СПОСОБ СЖИГАНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ Российский патент 1997 года по МПК C01B3/24 C09C1/48 

Изобретение относится к способу уменьшения содержания углерода в питающем потоке природного газа или других углеводородных газов для процессов сжигания, чтобы уменьшить выбросы диоксида углерода в газах от горения энергетических станций, сжигающих газ.

Известный способ и аппаратура для производства углеводородной сажи и водорода в плазменной реакционной камере [1] Исходное сырье в виде углеводородов как жидкость или газ вводится через горловину в один конец реакционной камеры, смешивается в водородном плазменном потоке и подвергается пиролизу в реакторе. Способ обеспечивает уменьшение содержание углерода в углеводородном газе.

Известен метод [2] в котором часть потока исходного материала, предназначенная для процесса реформинга потока, разлагается на углеродную сажу в плазменной реакционной камере. Коммерческий процесс для производства водорода включает в себя два шага. Первый шаг это реформинг потока углеводорода для получения газа, содержащего главным образом монооксид углерода и водород. Затем этот газ вступает в реакцию с потоком при более низкой температуре для изменения монооксида углерода в диоксид углерода и водород. Отделение диоксида углерода дает продуктовый поток водорода. Процесс дает большой излишек диоксида углерода, который считается продуктом с незначительной энергией и с маленькой экономической ценностью. Изобретение связано с методом разложения части природного газа на высококачественную углеродную сажу без понижения количества синтез-газа.

Во многих процессах сгорания желательно, чтобы могли подаваться в определенных пропорциях смеси природного газа, особенно метана, и водорода. Метод, соответствующий изобретению, делает возможным приготовление продукта, в котором эти два газа могут присутствовать в любой пропорции.

Цель изобретения состоит в обеспечении метода для разложения в пиролитическом процессе природного газа частично на водород и для регулирования скорости разложения таким образом, чтобы отходящий газ содержал определенное количество водорода. Отходящий газ транспортируется к процессу сгорания. Части образовавшегося водорода рециркулируются для использования в качестве плазменного газа в пиролитическом реакторе, а углеродный компонент транспортируется из процесса для отдельного применения.

D D 276 098 сообщает, что процесс реформинга углеводорода потока дает большой излишек диоксида углерода, который должен удаляться в процессе промывки и считается побочным продуктом, продуктом с небольшим количеством энергии и маленькой экономической ценностью. Цель изобретения состоит в превращении части содержания углерода в природном газе в высококачественную углеродную сажу без снижения количества синтез-газа. Отходящий газ из пиролитического реактора содержит газы многих типов, такие, как ацетилен и более высокие ацетилены которые должны удаляться до того, как получится газ, содержащий водород и метан, подходящие для второй стадии процесса реформинга потока. Патент также сообщает, что содержание метана не может превышать 7 процентов.

Настоящее изобретение использует возможности регулировки и добавление любого количества водорода в поток природного газа, и это количество может регулироваться согласно рабочим условиям, а также без учета окружающей среды, например, пример, для получения самого низкого возможного NO_x.

Например, известно, что путем добавления 15 процентов водорода в метан можно достичь снижения содержания NO_x в процессе сгорания.

Способ сжигания углеводородов.

Изобретение касается метода для уменьшения содержания углерода в исходном потоке природного газа или других углеводородных газов для процесса сгорания для того, чтобы уменьшить выброс диоксидов углерода при сжигании газа, например, в связи с электростанцией, работающей на газе.

Во время сгорания ископаемых видов топлива, угля, природного газа и других углеводородов в отходящих газах будут обнаруживаться и вода в виде пара, и диоксид углерода. Пропорциональное соотношение между этими двумя газами будет завесить от количественного соотношения содержания углерода к содержанию водорода в используемом топливе. Уголь будет давать почти исключительно диоксид углерода, метан будет давать воду и диоксид углерода в соотношении 2: 1, тогда как водород будет давать только воду. При условиях уменьшить эффект выбросы диоксида углерода становятся гораздо менее приемлемыми. Таким образом, жизненно важно ограничить эти выбросы, самое лучшее решение состоит в том, чтобы исключить их полностью.

Целью данного изобретения заключается в том, чтобы улучшить эту ситуацию, за счет предложения способа уменьшения содержания углерода в природном газе и углеводородном газе. Это уменьшение должно быть внедрено таким образом, чтобы требуемая степень уменьшения содержания CO₂ могла быть достигнута после сжигания. Можно достичь полного уменьшения за счет использования в качестве топлива чистого водорода, причем это приводит к полному исключению выбросов CO₂.

Также дальнейшей целью изобретениях является создание возможности по использованию природного газа в качестве топлива со значительно уменьшенным производством диоксида углерода, т.е. в газовой турбине.

Эти цели достигаются способом, который соответствует изобретению и отличительные особенности которого будут приведены в формуле изобретения.

Основу изобретения составляет факт, что существует возможность пиролитического разложения углеводородов для углерода и водорода. Используя в качестве топлива чистый водород, можно устранить выбросы диоксида углерода. Если углерод удаляется из используемых в качестве топлива природного газа или углеводородного газа, то для сжигания можно уменьшить выбросы диоксида углерода.

Уменьшение этого типа может быть достигнуто за счет проведения полной или частичной конверсии природного газа или углеводородных газов в питающем потоке, поступающем на сжигание. Питающий поток разлагается до требуемой степени на углерод и водород, после чего природный газ с уменьшенным содержанием углерода поступает на сжигание или в химический процесс и углеродная составляющая удаляется из процесса для отдельного использования. Также такое уменьшение может быть достигнуто при конверсии части потока природного газа или углеводородного газа.

В обоих случаях разложение до углерода и водорода требует затрат энергии. Содержание энергии в газах с уменьшенным содержанием углерода будет ниже по сравнению с чистым природным газом или углеводородным газом, т.к. освобожденный углерод представляет потерю энергии. Результат будет в том, что для достижения эффекта как и в случае использования чистого природного газа или углеводородного газа, для обеспечения процесса потребуется большее количество газа с уменьшенным содержанием углерода. Степень этого дополнительного количества будет зависеть от степени, до которой должно быть уменьшено содержание углерода, т.е. от степени, до которой должна быть проведена конверсия, и также от эффективности рассмотренных процессов сжигания.

Цель заключается в создании возможности использовать чистый водород в качестве газа, поступающего на сжигание, для того, чтобы тем самым достичь возможности полного исключения выбросов углекислого газа.

Однако в существующих установках отсутствуют технологические условия по использованию чистого водорода, что делает необходимым добавить некоторое количество углеводородов.

Тем самым способ разработан таким образом, чтобы имелась возможность добавить некоторое количество природного газа к потоку водорода и количество может быть отрегулировано в соответствии с технологическими условиями.

После процесса сжигания, газовые выбросы очищаются способами, которые известны специалистам, и способы очистки во многих случаях являются чрезвычайно дорогими, например, как в случае каталитической очистки.

В настоящее время открыто, что издержки полученные в результате конверсии природного газа или углеводородного газа, которые используются в качестве топлива для установок по сжиганию, могут быть компенсированы, и это дает возможность достичь экономически выгодного процесса, несмотря на потери энергии в потоке, поступающем на сжигание. В способе, соответствующем изобретению, это достигается за счет получения в пиролитическом процессе дополнительно к водороду и чистого углерода. "Углистый" материал присутствует в виде углеродной сажи и в таком виде материал имеет очень высокую ценность. Углеродная сажа в металлургической промышленности может использоваться в качестве восстановительного агента или на обычном "рынке углеродной сажи". Если углистый материал используется для анодов в алюминиевой промышленности, это создает определенные преимущества как с точки зрения охраны окружающей среды, так и с экономической точки, т.к. новые аноды не загрязняют ни электролит, ни через него продукт, или окружающую среду за счет выбросов серы и смолы.

С помощью изобретения получена высокая комбинация преимуществ, исходя из получения финансово приемлемого промышленного продукта и сохранения окружающей среды, т.е. уменьшения загрязнения.

В следующей части изобретение будет более детально описано при помощи примера использования способа.

В качестве примера выбрана работа энергетической станции, использующей в качестве топлива для сжигания природный газ. Пример предназначен для иллюстрации главных принципов изобретения. Другие применения изобретения заключаются в производстве чистого водорода и в использовании способа во всех процессах, в которых в качестве источника энергии используется природный газ или другие углеводороды. В особенности изобретение является приемлемым в связи с получением энергии на топливных установках, использующих для сжигания водорода.

В питающих сетях энергетических станций, использующих в качестве топлива для сжигания газ, которые действуют на природном газе, т.е. метане, устанавливают реактор, который действует в соответствии с пиролитическими принципами действия плазменной горелки, и который вызывает разложение поступающего природного газа и углеводородного газа до составляющей водорода и составляющей частиц углерода. Реактор может быть установлен в прямой линии питания или в обводной линии. Образовавшийся водород также может быть использован при подаче обратно в реактор в качестве газа, образующего плазму, причем это создает возможность работы реактора без создания какого-либо загрязнения.

Водородный газ из реактора затем подается на газовую турбину, где он используется или отдельно, или вместе с углеводородами (метаном) в качестве топлива для газовой турбины. Газовая турбина действует в обычном режиме. Однако, в этом случае существует одна главная особенность, которая заключается в том, что выбросы диоксида углерода уменьшены или полностью исключены. Степень до которой уменьшаются выбросы диоксида углерода, зависит от того, насколько много водорода в источнике газа, питающем турбину. Во всем процессе можно регулировать содержание водорода, от отсутствия добавок водорода до чистого водорода.

Использование: в способах уменьшения содержания углерода в питающем потоке природного газа или других углеводородных газов для процессов сжигания, чтобы уменьшить выбросы диоксида углерода в газах от горения. Сущность: углеводородный газ подвергают пиролитическому разложению в реакторе с плазменной горелкой с получением углерода и потока водорода и неразложившегося газа. Полученный после пиролитического разложения поток водорода и неразложившегося газа подают в качестве топлива на сгорание с генерированием энергии и выбросом отработанных газов. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ уменьшения содержания углерода в углеводородном газе, включающий пиролитическое разложение его в реакторе с плазменной горелкой с получением углерода и потока водорода и неразложившегося газа, отделение углерода от потока водорода и неразложившегося газа, отличающийся тем, что полученный после пиролитического разложения поток водорода и неразложившегося газа подают в качестве топлива на сгорание с генерированием энергии и выбросом отработанных газов. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве углеводородного газа используют природный газ. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поток водорода и неразложившегося газа является водородным топливом.