19)
025547
- 1 -
(19)
025547
- 4 -
025547
- 7 -
|
