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Erfindung
Russische Föderation Patent RU2266946

VERFAHREN ZUR GAS, wasserstoffreiche und / oder Kohlenmonoxid

VERFAHREN ZUR GAS, wasserstoffreiche und / oder Kohlenmonoxid

Name des Erfinders: Primdal Ivars Ivars (DK); CHRISTENSEN, Thomas Sandal (DK)
Der Name des Patentinhabers: Haldor TOPSEE A / S (DK)
Korrespondenzanschrift: 103064, Moskau, ul. Kazakova, 16, NIIR Büro "Patentanwälte Kvashnin, Sapelnikow und Partner", V.P.Kvashninu
Startdatum des Patents: 2001.01.10

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Gas reich an Wasserstoff und / oder Kohlenmonoxid. Das Verfahren wird in einem Reaktor durchgeführt mit einer Oberseite und Boden aufweist, umfassend die Schritte des Einführens erhitzt auf 400-700 ° C Kohlenwasserstoffbeschickung in den oberen Teil des Reaktors, das Rohmaterial mit Wasserdampf und Sauerstoff Mischen haltigen Atmosphäre, die partielle Oxidation mit Sauerstoff in dem oberen Teil des Reaktors und, falls erforderlich, die partiell oxidierte Ausgangsmaterial aus dem oberen Teil des Reaktors mit dem Katalysator in Kontakt der Dampf am Boden des Reaktors angeordnet Reformieren, mit einem Teil des teilweise oxidierten Ausgangsmaterials mit einem Katalysator aktiv in Kohlenwasserstoffdampf kontaktiert Reformieren zumindest auf der Oberfläche des Oberteils platziert Reaktor. Mischen des Rohmaterials mit Wasserdampf und Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre in einer Menge durchgeführt, um ein Molverhältnis von Sauerstoff / Kohlenstoff-Verhältnis in dem behandelten Gas zwischen 0,5-0,7 und das Molverhältnis von Dampf / Kohlenstoff bereitzustellen zwischen 0,5-1,5. Das Verfahren kann signifikant die Bildung von Ruß in der Verbrennungszone bei kritischen Prozeßbedingungen reduzieren.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft die Technologie der Herstellung von Wasserstoff und kohlenstoffhaltigen Gasen, insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung eines wasserstoffreichen und / oder Kohlenmonoxidgas durch katalytische autotherme Reformierung von Kohlenwasserstoffen.

Die Gase mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff angereichert ist hauptsächlich als Synthesegas bei der Herstellung von Ammoniak und Methanol oder anderen organischen Verbindungen verwendet.

Diese Gase und finden Anwendung bei der Herstellung von Stahl und als Brenngas und Verbraucher.

Industrielle Herstellungsverfahren umfassen im allgemeinen autothermen katalytischen Reformieren und nicht-katalytische partielle Oxidation von Kohlenwasserstoffen. Bei partieller Oxidation eines Kohlenwasserstoffeinsatzmaterial wird mit Luft, Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luft in einem Brenner am oberen Ende des Reaktors angebracht verbrannt. Sauerstoff wird somit in Mengen zugeführt wird, die weniger als die Menge für eine vollständige Verbrennung erforderlich ist, Wasserstoff und Kohlenmonoxid in dem Abgas hauptsächlich in dem Brennreaktionsflamme zu erhalten,

Beide Reaktionen sind stark exotherm Kohlenwasserstoff.

Partielle Oxidation wird typischerweise in der Vergasung von Schweröl eingesetzt werden, bei denen die Temperatur des Gases ansteigt während der Verbrennung zu 1000-1500 ° C, die hoch genug ist, einen ausreichend niedrigen Gehalt an nicht umgesetzter Kohlenwasserstoffe in dem Gas nach dem Brennprozess entladen zu geben. Die leichtere Beschickung aus Erdgas Naphtha hin mit Siedepunkten bis zu 200 °, in der Regel mit einem katalytischen autothermen Reformer Futter behandelt.

Während dieses Verfahrens wird nur ein Teil des Kohlenwasserstoffeinsatzmaterial wird durch die obigen Flammenreaktionen mit einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre oxidiert (1, 2). Restkohlenwasserstoffen in den Gasstrom nach der Verbrennung werden dann katalytisch durch die endotherme Reaktion reformiert Dampf,

Notwendige Wärme für die endotherme Dampf mit den exothermen Reaktionen Reformierungs Flamme zu liefern (1, 2).

Etwas niedrigere Verbrennungstemperaturen werden bei autothermen katalytischen Reformieren verwendet, die in der Regel bei einer Temperatur von etwa 900-1400 ° C durchgeführt wird So fügen Dampfzufuhr die Flammentemperatur zu reduzieren und zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in der Gas erhöhen den Brenner zu verlassen.

Ebenso werden die Teiloxidationsverfahren, Kohlenwasserstoffbeschickung mit Dampf vermischt wird, an der Oberseite des Reaktors in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre verbrannt. Rest Kohlenwasserstoffe in dem Gas, welches das Produkt der Verbrennung unterzogen wird in Gegenwart eines Katalysators als Festbett im Reaktorboden angeordnet ist, um die Dampfreformierung. Wärme für die endothermen Reformierungsreaktionen mit Wasserdampf durch Heißgas verlässt die Verbrennungszone in dem oberen Reaktorabschnitt und über dem Katalysatorbett zugeführt. Wenn gasförmigen Verbrennungsprodukte in Kontakt mit dem Katalysator wird die Gastemperatur durch die Reformierungsreaktionen mit Wasserdampf innerhalb des Katalysatorbetts auf 900-1100 ° C reduziert.

Bei der Durchführung der obigen Verfahren geeignete Kohlenwasserstoffzufuhr, gegebenenfalls nach Vorheizen wird dem Brenner in dem oberen Teil des Reaktors angeordneten zugeführt und verbrannt mit Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre. Um den Reaktormantel gegen die hohen Temperaturen zu schützen während der exothermen Oxidationsreaktionen, industriellen Reaktoren ergeben, werden mit einem temperaturbeständigen feuerfesten isolierenden Auskleidung auf der Innenwand des Druckreaktorbehälters bereitgestellt.

Auskleidungsmaterialien müssen in der Lage sein, den hohen Temperaturen zu widerstehen und um die schädlichen Wirkungen der heißen Gase beständig sein. Derzeit sind feuerfeste Materialien in industriellen Reaktoren der oben genannten Typen enthalten mehr als 90% Aluminiumoxid verwendet.

Die am nächsten an der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines wasserstoffreiches Gas Herstellung und / oder Kohlenmonoxid in dem Reaktor eine Ober- und Unterseite aufweist, umfassend die Schritte des Einführens erhitzt auf 400-700 ° C Kohlenwasserstoffbeschickung in die Oberseite des Reaktors mit Dampf und Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre Misch partielle Oxidation des Ausgangsmaterials mit Sauerstoff in dem oberen Teil des Reaktors und, falls erforderlich, die teilweise oxidierte Ausgangsmaterial aus dem oberen Teil des Reaktors mit dem Katalysator der Dampf am Boden des Reaktors angeordnet Reformieren kontaktieren. Reaktor zur Durchführung des Verfahrens eine Druckgehäuse umfasst, eine feuerfeste Auskleidung an der Innenwand des Druckgehäuses, geeignet ist, einen oberen Abschnitt mit einer Kohlenwasserstoffbeschickung und eines sauerstoffhaltigen Atmosphäre und partielle Oxidation mit Sauerstoffzufuhr und einem unteren Teil zu empfangen, die mit Reformierkatalysator für Dampf ausgestattet werden kann Reformierungs partiell oxidierten Gas von oben entladen (siehe. EP A2 №0583211 C 01 B 3/36, 1994).

Das Hauptproblem bei der Herstellung von Synthesegas ist die Bildung von Ruß in der Verbrennungszone bei kritischen Prozeßbedingungen, wie niedrige Verhältnis von Dampf zu Kohlenstoff in dem Einsatzmaterial zur Verarbeitung zugeführt.

Die Aufgabe der Erfindung ist, oder zumindest wesentliche Verminderung der Bildung von Ruß bei kritischen Prozeßbedingungen in der Verbrennungszone zu verhindern.

Das Problem wird durch das vorgeschlagene Verfahren gelöst ein wasserstoffreiches Gas zu produzieren und / oder Kohlenmonoxid in dem Reaktor eine Ober- und Unterseite aufweist, umfassend die Schritte des Einführens erhitzt auf 400-700 ° C Kohlenwasserstoffbeschickung in die Oberseite des Reaktors mit Dampf und Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre Misch partielle Oxidation des Sauerstoffzufuhr an der Oberseite des Reaktors und, falls erforderlich, mit dem Katalysator des partiell oxidierten Ausgangsmaterials von dem oberen Teil des Reaktors Inkontaktbringen der Dampf am Boden des Reaktors angeordnet Reformieren, die den Teil des teilweise oxidierten Einsatzmaterial mit dem Katalysator in Kontakt aktiv in Kohlenwasserstoff-Dampfreformierungs, zumindest auf der Oberfläche des oberen Teils des Reaktors angeordnet ist, das Futter mit Dampf und einem sauerstoffhaltigen Atmosphäre Mischen wird in einer Menge durchgeführt, um ein Molverhältnis von Sauerstoff / Kohlenstoff-Verhältnis in dem behandelten Gas zwischen 0,5-0,7 zu ​​schaffen, und das molare Verhältnis von Dampf / Kohlenstoff liegt zwischen 0,5-1,5.

Nach einem bevorzugten Merkmal des vorliegenden Verfahrens, das Kohlenwasserstoffeinsatzmaterial und eine sauerstoffhaltige Atmosphäre in einem Brenner kann in den oberen Teil des Reaktors vor der Einführung gemischt werden.

Eine theoretische Erklärung für die Bildung einer signifikanten Reduktion in Ruß bestehen kann, dass die Anzahl der Vorläufermoleküle in der Bildung von Ruß teilnehmen, abnimmt, oder sie reagieren in den Reaktionen mit Wasserdampf auf der Katalysatoroberfläche, angrenzend an die Verbrennungszone ausgehend reformieren. Erhöhte Konzentration an Wasserstoff in dem Prozess der Dampf stattfindet, in dieser Region Reformieren führt auch zu verbesserten Brand und Sauerstoff Mischungszufuhr und dem Prozess bei weniger strengen Bedingungen beginnt.

Typische Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterialien für das Verfahren geeignet, von Methan bis Naphtha Bereich mit Siedepunkten bis zu 200 ° C, einschließlich Erdgas, Flüssiggas und Erdgas zu dem primären unterworfen Reformierung, die Durchführung des Verfahrens unter autothermen katalytischen Reformieren. Das Prozeßgas aus dem Brenner in die Verbrennungszone in dem oberen Reaktorabschnitt zugeführt, wo ein Teil der Kohlenwasserstoffe in dem Gas mit Sauerstoff reagiert auf über Kohlenoxide und Wasserstoff in Übereinstimmung mit den Verbrennungsflammenreaktionen (1) und (2) beschrieben, bilden.

Je nach der gewünschten Zusammensetzung des Endprodukts Gas kann Sauerstoff aus der Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft wie bei der Herstellung von Synthesegas für die Ammoniakproduktion zugeführt werden, oder von Sauerstoff zur Herstellung von Gas für die Hydroformylierung und Reduktionsgas, in dem Stickstoff in dem Endprodukt Gas unerwünscht ist . Kohlenwasserstoff-Oxidation während die Temperatur in der Verbrennungszone erhöht auf 900-1500 ° C

Als Ergebnis der endothermen Dampf (3) ausgehend in dem Gas auf der Oberfläche benachbart zur Verbrennungszone, die Konzentration von Wasserstoff in dem recycelten verbranntes Gas Reforming erhöht und Gehalt an Ruß Vorläufermoleküle verringert.

Die tatsächliche Zunahme der Wasserstoffkonzentration hängt also von der Menge an Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf in dem Gas aus der Verbrennungszone und der Aktivität und Menge des Katalysators in dem oberen Bereich des Reaktors zu reformieren.

Katalysatoren für diesen Zweck geeignet sind die bekannten Reformierungskatalysatoren der Gruppe VIII des Periodensystems, einschließlich Nickel und / oder Kobalt, die für eine signifikante Verringerung der Rußbildung und zur Verbesserung der Verbrennung in Mengen zwischen 0,1 g / m 2 und 1 g / m angelegt wird , 2 auf der zugewandten Oberfläche der herkömmlichen Techniken der Imprägnierung oder Beschichtung.

Wenn der Prozess in den autothermischen katalytischen Reformierungsbedingungen auftritt, wird das Gas dem Verlassen der Verbrennungszone weiter durch ein Festbett aus herkömmlichen Nickel geleitet und / oder Katalysator in den unteren Teil des Reaktors angeordnet Kobalt Reformieren. Durch Hindurchführen durch das Katalysatorbett werden die Restkohlenwasserstoffe in dem Gas weiter Wasserdampf unterworfen reformiert zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid.

Das vorgeschlagene Verfahren kann in einem Reaktor durchgeführt werden, die schematisch in der beigefügten Zeichnung dargestellt.

VERFAHREN ZUR GAS, wasserstoffreiche und / oder Kohlenmonoxid

Die Figur zeigt, dass der Reaktor 1 von einem Druck besteht das Gehäuse 2 eine Reformierungskatalysatorschicht 3 enthält. Der Reaktor 1 ist mit einem weiteren Einlaßöffnungen 4, 5 für eine Zufuhrgasquelle und Zuführen eines sauerstoffhaltigen Mediums, bzw., und einem Auslaß 6 zum Austragen des Reaktionsgases. Druckmantel 2 wird von den hohen Temperaturen in den Reaktionen in der gasförmigen Reaktionsmedium, die feuerfeste Auskleidung 7 auf die Innenwandung des Entladungsgehäuses 2. Weiterhin befinden angetroffen geschützt weist der Reaktor eine Schicht 8 abgeschieden auf der Auskleidung 7 Reformierungskatalysator, mindestens einem ihrer Teil, der 1 den oberen Teil 9 des Reaktors einhüllt.

Die Erfindung und ihre technische Ergebnis wird durch die folgenden Beispiele veranschaulicht.

Beispiel 1

Im oberen Teil des Reaktors in der Zeichnung gezeigt wird eingeführt 100 Nm 3 / h Erdgas - Zusammensetzung (Mol.%) 94 55 CH 4, C 2 2,75 0,70 C 3, C 4 0,31, 0,11 C 5+, 1,16 und CO 2 0,42 N 2, 2 nm 3 / h Wasserstoff und 55 Nm3 / h Dampf. Oxidator Vorschub umfasst 57 Nm 3 / h Sauerstoff, enthaltend 0,50 mol.% Stickstoff und eine 6 Nm 3 / h Dampf. Somit kann, wie das molare Verhältnis von Sauerstoff / Kohlenstoff und einem Molverhältnis von Dampf / Kohlenstoff in dem Gas zu behandelnden 0,6. Das Kohlenwasserstoffeinsatzmaterial wird auf eine Temperatur von 500 ° C und dem Oxidationsmittel vorgewärmt - bis zu 220 ° C. Alle Arbeitsgasdruck wurde auf 2,46 MPa eingestellt.

Aus der Verbrennungskammer des Reaktors wird das Gas in der folgenden Tabelle angegebenen Struktur zurückgezogen.

Beispiel 2 (Vergleich)

Beispiel 1 wurde wiederholt mit dem Unterschied, dass der Prozess in dem Reaktor durchgeführt wird, bei dem aus das obere Ende der Auskleidung ist keine Schicht aus Reformierkatalysator.

In diesem Reaktor des Gases ist die Brennkammer Zusammensetzungstabelle zurückgezogenen folgende.

Tabelle
Beispielnummer Die Zusammensetzung des Gas reich an Wasserstoff und Kohlenmonoxid, Mol.%
H 2 H 2 O CO CO 2 CH 4 C 2 H 6 C 2 H 4 C 2 H 2 N 2
1 45,01 23,37 21.43 4.21 5.69 0,06 0,04 0,02 0,21
2 42,96 23,61 21.56 3.99 7,36 0,01 0,15 0,14 0,21
(Vergleich)

Ein Vergleich der Ergebnisse der obigen Experimente zeigen , dass das vorgeschlagene Verfahren hergestellt nach dem Gas eine wesentlich geringere Konzentration von C 2 Kohlenwasserstoffe (Ethan, Ethylen, Acetylen und), die die Vorläufer von Ruß auf das oben Gesagte.

FORDERUNGEN

1. Verfahren zur Herstellung eines wasserstoffreiches Gas Herstellung und / oder Kohlenmonoxid in dem Reaktor eine Ober- und Unterseite aufweist, umfassend die Schritte des Einführens erhitzt auf 400-700 ° C Kohlenwasserstoffbeschickung in die Oberseite des Reaktors mit Dampf und Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre Mischen Teil Oxidation durch Sauerstoffzufuhr an der Oberseite des Reaktors und, falls erforderlich, mit dem Reformierungskatalysator der Dampf am Boden des Reaktors angeordnet ist, wobei der Teil des partiell oxidierten Ausgangsmaterials des partiell oxidierten Ausgangsmaterials von dem oberen Teil des Reaktors in Kontakt mit einem Katalysator aktiv in Reformieren in Kontakt gebracht wird Kohlenwasserstoffe mit Dampf, zumindest auf der Oberfläche der Oberseite des Reaktors angeordnet ist, das Futter mit Dampf gemischt und einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre in einer Menge durchgeführt, um ein Molverhältnis von Sauerstoff / Kohlenstoff-Verhältnis in dem behandelten Gas zwischen 0,5-0,7 und das Molverhältnis von Wasser zu schaffen, Dampf / Kohlenstoff-Verhältnis zwischen 0,5 bis 1,5.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kohlenwasserstoffeinsatzmaterial und eine sauerstoffhaltige Atmosphäre in einem Brenner vor Einführung in den Kopf des Reaktors gemischt wird.

Druckversion
Erscheinungsdatum 02.03.2007gg