СПОСОБ КАТАЛИТИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ БОГАТОГО ОКИСЬЮ УГЛЕРОДА ГАЗА Российский патент 1998 года по МПК C01B31/18 

Изобретение относится к производству богатого окисью углерода газа, в частности к способу каталитического получения богатого окисью углерода газа.

Известен способ каталитического получения богатого окисью углерода газа, включающий нагрев газа, содержащего водородсодержащий газ и газ, содержащий двуокись углерода, при повышенном давлении на катализаторе с получением газа, содержащего окись углерода и незначительное количество метана (см. FR 2593164 A1, кл. C 01 B 31/18, 1987).

Недостатком известного способа является необходимость внешнего подвода тепла, что отрицательно сказывается на общей стоимости производства.

Задачей изобретения является снижение общих затрат каталитического производства богатого окисью углерода газа путем отказа от применения внешних источников энергии.

Задача решается в способе каталитического получения богатого окисью углерода газа, включающем нагрев газа, содержащего водородсодержащий газ и газ, содержащий двуокись углерода, при давлении на катализаторе с получением газа, содержащего окись углерода и метан, за счет того, что газ, подвергаемый нагреву, получают смешиванием водородсодержащего газа и содержащего двуокись углерода газа и нагрев смешанного газа ведут в адиабатических условиях.

При осуществлении предлагаемого способа содержащие водород и двуокись углерода исходные газы смешивают в стандартных смесителях. Оба газа легко доступны как промышленные побочные продукты большого числа процессов. Так, например, двуокись углерода практически содержится во всех синтез-газах, получаемых в результате газификации углеводородов или угля, и она может выделяться из них путем стандартных очистительных методов, таких как, например, промывка, адсорбция под давлением и отделение охлаждением.

Водород обычно получают в качестве побочного продукта из продувочного газа, например, в нефтехимических установках или установках для производства аммиака, где его выделяют на стадии очистки охлаждением (или его используют в качестве топлива в таких установках).

Смешивание водородсодержащего газа и содержащего двуокись углерода газа может осуществляться в стандартной смесительной камере или же в горелке, установленной на головной части адиабатического реактора, используемого для осуществления предлагаемого способа.

При этом газы смешивают в таких количествах, которые обеспечивают молярное соотношение водорода и двуокиси углерода в смешанном газе, равное предпочтительно 1,5 - 6,5. Получаемый смешанный газ нагревают до температуры 400 - 750^oC с последующей подачей на реакцию.

Нагрев смешанного газа может осуществляться путем теплообмена с горячим жидким продуктом процесса, предпочтительно с горячим продуктом, выходящим из адиабатического реактора. Температура на выходе реактора значительно выше требуемой входной температуры смешанного газа благодаря протеканию в газе реакций в адиабатических условиях.

Адиабатический реактор работает под давлением 5 - 50 бар. При этом рабочие параметры в каждом конкретном случае зависят от желаемой концентрации окиси углерода в конечном газе на выходе реактора.

В вышеупомянутых условиях двуокись углерода и водород в смешанном газе превращаются до окиси углерода по следующей эндотермической обратимой реакции;
CO₂+H₂ ⇆ CO+H₂O .

Одновременно образуется метан по следующей экзотермической реакции
CO₂+4H₂ ⇆ CH₄+2H₂O .

Данная экзотермическая реакция дает достаточное тепло для поддержания эндотермической обратимой реакции. Обе реакции протекают до равновесия в присутствии любого стандартного катализатора риформинга, например, на основе никеля, железа, меди или цинка.

Конечный состав целевого газа устанавливается равновесием вышеуказанных реакций. Поэтому состав целевого продукта зависит от рабочих условий. В результате изменения соотношения водорода и двуокиси углерода, температуры и давления, при которых смешанный газ подают в адиабатический реактор, можно устанавливать желаемый состав целевого газа. Таким образом возможно получение целевого газа с различным составом, который можно применять в качестве синтез-газа в различного рода процессах.

Предлагаемый способ может выгодно использоваться в существующих установках для производства окиси углерода, которые снабжены охлаждающими приспособлениями и приспособлениями для удаления двуокиси углерода, в которых получают побочные продукты, содержащие водород и двуокись углерода. Кроме того, путем подходящего регулирования рабочих условий получаемый богатый окисью углерода газ можно непосредственно использовать в качестве синтез-газа в процессе получения метанола.

Пример. Содержащий водород и двуокись углерода смешанный газ получают путем смешивания 5000 нм³/ч. водорода и 2000 нм³/ч. двуокиси углерода под давлением 20,4 бар в смесительной камере. Получаемый смешанный газ нагревают до температуры 650^oC путем косвенного теплообмена с целевым богатым окисью углерода продуктом, выходящим из реактора для превращения смешанного газа при температуре на выходе 804^oC. Теплообмен осуществляют в подходящем теплообменнике. В результате пропускания через теплообменник температура в смешанном газе повышается до 650^oC. С этой температурой смешанный газ подают в адиабатический реактор, нагруженный неподвижным слоем стандартного катализатора парового риформинга на основе никеля (поставляемого фирмой Хальдор Топсеэ A/C, DK). При пропускании через слой катализатора температура смешанного газа адиабатически повышается до 804^oC в результате вышеупомянутых реакций водорода и двуокиси углерода до окиси углерода и метана.

Получаемый целевой газ имеет следующий состав:
Окись углерода - 952 нм³/ч.

Двуокись углерода - 670 нм³/ч.

Водород - 534 нм³/ч.

Метан - 424 нм³/ч.

Вода - 1709 нм³/ч.

Предлагаемый способ не требует наружного подвода тепла, т.е. тепло, необходимое для поддержания реакции по образованию окиси углерода, предоставляется исключительно экзотермической реакцией по образованию метана, которая осуществляется одновременно с протеканием реакции по образованию окиси углерода в адиабатических условиях. Тепло, необходимое для подогрева смешанного газа, предоставляется теплосодержанием богатого окисью углерода газа, выходящего из реактора при высоких температурах.

После осуществления теплообмена со смешанным газом температура богатого окисью углерода газа составляет 193^oC. Получаемый таким образом газ можно выгодно смешивать с синтез-тазом, получаемым в результате парового риформинга. Газовую смесь пропускают через стадию удаления двуокиси углерода перед конечным отделением водорода и окиси углерода на стадии охлаждения. Отделившуюся двуокись углерода доводят до требуемого давления и вместе с водородом, получаемым на стадии отделения охлаждением, рециркулируют на стадию получения смешанного газа. Таким образом введение некоторых дополнительных стадий позволяет повысить производительность существующих установок для производства окиси углерода.

Использование: в производстве богатого окисью углерода газа. Сущность изобретения: водородсодержащий газ и содержащий двуокись углерода газ смешивают и нагревают при давлении на катализаторе в адиабатических условиях с получением газа, содержащего окись углерода и метан. 4 з.п. ф-лы.

1. Способ каталитического получения богатого окисью углерода газа, включающий нагрев газа, содержащего водородсодержащий газ и двуокись углерода газ, при давлении на катализаторе с получением газа, содержащего окись углерода и метан, отличающийся тем, что газ, подвергаемый нагреву, получают смешиванием водородсодержащего газа и содержащего двуокись углерода газа и нагрев смешанного газа ведут в адиабатических условиях. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что водородсодержащий газ и содержащий двуокись углерода газ смешивают в количествах, обеспечивающих молярное соотношение водорода и двуокиси углерода в получаемом смешанном газе 1,5 - 6,5. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что нагрев полученного смешанного газа ведут до 400 - 750^oС. 4. Способ по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что смешанный газ нагревают путем теплообмена с получаемым газом, богатым окисью углерода. 5. Способ по пп.1 - 4, отличающийся тем, что нагрев смешанного газа осуществляют под давлением 5 - 50 бар.