Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения газа, обогащенного водородом, из газообразного углеводородного сырья

Изобретение относится к способу получения богатой по водороду газовой смеси, содержащей водород, оксид углерода из газообразного углеводородного сырья.

Известен способ получения богатой водородом газовой смеси из галогенсодержащей газовой смеси, включающей водород и по меньшей мере 50 об.% монооксида углерода, в пересчете на сухую массу, путем взаимодействия галогенсодержащей газовой смеси с водой, имеющей температуру от 150 до 250°С, чтобы получить газовую смесь, бедную галогеном и имеющую мольное отношение пара к монооксиду углерода от 0,2:1 до 0,9:1, и подвергают указанную газовую смесь, бедную галогеном, реакции сдвига водяного газа, в котором часть или весь монооксид углерода конвертируют с паром до водорода и диоксида углерода в присутствии катализатора, который присутствует в одном реакторе с неподвижным слоем или в каскаде из более чем одного реактора с неподвижным слоем, и в котором температура газовой смеси, которая поступает в реактор или реакторы, равна от 190 до 230°С (RU №2515967 от 27.04.2013. Бюл. №23).

К недостаткам данного способа можно отнести сложность подготовки исходного сырья и использование катализатора для получения требуемой газовой смеси.

Наиболее близким к предложенному является способ получения газа, обогащенного водородом или оксидом углерода путем риформинга с водяным паром углеводородного сырья при повышенных температурах пропусканием через слой катализатора риформинга с водяным паром, в который подают кислород через проницаемую для кислорода мембрану, с последующим удалением конечного продукта из этого слоя. Углеводородное сырье пропускают через слой катализатора, во входной области которого содержится катализатор, имеющий активность в окислении углеводородного сырья (RU №2248931 от 27.03.2005, Бюл. №9).

Недостатком данного способа является сложность осуществления способа, наличие специальной мембраны, а также катализатор для осуществления данного процесса.

Задачей изобретения является упрощение процесса получения газа, обогащенного водородом, из газообразного углеводородного сырья.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе получения газа, обогащенного водородом, из газообразного углеводородного сырья, включающем риформинг с водяным паром углеводородного сырья, риформинг с водяным паром углеводородного сырья пропускают через слой СаО при температуре 170-400°С при соотношении компонентов в вес. частях: 1 СО : 0,5-0,7 паров воды 1,9-2,1 СаО.

Сущность способа заключается в следующем.

При риформинге углеводородного сырья водяным паром при повышенных температурах идет реакция содержащегося в сырье оксида углерода с водяным паром:

Полученный диоксид углерода взаимодействует с СаО по реакции:

который в виде твердого продукта выводится из получаемой смеси. Все реакции идут при известных температурах. Таким образом, суммарная реакция запишется в виде:

Верхний интервал температур 400°С ограничен термодинамикой реакций 1-3.

Нижний интервал температур 170°С ограничен кинетическими особенностями реакций 1-3.

При снижении соотношения одной части СО в синтез-газе меньше 0,5 части паров воды реакция 1 проходит не полно, а при увеличении содержания паров воды больше 0,7 части происходит необоснованный перерасход паров воды, что снижает выход водорода.

При снижении соотношения одной части СО в синтез-газе меньше 1,9 части СаО не полно проходит реакция 2, а при увеличении содержания СаО больше 2,1 части приводит к необоснованному перерасходу СаО, что снижает выход водорода.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В лабораторном пробирочном реакторе смешивали 2 г синтез-газа состава мас.%: Н₂ - 49,6; СО - 38,8; N₂ - 11,6. СО - 1 часть 0,5 части паров воды при температуре 170°С пропускали через порошкообразный СаО - 1,9 части. Полученный газ и продукт из СаО анализировали. Состав газа мас.%: Н₂ - 72; СО - 11,25; N₂ - 16,8. Рентгенофазовый анализ показал, что состав продукта соответствует СаСО₃.

Пример 2. В лабораторном пробирочном реакторе смешивали 2 г синтез-газа того же состава, что и в примере 1 (СО - 1 часть) и 0,7 части паров воды при температуре 170°С пропускали через порошкообразный СаО (2,1 части). Полученный газ и продукт из СаО анализировали. Состав газа мас.%: Н₂ - 74,4; СО - 8,3; N₂ - 17,4. Рентгенофазовый анализ показал, что состав продукта соответствует СаСО₃.

Пример 3. В лабораторном пробирочном реакторе смешивали 2 г синтез-газа того же состава, что и в примере 1 (СО - 1 часть) и 0,5 части паров воды при температуре 400°С пропускали через порошкообразный СаО (1,9 части). Полученный газ и продукт из СаО анализировали. Состав газа мас.%: Н₂ - 73,4; СО - 9,6; N₂ - 17,2. Рентгенофазовый анализ показал, что состав продукта соответствует СаСО₃.

Пример 4. В лабораторном пробирочном реакторе смешивали 2 г синтез-газа того же состава, что и в примере 1 (СО - 1 часть) и 0,7 части паров воды при температуре 400°С пропускали через порошкообразный СаО (2,1 части). Полученный газ и продукт из СаО анализировали. Состав газа мас.%: Н₂ - 74,4; СО - 7,2; N₂ - 17,4. Рентгенофазовый анализ показал, что состав продукта соответствует СаСО₃.

Способ осуществляли в лабораторном пробирочном реакторе, где смешивали 2 г синтез-газа состава мас.%: Н₂ - 49,6; СО - 38,8; N₂ - 11,6 и соответствующее частей воды и СаО на 1 часть СО содержащегося в синтез-газе. Смесь нагревали до соответствующей температуры, после чего смесь анализировали на содержание водорода и состав твердой фазы. Результаты анализов приведены в таблице. Анализ твердой фазы показал наличие СаСО₃.