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Erfindung
Russische Föderation Patent RU2119888

VERFAHREN ZUR Herstellung von Synthesegas

VERFAHREN ZUR Herstellung von Synthesegas

Name des Erfinders:. Genkin VN; Genkin MV
Der Name des Patentinhabers: TC SIBUR HH
Adresse für die Korrespondenz:
Startdatum des Patents: 1998.02.10

Die Erfindung bezieht sich auf eine Technologie zur Verarbeitung von Kohlenwasserstoff-Rohstoffe, insbesondere auf die Herstellung von Synthesegas aus gasförmigen Kohlenwasserstoffen. Das Synthesegas durch partielle Oxidation von Kohlenwasserstoff-Luft-Gemisch in einem Verhältnis der Menge an Sauerstoff in dem Gemisch zu der Menge an Kohlenwasserstoff-alpha produziert = 0,5-0,8. Das Gemisch wird durch den Kolben in dem Motorzylindervolumen des Verbrennungs Art der Komprimierung vor der Selbstzündung verdichtet und 1300-2300 o C Temperatur für eine Zeitdauer von 10 -3 -10 -2 c zu erhalten. aktivieren Oxidationsprodukte von Teiloxidations Beschickung in einer Menge von 10-20 Vol.% des Einsatzmaterials, in einer Menge von 90-80 Vol eingeführt.% ist, wird abgekühlt und expandierte Produkte des Prozesses, wenn der Kolben zu dem unteren Totpunkt bewegt, Ausgabe der Verfahrensprodukte enthaltenden Synthesegas aus dem Reaktionsvolumen auf den Kolben bewegt sich in Richtung oberen Totpunkt, führt einen neuen Teil der Arbeitsmischung, wenn sich der Kolben bewegt sich nach dem unteren Totpunkt. Der Zyklus wird mit einer Frequenz größer als 350 Zyklen pro Minute wiederholt. Die Erfindung verbessert die Prozesseffizienz.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Technologie zur Verarbeitung von Kohlenwasserstoff - Rohstoffe, insbesondere auf die Herstellung von Synthesegas aus gasförmigen Kohlenwasserstoffen.

Verschiedene Verfahren für die Oxidation von Kohlenwasserstoff wie Methan, Synthesegas zu erzeugen:

CH 4 + 0,5 O 2 = CO + 2H 2

wo CO + 2 H 2 - Syngas.

Verfahren zur Herstellung von Synthesegas Verbrennung eines Kohlenwasserstoffbeschickungsgemisch mit Sauerstoff angereicherte Luft enthält, mit alpha = 0,5-0,8 oder mit Sauerstoff angereicherte Luft bei 0,827-1,2 alpha = (alpha - Menge der Luft für die Verbrennung erforderliche Kohlenwasserstoff wird aus dem Verhältnis von Sauerstoff zu der Menge an Kohlenwasserstoffbeschickung) und die explosive partiellen Oxidation von Kohlenwasserstoffen in einem Verbrennungsmotor Verschiebung Expansion bestimmt und Abkühlen der Produkte des Verfahrens während der Bewegung des Motorkolbens auf den unteren Totpunkt, wird der Ausgang der Verfahrensprodukte mit dem Synthesegas aus dem reaktiven Volumen wenn die Bewegung des Kolbens zum oberen Totpunkt, die Einführung eines neuen Teils der Arbeitsmischung, wenn sich der Kolben bewegt sich nach dem unteren Totpunkt. So wie der kohlenwasserstoffreiche Gas Koksproduktion verwenden, das hauptsächlich Kohlenmonoxid, Methan und Ethylen-Fraktion. Die Zylinder der Brennkraftmaschine wird ein Gemisch aus Luft mit den angegebenen Rohstoffe eingespeist und explosive partielle Oxidation wird durch eine erzwungene Zündung des Gemisches vorgeschaltet. Spezifische Produktivität des Verfahrens zur Kohlenwasserstoffzufuhr beträgt etwa 700 kg / m 3 pro Stunde. In diesem Fall wird das Synthesegas mit der Stromerzeugung kombiniert. (Kazarnovskii YS, Derevianko IG, Snezhinsk I. Kobozev NI "Explosive Methanumwandlung", M., Proceedings GIAP, t.VIII 1957 s.89-105).

Mit dieser Methode nicht Erdgas, und seine Produkte - reiche Gas Koksproduktion, bindet die Herstellung von Synthesegas für die Koksproduktion.

Weiterhin wird bei dem Verfahren unter Verwendung von nicht-angereicherten Luft bei alpha = 0,827-1,2 Verfahrensprodukte in dem CO 2 -Gehalt ist 1,5 bis 2 mal höher als die CO, ist der Wasserstoffgehalt des Synthese erfüllen nicht die Anforderung, während alpha> 1 Wasserstoff Allgemeinen abwesend. Wenn beispielsweise auf unenriched Luft bei alpha = 0,827 H 2 / CO - Verhältnis von 0,76 und in einem Beispiel arbeitet nicht erreicht 2.0.

Bei dem Verfahren zur Sauerstoff angereicherte Luft, mit alpha = 0,5-0,8 (Sauerstoffgehalt 29% und 50 treffen alpha) Verhältnis H 2 / CO mit der katalytischen Synthese (in einigen Fällen weniger als eine) nicht entspricht. Bei alpha = 0,8 CO 2 -Gehalt gleich dem Gehalt an CO.

In der Nähe von dem vorgeschlagenen Verfahren ist die Herstellung von Synthesegas , umfassend eine Kohlenwasserstoffbeschickung mit Luft zu alpha Vormischen = 0,5-0,8, Aktivierungsoxidationsbeschickungsmaterial auf eine Temperatur von 200-450 o C, erhitzten Zufuhrmischung in das Zylindervolumen der resultierenden Mischung erhitzt Brennkraftmaschine mit Kompressionstyp Bewegung des Kolbens zum unteren Totpunkt, die Durchführung der partiellen Oxidation von Kohlenwasserstoffen in der Mischung während des Zusammendrückens der Kolbenbewegung zum oberen Totpunkt seiner Selbstentzündungstemperatur und Erzeugen 1300-2300 o C für eine Zeitdauer von 10 -3 Zylindervolumen - 10 -2 sec Synthesegas aus einem Zylinder des Motorkühlverfahrensprodukte Ausfahren des Kolbens bewegt sich zu dem unteren Totpunkt, wird der Ausgang der Verfahrensprodukte enthält, wenn sich der Kolben zum oberen Totpunkt bewegt, um die Einführung eines neuen Teils der Arbeitsmischung, wenn der Kolben bewegt sich in Richtung des unteren Totpunktes, Zyklus die Wiederholung mit einer Frequenz größer als 350 Zyklen pro Minute (N-Patent 2.096.313, "Verfahren zur Herstellung von Synthesegas", 1997). Die vorliegende Erfindung löst das Problem, ein Verfahren zur Herstellung von Synthesegas geeignet zur weiteren katalytischen Verarbeitung bereitstellt. Mit dem beschriebenen Verfahren ergab das Synthesegas in den bekannten handelsüblichen Verbrennungsmotoren, nach einer kleinen Modifikation. In dieser jüngsten Arbeiten durch die Kompression des Motortyps, t. E. Kompressionszündung mit externer Lademodus.

Mit der Methode der Beschickung Methan, Ethan und andere gasförmige Kohlenwasserstoffe produziert, insbesondere die Zuordnung von Erdgasflüssigkeiten aus assoziierten Gas, können die Umwelt in den Produktions- und Veredelungsregionen zu verbessern. In diesem spezifischen Kapazität in dem vorgeschlagenen Verfahren ist 2,5-3 - mal höher als in den analogen und erreicht 1400-2000 kg / m 3 pro Stunde.

Jedoch Aktivierung von Oxidationsprozess Kohlenwasserstoffe umfassend Vorerhitzen des Gemisches auf 200-450 o C, schafft Bedingungen von Gas in den Arbeitstank mit einer ausreichend niedrigen Dichte eintritt, wodurch die Produktivität Grenze Methode verursacht.

Auch kann eine ausreichend hohe Vorheiztemperatur verursacht zusätzliche Energiekosten und trägt zu einer zusätzlichen Verschleiß und Reibung Teile des Zylinders, wodurch die Lebensdauer des Motors verringert wird.

Die Erfindung löst das Problem der weiteren Verbesserung der Leistung.

Die Erfindung besteht darin, daß bei der Herstellung von Synthesegas wird an alpha mit Luft teilweise Oxidation des Kohlenwasserstoffeinspeisungsgemisches durchgeführt = 0,5-0,8 (alpha - Verhältnis von Sauerstoff zu der Menge an Kohlenwasserstoff) Mischungen Kompressionskolben des Motorzylindervolumen internen Kompressor-Verbrennungs vor der Selbstentzündungstemperatur Erfassung und 1300-2300 o C für eine Zeitdauer von 10 -3 - 10 -2 s, Aktivierung der Oxidationsprodukte von Teiloxidationszufuhr in einer Menge von etwa 10-20% des Einsatzmaterials, in einer Menge von 90-80 eingeführt. vol.%, die Expansion und Kühlung Verfahrensprodukte während der Bewegung des Motorkolbens auf den unteren Totpunkt, wird der Ausgang der Verfahrensprodukte des Synthesegases aus dem Reaktionsvolumen auf den Kolbenhub zu dem oberen Totpunkt, die Einführung eines neuen Teils der Arbeitsmischung, wenn sich der Kolben zum unteren Totpunkt enthalten, Wiederholungszyklus mit einer Frequenz größer als 350 Zyklen pro Minute.

Die Neuheit der Erfindung ist das Verfahren der partiellen Oxidation eines Kohlenwasserstoffgemisches mit Luft in den Maschinenzylinder-Verdrängungsvolumen der Teiloxidationsprodukten in den oben angegebenen Anteilen eingeführt zu verbessern.

Hier wird , wie in dem Stand der Technik mit einem Alpha von weniger als 0,5 ist , ist Verrußung intensiv, was die Qualität des Synthesegases beeinträchtigt, und am alpha größer als 0,8 ist , der Gehalt im Rauchgas von CO 2 ist größer als die CO, die reduziert Qualität Synthesegas.

Die untere Grenze der Temperatur der Partialoxidation von 1300 o C ist aus Gründen der Gewährleistung der Strömung von tiefen Partialoxidation von Kohlenwasserstoffen ausgewählt.

Die obere Grenze der Temperatur der Partialoxidation von 2300 o C wird gewählt , um die Rußbildung mit dem niedrigeren Wert der beanspruchten alpha vermeiden.

Zyklusfrequenz sollte 350 Zyklen pro Minute nicht überschreiten, da das Gemisch bei einer niedrigeren Kompressionszündung nicht auftritt.

Bei der Durchführung der partiellen Oxidation bei diesen Temperaturen für einen Zeitraum von weniger als 10 -3 s out erforderlich ist , ist ein Anstieg in der Motordrehzahl , bei der die Trägheitslast ansteigt oben zulässige aus Festigkeitsgründen.

Bei der Durchführung der partiellen Oxidation bei diesen Temperaturen für einen Zeitraum von mehr als 10 -2 bis verringerter Produktausbeute aus.

Die Werte der Konzentration von Teiloxidationsprodukten in den Reaktionsraum eingeführt Recycling angetrieben Bedarf eine höhere Leistung.

Verarbeitungsprodukten in einer Konzentration von weniger als 10%, während die alpha Gewährleistung = 0,5-0,8 Kohlenwasserstoffbeschickungsmischung mit Luft wird der Selbstentzündungstemperatur vorgesehen ist, und Erhitzen der Mischung auf die gewünschte Betriebstemperatur und bei einer Konzentration von größer als 20%, reduziert die Produktivität nicht erreicht werden.

Das Verfahren ist wie folgt.

1. Voraus gemischten Kohlenwasserstoffeinsatzluft alpha = 0,5-0,8.

2. 90-80 Vol.% Des Einsatzmaterials und 10-20 Vol.% Des partiellen Oxidationsprodukt wird auf das Volumen des Verbrennungsmotorzylinderkompressionstyp bewegt sich der Kolben zum unteren Totpunkt zugeführt.

3. Durchführung einer chemischen Reaktion in dem Gemisch während des Verdichtungszylindervolumen der Kolbenbewegung zum oberen Totpunkt seiner Selbstentzündungstemperatur und Erzeugen 1300-2300 o C für eine Zeitdauer von 10 -3 - 10 -2 sec.

4. Kühle das Verfahren von Produkten, so dass sie mit der Kolbenbewegung zum unteren Totpunkt erstreckt.

5. Zeigen Sie die Verfahrensprodukte aus dem Motorzylinder, wenn der Kolben zum oberen Totpunkt bewegt.

6. Der Zyklus wird mit einer Frequenz wiederholt, größer als 350 Zyklen pro Minute.

7. Verwendung kinetische Energie der Bewegung des Motormechanismus Energie in einem Generator verbunden mit der Motorwelle zu erzeugen.

Nach Kontakt mit dem Beschickungskohlenwasserstoff mit Luft gemischt und Nebenprodukte in dem Arbeitsvolumen und Druckgemisch Reaktionsbedingungen erreicht werden:

CH 4 + 0,5 O 2 = CO + 2H 2

CO + 0,5 O 2 = CO 2,

H 2 + 0,5 O 2 = H 2 O,

CH 4 = c (schwarz) + 2 H 2 -Gas.

Diese Reaktionen haben Aktivierungsenergien jeweils: 29.22; 23.18; 19,15; 50.38 kJ / m, die thermische Wirkung von 35,71, 242, 283,2, -74,9 kJ (Beeler IV und andere. Verfahren zur Pulskompression und ihre Anwendung in der chemischen Technik. Überwachungs- und Informationsmaterialien . - M: Institut für im.A.V. Topchieva, Petrochemie Synthese 1997)..

Die Daten zeigen , dass aufgrund des Vorhandenseins in der brennbaren Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid Reaktionen mit erheblichen Wärmeentwicklung in den frühen Stadien des Prozesses auftreten und beseitigt die Notwendigkeit , die Kohlenwasserstoffbeschickung mit Luft auf 200-450 o C. In anderen Worten vorzuwärmen, indem eine höhere Cetanzahl unter Verwendung Wasserstoff als Methan (10-facher Unterschied) ist es möglich, den Betrieb der Druckmaschine ohne die Notwendigkeit einer anfänglichen Erwärmungsmaßnahmen zu realisieren.

Verfahren zur Herstellung von Synthesegas durch eine Zeichnung veranschaulicht die Herstellung, die ein Diagramm der Anlage zeigt.

VERFAHREN ZUR Herstellung von Synthesegas

Die Installation enthält an der Brennkraftmaschine des Kompressionstyp chemischen Reaktor Kompression basiert, umfassend einen Zylinder 1, der eine geschlossene Reaktionskammer, die den Kolben 2, ein Einlassventil 3 zum Zuführen des Arbeitsmischung aufnimmt, in der Zone des oberen Totpunkt des Zylinders 1 angeordnet ist, die zugeordnete Rohrleitung mit dem Mischer 4 ist das Auslassventil 5 angeordnet, in der Nähe des oberen Totpunkt des Zylinders 1 für die Produkte des Verfahrens zu entladen.

Kolben 2 Zylinder 1 mit einem Kurbelmechanismus der Kurbelwelle verbunden ist 6. Da der Motor 6, 7 verbunden.

Installation und Schulungssystem hat eine Arbeits Mischung von Kohlenwasserstoffprodukten mit Luft und partielle Oxidation von Methan Verarbeitens Meß- und Abgabevorrichtung.

OPERATION Installation und Implementierung der Mode wie folgt

Der Mischer 4 ist ein Kohlenwasserstoffbeschickungsmaterial und Luft in einem vorgegebenen Verhältnis zugeführt wird, und eine Teiloxidationsprodukt in einer Konzentration über. Das erhaltene Gemisch wird 1 durch das Ventil 3 in den Zylinder zugeführt, über die sich der Kolben 2 dem oberen Totpunkt, die Mischung auf Selbstentzündungstemperatur zusammengedrückt wird, und seine Herstellungstemperatur und 1300 bis 2300 o C für eine Zeitdauer von 10 -3 - 10 -2 sec, in denen die Oxidation und den thermischen Abbau des Arbeitsgemisches.

Wenn der Kolben 2 in dem Zylinder zu dem unteren Totpunkt ist, ein Expansionsverfahrensprodukte ihre Kühlung und Härtung und die Wärmeenergie dieser Produkte wird in mechanische Energie der Bewegung des Mechanismus umgewandelt. Bei der anschließenden Bewegung des Kolbens 2 zum oberen Totpunkt in den Verfahrensprodukten aus dem Zylinder 1 durch das Auslassventil 5 entfernt, um den Arbeitszylinder 1 Frischgemisch tritt zuzuführen, wenn der Kolben 2 zum unteren Totpunkt fahren und die Öffnung des Einlassventils 3. Die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens 2 in dem Zylinder 1 wird mit einer Frequenz von mindestens 350 Zyklen pro Minute durchgeführt.

Beispiele für das Verfahren zur Herstellung von Synthesegas sind in der Tabelle gezeigt.

Ein Verfahren in einer Anlage umgesetzt eine modifizierte Verbrennungsmotor vom Kompressionstyp G98 (6GCHN36 / 45) mit einem Arbeitsvolumen von 45 Litern aufweist, wobei die Verarbeitungskohlenwasserstoffbeschickung.

Wie aus der Tabelle ersichtlich, erreicht die Leistung des durch die vorliegende Erfindung realisiertes Verfahren höhere Werte. Spezifische Leistung des Verfahrens bis 2500 kg / m 3 pro Stunde.

Darüber hinaus eliminiert kein Vorheizen die zusätzlichen Energiekosten und die Lebensdauer des Motors zu erhöhen.

FORDERUNGEN

Verfahren zur Herstellung von Synthesegas, das teilweise Oxidation von Kohlenwasserstoffen im Gemisch mit Luft in einem Verhältnis von Sauerstoff zu der Menge an Kohlenwasserstoff-alpha = 0,5-0,8, um die Mischung in dem Kompressionskolben in den Motorzylindervolumen kompressionsVerbrennungs vor der Selbstentzündungs und erhalten der Temperatur von 1300 - 2300 o C für eine Zeitdauer von 10 -3 - 10 -2 s, Aktivierung des Oxidationsprozesses, Expansion und Abkühlen der Produkte des Verfahrens , wenn die Motorkolbenbewegung zum unteren Totpunkt, wird der Ausgang der Verfahrensprodukte des Synthesegases aus dem Reaktionsvolumen , das auf Bewegung des Kolbens zum oberen Totpunkt, um die Einführung in das Arbeitsvolumen des Motorzylinders Produkte, die Einführung eines neuen Teils der Arbeitsmischung in der Kolbenbewegung zum unteren Totpunkt, Zyklus die Wiederholung bei einer Frequenz größer als 350 Zyklen pro Minute ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren der partiellen Oxidation eines Kohlenwasserstoffgemisches mit Luft aktivieren Partialoxidation von 10 - 20% bei etwa 90 -. 80% des ursprünglichen Gemisches ..

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Erscheinungsdatum 02.03.2007gg