[go: up one dir, main page]

RU2664138C1 - Компактный реактор для получения синтез-газа из природного/попутного газа в процессе автотермического риформинга - Google Patents

Компактный реактор для получения синтез-газа из природного/попутного газа в процессе автотермического риформинга Download PDF

Info

Publication number
RU2664138C1
RU2664138C1 RU2017128146A RU2017128146A RU2664138C1 RU 2664138 C1 RU2664138 C1 RU 2664138C1 RU 2017128146 A RU2017128146 A RU 2017128146A RU 2017128146 A RU2017128146 A RU 2017128146A RU 2664138 C1 RU2664138 C1 RU 2664138C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reactor
gas
natural
channels
outlet
Prior art date
Application number
RU2017128146A
Other languages
English (en)
Inventor
Михаил Николаевич Михайлов
Дмитрий Александрович Григорьев
Николай Александрович Мамонов
Олег Николаевич Протасов
Алексей Эдуардович Бессуднов
Сергей Александрович Михайлов
Александр Васильевич Сандин
Павел Михайлович Ступаков
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" (ПАО "НК "Роснефть")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" (ПАО "НК "Роснефть") filed Critical Публичное акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" (ПАО "НК "Роснефть")
Priority to RU2017128146A priority Critical patent/RU2664138C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2664138C1 publication Critical patent/RU2664138C1/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32Production 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
    • C01B3/34Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

Изобретение относится к газохимии и касается реакторов для получения синтез-газа из природного/попутного газа в процессе автотермического риформинга. Реактор включает реакторные каналы, частично заполненные катализатором и расположенные параллельно продольной оси реактора, боковой патрубок вывода продукта. При этом он снабжен каналом подачи воздуха с распределителем потока, выход которого расположен напротив выхода реакторных каналов, причем часть катализатора размещена на выходе из реакторных каналов, между реакторными каналами и корпусом реактора. Кроме того, нижний уровень катализатора находится между выходами реакторных каналов и канала подачи воздуха, причем внутренняя площадь поперечного сечения корпуса реактора в 2,5-4 раза больше суммарной внутренней площади поперечного сечения реакторных каналов, а выход канала для подачи воздуха расположен на расстоянии 2-4 внутренних диаметров корпуса напротив выходов реакторных каналов. Технический результат заключается в повышении конверсии природного/попутного газа до величины не менее 85% при производительности по синтез-газу не ниже 7000 м3/(м3 кат·ч) и суммарном остаточном содержании CH4 и CO2 не более 5 об.%. 2 ил., 1 табл., 10 пр.

Description

Изобретение относится к газохимии и касается реакторов для получения синтез-газа из природного/попутного газа в процессе автотермического риформинга.
При автотермическом риформинге в реактор подается смесь природного/попутного газа, пара и кислорода, при этом одна часть углеводородов окисляется кислородом, а другая реагирует с водяным паром, образуя водород и оксиды углерода. Окисление природного/попутного газа обеспечивает высокую температуру, необходимую для проведения парового риформинга. Процесс является комбинацией парциального окисления и парового риформинга. Реакции, протекающие при автотермическом риформинге, на примере метана можно представить в виде следующих уравнений:
Figure 00000001
К преимуществам автотермического риформинга природного/попутного газа относятся высокая степень превращения сырья, возможность получения синтез-газа с широким диапазоном отношения H2/CO в зависимости от условий процесса. Присутствие кислорода в сырье способствует минимизации коксообразования.
Процесс автотермического риформинга природного/попутного газа возможно использовать совместно с блоком получения углеводородов методом Фишера-Тропша в компактном варианте. Для обеспечения работы блока синтеза Фишера-Тропша в компактном варианте при объемной скорости сырья не менее 20000 ч-1 необходим способ осуществления процесса конверсии природного/попутного газа, обеспечивающий получение синтез-газа с мольным соотношением H2/СО от 2 до 3 при производительности не менее 7000 м3/(м3 кат⋅ч) и конверсии природного/попутного газа не ниже 85%. При этом суммарное остаточное содержание CH4 и CO2 в составе газопродуктовой смеси блока получения синтез-газа не должно превышать 5 об. %, поскольку их присутствие ухудшает условия последующего синтеза углеводородов.
В качестве катализаторов автотермической конверсии углеводородов с получением смеси СО и H2 (синтез-газ) используют металлы VIII группы периодической системы элементов, наиболее часто, никель, в количестве 5-25 мас. % нанесенный на пористые носители, обычно тугоплавкие оксиды.
Процесс автотермического риформинга природного/попутного газа можно проводить в несколько стадий, включая стадии парового риформинга и парциального окисления углеводородов, так и в одну стадию непосредственно в реакторе автотермического риформинга на каталитическом слое. Проведение процесса в несколько стадий увеличивает металлоемкость установки и затрудняет реализацию данного способа на месторождениях природного/попутного газа в компактном варианте. Задачу переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга с использованием реактора в компактном исполнении, обеспечивающим получение синтез-газа производительностью не менее 7000 м33 катч при конверсии природного/попутного газа не менее 85%, возможно решить, сочетая реакции парового риформинга и парциального окисления углеводородов в каталитическом слое непосредственно в реакторе автотермического риформинга. Для обеспечения высокой активности катализатора, загруженного в реактор, и предотвращения спекания никелевых активных центров необходимо, чтобы распределение температур по слою катализатора было равномерным.
Для осуществления переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга применяются способы с использованием трубчатых реакторов со стационарным и кольцевым слоем катализатора. Получение синтез-газа в реакторе со стационарным слоем катализатора может быть осуществлено путем окисления части углеводородного сырья внутри камеры сгорания реакторного блока с последующим протеканием паровой/углекислотной конверсии природного/попутного газа на никельсодержащих катализаторах. Смесь пара и углеводородов подается в реактор автотермического риформинга, смешивается с воздухом, либо с воздухом, обогащенным кислородом, или с чистым кислородом, и пламени горелки конвертируется в блоке частичного сгорания. Продукты частичного сгорания реагируют в неподвижном слое катализатора с образованием газа, содержащего пар, водород, окись углерода и двуокись углерода. В ряде случаев с целью снижения расхода на обогрев сырьевой смеси и самого реактора используются теплообменные аппараты, обеспечивающие охлаждение продуктов реакции и обогрев поступающей в реактор сырьевой смеси. Теплообменные аппараты могут устанавливаться как отдельно от реакционной зоны, так и быть вмонтированными в конвекционных секциях реакторного блока. С целью рекуперации тепла внутри реактора за счет периодического изменения направления движения сырьевых потоков процесс автотермического риформинга природного/попутного газа может быть проведен с использованием реверсивной схемы подачи сырья. Процесс конверсии природного/попутного газа методом автотермического риформинга обычно проводится при мольном соотношении H2O:С от 1 до 5, O2:С от 0,3 до 0,8, объемной скорости подачи углеводородного сырья от 1000 до 10000 ч-1 в диапазоне температур от 700 до 1200°C и давлений от 0,1 до 2,0 МПа.
Известен способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга в трубчатом реакторе со стационарным слоем катализатора, описанный в патенте US №2892693. Данный способ получения синтез-газа включает две стадии: стадию (1) парового риформинга на никелевом катализаторе и стадию (2) некаталитического парциального окисления остаточных после стадии (1) углеводородов. Стадию (1) парового риформинга проводят преимущественно на никелевом катализаторе в двух последовательных секциях трубчатых реакторов, обогреваемых теплом отходящих из реакционной камеры газов. В этой стадии от 10 до 60% масс. углеводородов преобразуется в оксид углерода, диоксид углерода и водород. Выходящий из каналов парового риформинга газ направляется на вход в реакционную камеру блока парциального окисления, где соединяется с кислородом в соотношении, достаточном для конверсии непрореагировавших углеводородов и поддержания температуры выше 1100°C. Горячие продукты реакции направляются в теплообменную камеру стадии (1), где охлаждаются, нагревая реакционные трубы парового риформинга, а затем направляются на выход из реактора.
Недостатками данного способа осуществления являются низкая конверсия сырья за проход (не более 60%), двухстадийность процесса, высокие температуры в блоке парциального окисления углеводородов, достигающие 1200°C.
В изобретении US №5023276 предложен способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга. Способ включает следующие стадии: предварительный нагрев сырья, содержащего обычно газообразные углеводороды, H2O, кислород и оксиды углерода, введение предварительно нагретого потока в первую зону, имеющую несколько каналов для прохода газа. Количество углеводородного сырья, пара и кислорода, вводимого в первую зону катализатора, регулируется для достижения соотношения H2О/С от 0,5 до 5 и О2/C от 0,4 до 0,65; стадия парового риформинга, при котором температура катализатора должна быть на 140°C выше, чем температура воспламенения подаваемого потока. Тепло, выделяющееся при окислении углеводородов кислородом, обеспечивает достижение оптимальной температуры проведения каталитического парового риформинга без дополнительного нагрева; выделение из потока отходящего газа диоксида углерода и его рециркуляция; вывод очищенного синтез-газа.
Недостатками данного способа получения синтез-газа является необходимость создания внутри реактора высокотемпературной камеры сгорания углеводородов, что увеличивает металлоемкость конструкции, снижает компактность реакторного блока, создает сильный температурный градиент внутри реактора и по слою катализатора. Высокий расход водяного пара при реализации данного способа (H2O/C до 5,0) может увеличить операционные затраты и привести к повышению стоимости получаемого синтез-газа.
Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга посредством его пропускания газосырьевой смеси через кольцевой слой катализатора описан в патенте RU №2548410. Реактор выполнен в форме кольца, в котором движение реагентов осуществляется от внутренней к наружной поверхности кольцевого слоя катализатора, устройство нагрева реагентов и катализатора выполнено в виде плазматрона. Преимуществом рассматриваемого варианта является увеличение производительности процесса получения синтез-газа и снижение теплопотерь в окружающую среду. Максимальная конверсия углеводородного сырья по данному способу составляет 98%.
Недостатками данного метода являются низкая объемная скорость сырьевого потока, что ограничивает достижение высоких значений производительности катализатора, высокая рабочая температура в реакторе (1200°C), использование плазмотрона, сложности при масштабировании реактора.
В патенте RU №2520482 описан способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга в реакторе со стационарным слоем катализатора с нагревающим теплообменником, который включает в себя многостадийное получение синтез-газа. При этом проводят как минимум две последовательные стадии, в каждой из которых поток, содержащий низшие алканы, пропускают через нагревающий теплообменник, а затем через адиабатический реактор, наполненный катализатором, и после последней стадии из потока выделяют водяной пар. Изобретение позволяет повысить конверсию углеводородов и снизить концентрацию балластных газов в продуцируемом газе.
Недостатками данного решения являются высокое отношение H2/CO в получаемом синтез-газе (более 3,0), высокая объемная концентрация CO2 на выходе из реактора (около 10 об. %), а также многостадийность процесса.
Известен способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга, в котором проводят окисление углеводородного газа водяным паром, предварительно подогретым до 750-950°C, и кислородсодержащим газом (патент RU №2571147). Получение водяного пара производят в нагревающем теплообменнике за счет отвода тепла от продуктов парциального окисления углеводородного газа к конденсату, образующемуся при охлаждении продуктов парциального окисления. Изобретение позволяет повысить конверсию метана и других низших алканов и термическую эффективность способа, снизить металлоемкость, а также уменьшить содержание балластных газов в продуцируемом газе.
Недостатками данного способа получения синтез-газа является высокое остаточное содержание CO2 в составе газопродуктовой смеси (более 6 об. %), высокие давления в реакторе (до 90 атм), высокое соотношение H2/СО в составе получаемого синтез-газа (более 3,0), а также значительный расход водяного пара - в 4-12 раз больше, чем объемный расход углеводородного газа, что существенно повышает капитальные и операционные затраты и увеличивает стоимость получаемого синтез-газа.
Известны способы переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга с рекуперацией тепла внутри реактора за счет периодического изменения направления движения сырьевых потоков. В патенте RU №2574464 описан способ получения синтез-газа из водородсодержащего сырья в реакторе с обращаемым потоком. В патенте описано получение синтез-газа или водорода с более высокой энергетической эффективностью, т.е. при наименьшей возможной доле сырья, окисляемой кислородом в процессе, в том числе за счет вовлечения в реакцию водяного пара. Преимущество метода по данному изобретению состоит в раздельной подаче реагентов: газообразный реагент (смесь углеводородов) поступает в начало реактора, а второй реагент (водяной пар) подается в среднюю часть реактора, где происходит смешение реагентов.
Недостатками данного изобретения являются громоздкость и высокая металлоемкость конструкции, необходимость монтажа нескольких линий подачи компонентов сырьевого потока в разные участки реактора, необходимость реализации двух параллельно работающих устройств. Это повышает капитальные затраты на строительство установки и препятствует созданию блока конверсии природного/попутного газа в компактном варианте.
Известен способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга в реакторе со стационарным слоем катализатора и реверсивным обращением потоков с получением синтез-газа, содержащего в основном H2 и CO, описанный в патентной заявке US №20090062591 (дата публикации 05.03.2009). Процесс непрерывного риформинга углеводородсодержащего газа с окислителем в реверсивной системе проточного реактора, как правило, включает стадии нагрева реактора, заполненного катализатором, до температуры в интервале 500-3000°C и попеременного направления смеси реагентов через пористую матрицу катализатора. Реакционная зона может быть расположена в любой части камеры реактора, изменение направления потока реакционной смеси происходит после заданного интервала времени с целью поддержания заданной температуры в реакционной зоне и повышения энергетической эффективности.
Недостатком данного способа получения синтез-газа является высокая температура в каталитическом слое (более 1500°C), что повышает требования к конструкционным материалам, а также может приводить к дезактивации катализатора вследствие спекания активного металла.
Известны способы переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга при сочетании реакций парового риформинга и парциального окисления в реакторе штыкового типа. Под реактором штыкового типа понимается реактор вертикальной конструкции, в середине которого расположен стационарный слой катализатора, в который погружены вертикальные патрубки. В патенте US №2579843 описан способ осуществления и устройство реактора для производства синтез газа с соотношением H2/CO в диапазоне от 1,0 до 3,0. Данный способ включает в себя стадии, протекающие в одном реакторе: предварительного разогрева гасосырьевой смеси в пределах 100-600°C, парового риформинга части углеводородов (от 20 до 50 об. %) (H2О/С=1,0) и парциального окисления оставшихся алканов при температуре 980-1650°C и соотношении O2/C, равном 0,5-0,7. Процесс осуществляют в присутствии никельсодержащего катализатора.
Недостатками данного способа являются высокий градиент температуры в каталитическом слое и высокие температуры осуществления процесса (до 1650°C), многостадийность процесса, а также громоздкость конструкции в связи с большим соотношением диаметров корпуса аппарата к диаметру внутренних патрубков.
Наиболее близким аналогом к предложенному изобретению является способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ с использованием реактора штыкового типа, предложенный в патенте US №4919844. Процесс конверсии природного газа и легких углеводородных газов в синтез-газ проводится при 760-870°C и давлении до 2,5 МПа. При этом одна часть водяного пара непосредственно смешивается с углеводородсодержащим сырьем и вводится в реактор через внутренние реакторные каналы, в которые загружен катализатор. Полученный в результате реакции на катализаторе реформат смешивается с газовой смесью, поступающей из дополнительного реактора конверсии, и проходит противотоком вдоль внешней поверхности патрубков с катализатором, за счет чего обеспечивается их обогрев.
Недостатками данного изобретения являются необходимость применения дополнительного реактора для обеспечения протекания эндотермической реакции в основном реакторе штыкового типа, высокое давление в штыковом реакторе, что снижает компактность и увеличивает его металлоемкость, невозможность протекания процесса парового риформинга в слое катализатора без внешнего источника тепла, возникновение высокого градиента температур в слое катализатора.
Технический результат от реализации изобретения заключается в повышении конверсии природного/попутного газа до величины не менее 85% при производительности по синтез-газу не ниже
Figure 00000002
и суммарном остаточном содержании CH4 и CO2 не более 5 об. %.
Технический результат достигается тем, что реактор, включающий реакторные каналы, частично заполненные катализатором и расположенные параллельно продольной оси реактора, боковой патрубок вывода продукта, снабжен каналом подачи воздуха с распределителем потока, выход которого расположен напротив выхода реакторных каналов, при этом часть катализатора размещена на выходе из реакторных каналов, между реакторными каналами и корпусом реактора, причем нижний уровень катализатора находится между выходами реакторных каналов и канала подачи воздуха, при этом внутренняя площадь поперечного сечения корпуса реактора в 2,5-4 раза больше суммарной внутренней площади поперечного сечения реакторных каналов, а выход канала для подачи воздуха расположен на расстоянии 2-4 внутренних диаметров корпуса напротив выходов реакторных каналов.
На фиг. 1 представлен общий вид реактора в разрезе.
На фиг. 2 представлено сечение А-А на фиг. 1
Реактор включает корпус 7, в котором расположены параллельно его продольной оси реакторные каналы 1. В нижней части корпуса 7 расположен канал подачи воздуха 5 с распределителем потока 2. Сбоку корпуса 7 установлен патрубок вывода продукта 6. Часть К1 катализатора конверсии природного/попутного газа в синтез-газ загружена в реакторные каналы 1. Часть К2 катализатора конверсии природного/попутного газа в синтез-газ помещен на выходе из реакторных каналов 1 и в межтрубном пространстве между корпусом 7 и реакторными каналами 1 реактора, причем нижний уровень катализатора К2 находится между выходами реакторных каналов 1 и каналом подачи воздуха 5. Катализаторы К1 и К2 являются одним и тем же катализатором, различается только его пространственное расположение в объеме реактора.
Особенностью работы предлагаемого реактора является первичный проход смеси сырьевых газов и пара, содержащей 0,3…0,5 объемной части необходимого количества воздуха, через часть катализатора К1, последующее смешение с оставшейся частью воздуха, изменение направления движения потока на противоположное и дальнейший проход газового потока через вторую часть катализатора К2. Изменение направления потока на противоположное позволяет обеспечить термическую стабильность процесса за счет снижение градиента температур по слою катализатора и обеспечить равномерный теплообмен между газосырьевым потоком, поступающим по реакторным каналам 1, и газопродуктовым потоком, движущимся в пространстве между корпусом реактора 7 и реакторными каналами 1 в направлении бокового патрубка 6. Снизу через газовый рассекатель 2 обеспечивается подача части воздуха для формирования восходящего потока газов и снижения температурных градиентов. Для фиксации слоя катализатора К2 в стационарном состоянии используется засыпка инертного материала выше и ниже слоя катализатора, либо подпорные металлические сетки 8, расположенные с обеих сторон слоя катализатора. Инертный материал зафиксирован подпорными металлическими сетками 3 (ячейка 0,3 мм), которые устанавливаются в муфты реактора на входе и выходе газа. В качестве инертного материала выступает кварц фракции 1-2 мм и 0,5-1 мм или любой другой известный в технике инертный материал. Вдоль реакторных каналов 1 установлен термопарный канал 4 в виде капилляра, изготовленного из жаропрочной стали. Для измерения температурных показателей используются термопары (например, типа ТХА), распределенные по длине термопарного канала 4, либо другие известные в технике способы измерения температуры. Такое расположение позволяет контролировать температуру теплоносителя на выходе из реактора, в центре катализатора, а также на выходе из реакторных каналов 1.
Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ методом автотермического риформинга в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии с неподвижным каталитическим слоем при 850-1000°C и 0,5-1,0 МПа. Конструкция реактора включает реакторные каналы 1 длиной L1 и диаметром d, расположенные параллельно продольной оси корпуса 7 реактора длиной L, а также канал подачи воздуха 5, с распределителем воздуха 2 и термопарный канал 4 длиной L2. Выход газопродуктовой смеси осуществляется через боковой патрубок 6, расположенный на расстоянии L3 от реакторных каналов 1. Внутренняя площадь поперечного сечения корпуса реактора 7 в 2,5-4 раза больше суммарной внутренней площади поперечного сечения реакторных каналов 1, что обеспечивает теплообмен между частями катализатора К1 и К2, отсутствие высокого перепада давления и постоянство объемных скоростей сырья. Выход канала для подачи воздуха 5 расположен на расстоянии 2...4 внутренних диаметров корпуса 7 напротив выходов реакторных каналов 1, что обеспечивает равномерный прогрев поступающей в слой катализатора К2 оставшейся части воздуха.
Данный реактор может быть выполнен также с одним реакторным каналом 1, но это может привести к понижению эффективности конверсии природного/попутного газа в синтез-газ.
Перед проведением конверсии проводится активация катализатора. В качестве сырья блока автотермического риформинга используется природный/попутный газ, водяной пар и кислород воздуха при мольном соотношении компонентов в смеси C:H2О = 1:0,6-1:1 и О2:С = 0,4:1-0,5:1. С целью поддержания стабильной температуры в реакторе осуществляется предварительный подогрев газосырьевой смеси до 300-500°C. Объемная скорость природного/попутного газа составляет 2000-30000 ч-1. Подача природного/попутного газа, водяного пара и 0,3…0,5 части воздуха осуществляется через реакторные каналы 1, а остальная часть воздуха 0,5…0,7 подается снизу реактора через распределенный вход воздуха 2 для формирования восходящего потока газов и снижения температурных градиентов в лобовом слое катализатора, что обеспечивает более полную конверсию сырья и невысокое остаточное содержание CO2 и CH4.
В качестве смеси, моделирующей состав природного газа, используется газ, содержащий 99% CH4, остальное - компоненты С2+. В качестве смеси, моделирующей состав попутного газа, используется газ, содержащий 15% C2H6+10% C3H8+5% C4H10 и 70% CH4.
Расчет конверсии углеводородов C1-C4, входящих в состав природного/попутного газа, в процессе автотермического риформинга осуществляется по следующей формуле:
Figure 00000003
,
где mвх - масса C1-C4-углеводородов, входящих в реактор за время τ;
mвых - масса С1-C4-углеводородов, выходящих из реактора за время τ.
Расчет производительности катализатора по синтез-газу осуществляется по следующей формуле:
Figure 00000004
,
где VH2 - объем водорода, полученного в результате конверсии, м3/ч;
VCO - объем моноксида углерода, полученного в результате конверсии, м3/ч;
Vкат-ра - объем загруженного в реактор катализатора, м3.
Модуль (n) получаемого синтез-газа в конверсии природного/попутного газа определяется по формуле
Figure 00000005
,
где VH2 - объем полученного водорода в ходе конверсии, м3/ч;
VCO - объем полученного оксида углерода(II) в ходе конверсии, м3/ч.
Определение содержания исходных и образующихся веществ в отходящих газах из реактора конверсии природного/попутного газа, определение состава получаемого синтез-газа может осуществляться любым известным способом, например, методом газовой хроматографии.
Работу реактора иллюстрируют следующие примеры.
Пример 1
Переработка природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии в компактном реакторе с неподвижным каталитическим слоем при 850°C и 0,5 МПа. Конструкция реактора включает два реакторных канала, расположенных параллельно продольной оси корпуса реактора, а также канал ввода воздуха и термопарный канал. Внутренняя площадь поперечного сечения корпуса реактора в 2,5 раза больше внутренней площади поперечного сечения реакторного канала. Выход канала для подачи воздуха расположен на расстоянии 2 внутренних диаметров корпуса напротив выходов реакторных каналов.
В качестве сырья используется природный газ, водяной пар и кислород воздуха, предварительно подогретые до 300°C, при мольном соотношении компонентов в смеси С:H2O=1:1 и О2:C=0,4:1. Объемная скорость по природному газу составляет 2000 ч-1. Подача природного газа, водяного пара и 0,3 части воздуха осуществляется по реакторным каналам, а остальная часть воздуха (0,7) подается через распределенный вход воздуха.
Пример 2
Переработка природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии в компактном реакторе с неподвижным каталитическим слоем при 850°C и 0,5 МПа. Конструкция реактора включает три реакторных канала, расположенных параллельно продольной оси корпуса реактора, а также канал ввода воздуха и термопарный канал. Внутренняя площадь поперечного сечения корпуса реактора в 2,5 раза больше внутренней площади поперечного сечения реакторных каналов. Выход канала для подачи воздуха расположен на расстоянии 2 внутренних диаметров корпуса напротив выходов реакторных каналов.
В качестве сырья используется природный газ, водяной пар и кислород воздуха, предварительно подогретые до 350°C, при мольном соотношении компонентов в смеси C:H2O=1:1 и О2:C=0,4:1. Объемная скорость по природному газу составляет 10000 ч-1. Подача природного газа, водяного пара и 0,5 части воздуха осуществляется по реакторным каналам, а остальная часть воздуха (0,5) подается через распределенный вход воздуха.
Пример 3
Переработка природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии в компактном реакторе с неподвижным каталитическим слоем при 850°C и 0,5 МПа. Конструкция реактора включает четыре реакторных канала, расположенных параллельно продольной оси корпуса реактора, а также канал ввода воздуха и термопарный канал. Внутренняя площадь поперечного сечения корпуса реактора в 2,5 раза больше суммарной внутренней площади поперечного сечения реакторных каналов. Выход канала для подачи воздуха расположен на расстоянии 2 внутренних диаметров корпуса напротив выходов реакторных каналов.
В качестве сырья используется природный газ, водяной пар и кислород воздуха, предварительно подогретые до 350°C, при мольном соотношении компонентов в смеси C:H2O=1:1 и О2:C=0,4:1. Объемная скорость по природному газу составляет 20000 ч-1. Подача природного газа, водяного пара и 0,7 части воздуха осуществляется по реакторным каналам, а остальная часть воздуха (0,3) подается через распределенный вход воздуха.
Пример 4
Переработка природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии в компактном реакторе с неподвижным каталитическим слоем при 850°C и 0,5 МПа. Конструкция реактора включает пять реакторных каналов, расположенных параллельно продольной оси корпуса реактора, а также канал ввода воздуха и термопарный канал. Внутренняя площадь поперечного сечения корпуса реактора в 2,5 раза больше суммарной внутренней площади поперечного сечения реакторных каналов. Выход канала для подачи воздуха расположен на расстоянии 2 внутренних диаметров корпуса напротив выходов реакторных каналов.
В качестве сырья используется природный газ, водяной пар и кислород воздуха, предварительно подогретые до 400°C, при мольном соотношении компонентов в смеси C:H2O=1:0,6 и O2:С=0,45:1. Объемная скорость по природному газу составляет 20000 ч-1. Подача природного газа, водяного пара и 0,5 части воздуха осуществляется по реакторным каналам, а остальная часть воздуха (0,5) подается через распределенный вход воздуха.
Пример 5
Переработка природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии в компактном реакторе с неподвижным каталитическим слоем при 850°C и 0,5 МПа. Конструкция реактора включает шесть реакторных каналов, расположенных параллельно продольной оси корпуса реактора, а также канал ввода воздуха и термопарный канал. Внутренняя площадь поперечного сечения корпуса реактора в 2,5 раза больше внутренней площади поперечного сечения реакторных каналов. Выход канала для подачи воздуха расположен на расстоянии 3 внутренних диаметров корпуса напротив выходов реакторных каналов.
В качестве сырья используется попутный газ, водяной пар и кислород воздуха, предварительно подогретые до 400°C, при мольном соотношении компонентов в смеси C:H2О=1:0,6 и О2:С=0,45:1. Объемная скорость по попутному газу составляет 20000 ч-1. Подача попутного газа, водяного пара и 0,5 части воздуха осуществляется по реакторным каналам, а остальная часть воздуха (0,5) подается через распределенный вход воздуха.
Пример 6
Переработка природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии в компактном реакторе с неподвижным каталитическим слоем при 900°C и 0,5 МПа. Конструкция реактора включает семь реакторных каналов, расположенных параллельно продольной оси корпуса реактора, а также канал ввода воздуха и термопарный канал. Внутренняя площадь поперечного сечения корпуса реактора в 2,5 раза больше внутренней площади поперечного сечения реакторных каналов. Выход канала для подачи воздуха расположен на расстоянии 3 внутренних диаметров корпуса напротив выходов реакторных каналов.
В качестве сырья используется природный газ, водяной пар и кислород воздуха, предварительно подогретые до 450°C, при мольном соотношении компонентов в смеси C:H2О=1:0,8 и O2:C=0,45:1. Объемная скорость по природному газу составляет 20000 ч-1. Подача природного газа, водяного пара и 0,5 части воздуха осуществляется по реакторным каналам, а остальная часть воздуха (0,5) подается через распределенный вход воздуха.
Пример 7
Переработка природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии в компактном реакторе с неподвижным каталитическим слоем при 950°C и 0,75 МПа. Конструкция реактора включает десять реакторных каналов, расположенных параллельно продольной оси корпуса реактора, а также канал ввода воздуха и термопарный канал. Внутренняя площадь поперечного сечения корпуса реактора в 2,5 раза больше внутренней площади поперечного сечения реакторных каналов. Выход канала для подачи воздуха расположен на расстоянии 3 внутренних диаметров корпуса напротив выходов реакторных каналов.
В качестве сырья используется природный газ, водяной пар и кислород воздуха, предварительно подогретые до 450°C, при мольном соотношении компонентов в смеси C:H2О=1:0,6 и О2:С=0,45:1. Объемная скорость по природному газу составляет 25000 ч-1. Подача природного газа, водяного пара и 0,5 части воздуха осуществляется по реакторным каналам, а остальная часть воздуха (0,5) подается через распределенный вход воздуха.
Пример 8
Переработка природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии в компактном реакторе с неподвижным каталитическим слоем при 1000°C и 1,0 МПа. Конструкция реактора включает пятнадцать реакторных каналов, расположенных параллельно продольной оси корпуса реактора, а также канал ввода воздуха и термопарный канал. Внутренняя площадь поперечного сечения корпуса реактора в 2,5 раза больше внутренней площади поперечного сечения реакторных каналов. Выход канала для подачи воздуха расположен на расстоянии 4 внутренних диаметров корпуса напротив выходов реакторных каналов.
В качестве сырья используется природный газ, водяной пар и кислород воздуха, предварительно подогретые до 500°C, при мольном соотношении компонентов в смеси C:H2О=1:0,6 и O2:С=0,5:1. Объемная скорость по природному газу составляет 30000 ч-1. Подача природного газа, водяного пара и 0,5 части воздуха осуществляется по реакторным каналам, а остальная часть воздуха (0,5) подается через распределенный вход воздуха (см. рисунок).
Пример 9
Переработка природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии в компактном реакторе с неподвижным каталитическим слоем при 850°C и 0,5 МПа. Конструкция реактора включает десять реакторных каналов, расположенных параллельно продольной оси корпуса реактора, а также канал ввода воздуха и термопарный канал. Внутренняя площадь поперечного сечения корпуса реактора в 3 раза больше суммарной внутренней площади поперечного сечения реакторных каналов. Выход канала для подачи воздуха расположен на расстоянии 4 внутренних диаметров корпуса напротив выходов реакторных каналов.
В качестве сырья используется природный газ, водяной пар и кислород воздуха, предварительно подогретые до 400°C, при мольном соотношении компонентов в смеси C:H2О=1:0,6 и O2:С=0,45:1. Объемная скорость по природному газу составляет 20000 ч-1. Подача природного газа, водяного пара и 0,5 части воздуха осуществляется по реакторным каналам, а остальная часть воздуха (0,5) подается через распределенный вход воздуха (см. рисунок).
Пример 10
Переработка природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом в соответствии с настоящим изобретением заключается в проведении конверсии в компактном реакторе с неподвижным каталитическим слоем при 850°C и 0,5 МПа. Конструкция реактора включает десять реакторных каналов, расположенных параллельно продольной оси корпуса реактора, а также канал ввода воздуха и термопарный канал. Внутренняя площадь поперечного сечения корпуса реактора в 4 раза больше суммарной внутренней площади поперечного сечения реакторных каналов. Выход канала для подачи воздуха расположен на расстоянии 4 внутренних диаметров корпуса напротив выходов реакторных каналов.
В качестве сырья используется природный газ, водяной пар и кислород воздуха, предварительно подогретые до 400°C, при мольном соотношении компонентов в смеси C:H2О=1:0,6 и О2:С=0,45:1. Объемная скорость по природному газу составляет 20000 ч-1. Подача природного газа, водяного пара и 0,5 части воздуха осуществляется по трем реакторным каналам, а остальная часть воздуха (0,5) подается через распределенный вход воздуха (см. фиг. 1).
В таблице ниже представлены значения конверсии природного/попутного газа, производительности по синтез-газу и состава синтез-газа, получаемого при осуществлении данного изобретения в соответствии с примерами.
Figure 00000006
Из таблицы видно, что осуществление автотермического риформинга природного/попутного газа в компактном реакторе в соответствии с данным изобретением позволяет получить синтез-газ с мольным соотношением H2/СО в диапазоне от 2 до 3 и производительностью не менее 7000 м3/(м3 кат⋅ч) при конверсии сырья не менее 85% и объемной скорости подачи природного/попутного газа от 2000 до 30000 ч-1. При этом суммарное содержание балластных газов (CH4, CO2) в продуцируемом газе составляет не более 5 об. %.

Claims (1)

  1. Компактный реактор для получения синтез-газа из природного/попутного газа в процессе автотермического риформинга, включающий реакторные каналы, частично заполненные катализатором и расположенные параллельно продольной оси реактора, боковой патрубок вывода продукта, отличающийся тем, что он снабжен каналом подачи воздуха с распределителем потока, выход которого расположен напротив выхода реакторных каналов, при этом часть катализатора размещена на выходе из реакторных каналов, между реакторными каналами и корпусом реактора, причем нижний уровень катализатора находится между выходами реакторных каналов и канала подачи воздуха, при этом внутренняя площадь поперечного сечения корпуса реактора в 2,5-4 раза больше суммарной внутренней площади поперечного сечения реакторных каналов, а выход канала для подачи воздуха расположен на расстоянии 2-4 внутренних диаметров корпуса напротив выходов реакторных каналов.
RU2017128146A 2017-08-08 2017-08-08 Компактный реактор для получения синтез-газа из природного/попутного газа в процессе автотермического риформинга RU2664138C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017128146A RU2664138C1 (ru) 2017-08-08 2017-08-08 Компактный реактор для получения синтез-газа из природного/попутного газа в процессе автотермического риформинга

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017128146A RU2664138C1 (ru) 2017-08-08 2017-08-08 Компактный реактор для получения синтез-газа из природного/попутного газа в процессе автотермического риформинга

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2664138C1 true RU2664138C1 (ru) 2018-08-15

Family

ID=63177387

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017128146A RU2664138C1 (ru) 2017-08-08 2017-08-08 Компактный реактор для получения синтез-газа из природного/попутного газа в процессе автотермического риформинга

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2664138C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU217582U1 (ru) * 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) Реактор автотермического риформинга природного газа

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4919844A (en) * 1984-08-16 1990-04-24 Air Products And Chemicals, Inc. Enhanced heat transfer reformer and method
US5023276A (en) * 1982-09-30 1991-06-11 Engelhard Corporation Preparation of normally liquid hydrocarbons and a synthesis gas to make the same, from a normally gaseous hydrocarbon feed
RU2360949C1 (ru) * 2008-08-04 2009-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научное производственное предприятие "Синтез" Способ получения синтез-газа и реактор газификации для его осуществления
RU2415073C2 (ru) * 2005-06-28 2011-03-27 Хальдор Топсеэ А/С Компактный реактор реформинга
RU2418739C2 (ru) * 2005-09-21 2011-05-20 Энститю Франсэ Дю Петроль Способ получения синтез-газа путем конверсии с водяным паром в реакторе-теплообменнике

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5023276A (en) * 1982-09-30 1991-06-11 Engelhard Corporation Preparation of normally liquid hydrocarbons and a synthesis gas to make the same, from a normally gaseous hydrocarbon feed
US4919844A (en) * 1984-08-16 1990-04-24 Air Products And Chemicals, Inc. Enhanced heat transfer reformer and method
RU2415073C2 (ru) * 2005-06-28 2011-03-27 Хальдор Топсеэ А/С Компактный реактор реформинга
RU2418739C2 (ru) * 2005-09-21 2011-05-20 Энститю Франсэ Дю Петроль Способ получения синтез-газа путем конверсии с водяным паром в реакторе-теплообменнике
RU2360949C1 (ru) * 2008-08-04 2009-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научное производственное предприятие "Синтез" Способ получения синтез-газа и реактор газификации для его осуществления

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2796425C1 (ru) * 2021-12-30 2023-05-23 Общество С Ограниченной Ответственностью "Институт Промышленного Строительства" Реактор синтез-газа и способ получения синтез-газа в таком реакторе
RU217582U1 (ru) * 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) Реактор автотермического риформинга природного газа
RU2823376C1 (ru) * 2023-12-26 2024-07-22 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Реактор получения синтез-газа

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4650651A (en) Integrated process and apparatus for the primary and secondary catalytic steam reforming of hydrocarbons
US4822521A (en) Integrated process and apparatus for the primary and secondary catalytic steam reforming of hydrocarbons
KR102668169B1 (ko) 합성 가스 제조를 위한 방법 및 시스템
US4981676A (en) Catalytic ceramic membrane steam/hydrocarbon reformer
US4337170A (en) Catalytic steam reforming of hydrocarbons
CA2787482C (en) Process for reforming hydrocarbons
US5110563A (en) Catalytic combustion
EP0242199B1 (en) Process and apparatus for the production of synthesis gas
JP2004269343A (ja) 合成ガスの製造方法
EP1734002A2 (en) Axial convective reformer
US4938685A (en) Catalytic combustion
EA000777B1 (ru) Способ и технологический блок для получения синтез-газа для дальнейшего производства аммиака
US4442020A (en) Catalytic steam reforming of hydrocarbons
EP2521611B1 (en) Method for adiabatic methane conversion
RU2261756C2 (ru) Способ и реактор для проведения неадиабатических каталитических реакций
US3195989A (en) Integral tube furnace and oxidizer
EP0272282A1 (en) STEAM REFORMING DEVICE WITH INTERNAL HEAT RECOVERY.
CA1329704C (en) Apparatus and use thereof in the production of synthesis gas
NO313666B1 (no) Reaktor og fremgangsmåte for fremstilling av syntesegass samt anvendelse derav
RU2664138C1 (ru) Компактный реактор для получения синтез-газа из природного/попутного газа в процессе автотермического риформинга
RU2548410C2 (ru) Способ и устройство для получения синтез-газа
RU2664063C1 (ru) Способ переработки природного/попутного газа в синтез-газ автотермическим риформингом
WO2001055027A1 (en) Steam reformer
US8545775B2 (en) Reforming exchanger system with intermediate shift conversion
GB2222533A (en) Combined tubular primary and secondary reformer