Вторичный риформинг природного газа

Риформинг. Каталитические реакторы риформинга

Риформинг имеет большое значение для производств, связанных с химией. Посредством него делают арены (ароматические углеводороды), повышают октановое число бензина, используют для процессов гидроочистки, гирокрекинга и изомеризации.

Для чего нужен риформинг

Каталитический риформинг предназначен для получения аренов и водородосодержащего газа. Так, посредством него делают толуол, ксилол, повышают устойчивость топлива к детонированию. Реакция риформинга проходит при 500 градусах под давлением 1.5-4 МПа.

• Природный газ, который компримировали, перемешивается с продувным газом аммиачного цикла синтеза.
• Соединение разогревается в специальном конвективном змеевике. После этого его очищают серными элементами в низкотемпературных условиях.
• В смесь добавляют водный пар высокой температуры. Затем смесь подогревают в змеевике.
• Соединение переходит в трубчатую печь риформинга.
• Выполняется утилизация тепловой энергии дымных газов из печи.

• каталитического реактора риформинга;
• парового генератора;
• конвертера;
• оборудования для нагрева сырья;
• теплового обменника;
• установки для очищения водорода.

Процессы риформинга

• изомеризируются углеводородные элементы;
• ароматизируется исходный материал, что обусловлено дегидроциклизацией алканов;
• протекает каталитический крекинг.

Работа установки парового риформинга

Такое оборудование часто используют, чтобы производить синтетический газ. Подобная возможность обеспечивается малым весом углеводородных элементов, которые дополнены водородными.

Исходным сырьем при использовании этого вида риформинга служит природный газ либо сырая нефть. Данные компоненты превращаются в искусственный газ после обработки в печи риформинга.

Вторичный риформинг углеводородов

Исходным материалом при работе установки каталитического риформинга здесь служат прямогонные бензиновые фракции. В некоторых случаях применяются бензины, которые получили посредством термо- либо гидрокрекинга после особой подготовки.

Схема и цель риформинга такого типа предусматривает использование широких фракций, выкипающих при температуре 60-180 градусов. Также в реакторе каталитического риформинга могут задействоваться узкие фракции, которые выкипают в небольших интервалах, например, при 85-105 градусах. Для дезактивации катализатора при гидроочистке каталитического риформинга объем серных и азотных элементов должен ограничиваться.

Риформинг алканов

Оборудование для каталитического риформинга алканов позволяет повысить октановое число потенциальных горючих, промышленно получать ароматические углеводородные соединения.

• дегидроциклизация алканов в ароматические углеводородные соединения;
• гидрокрекинг алканов;
• дегидрирующие процессы по превращению циклогексана в бензольные соединения;
• изомеризационные процессы по превращению алкилциклопентанов в ароматические углеводородные соединения.

Риформинг метана

Такая технология представляет собой многообещающий способ изготовления искусственного газа с использованием монооксида углерода из природного газа. Подобный газ возможно применять, чтобы изготавливать углеводородные, метановые, диметиловые соединения.

Использование углекислоты для окисления низших алкановых элементов по парциальной методике является значимым методом утилизации природного газа. Обусловлено это тем, что природный газ в большей части месторождений содержит углекислоту. Утилизацию лучше выполнять без продуцирования углекислоты, превращая метан в приемлемые продукты, горючее.

Катализаторные процессы основаны на никелевых компонентах либо благородных металлах. Можно использовать платиновые, рутениевые компоненты. Препятствием здесь выступает появление углеродных компонентов, которые дезактивируют катализаторные элементы.

Источник

Паровой риформинг

Паровой риформинг или паровой риформинг метана — это метод производства синтез-газа (водород и оксид углерода ) реакцией углеводородов с водой. Обычно природный газ является сырьем. Основное назначение данной технологии — производство водорода. Реакция представлена ​​этим равновесием:

Реакция сильно эндотермическая (расходуется тепло, ΔH r = 206 кДж / моль).

Паровой риформинг природного газа производит большую часть водорода в мире. Водород используется в промышленном синтезе аммиака и других химикатов.

Промышленная практика

Реакция проводится в реакторе риформинга, где смесь пара под высоким давлением и метана вводится в контакт с никелевым катализатором . Катализаторы с высоким отношением площади поверхности к объему являются предпочтительными из-за ограничений диффузии из-за высокой рабочей температуры. Примерами используемых форм катализатора 2 являются колеса со спицами, шестерни и кольца с отверстиями. Кроме того, эти формы имеют низкий перепад давления, что является преимуществом для этого применения.

Посредством реакции конверсии водяного газа можно получить дополнительный водород путем обработки монооксид углерода, образующийся при паровом риформинге с водой:

Эта реакция является умеренно экзотермической (дает тепло, ΔH r = -41 кДж / моль).

Соединенные Штаты производят 9-10 миллионов тонн водорода в год, в основном за счет парового риформинга природного газа. Мировое производство аммиака с использованием водорода, полученного в результате парового риформинга, составило 144 миллиона тонн в 2014 году. Потребление энергии было снижено со 100 ГДж / т аммиака в 1920 году до 27 ГДж к 2019 году.

Паровой риформинг. КПД природного газа составляет 65–75%.

Производство H 2 и CO из углеводородных газов (например, природного газа) осуществляется двумя хорошо известными установками первичного и вторичного риформинга.. Паровой риформинг метана (SMR) и автотермический риформинг (ATR) являются двумя промышленными примерами первичного и вторичного риформинга соответственно. С другой стороны, в процессе комбинированного риформинга используются как первичные, так и вторичные инструменты для производства синтез-газа, как это обычно практикуется при производстве аммиака. В случае метанола в АТР подают почти чистый кислород (99,5%), а не воздух, поскольку присутствие избыточного N 2 CH 4 + O 2 + CO 2 → 3 H 2 + 3 CO + H 2O

4 CH 4 + O 2 + 2 H 2 O → 10 H 2 + 4 CO

Температура синтез-газа на выходе составляет 950- 1100 ° C, а давление на выходе может достигать 100 бар.

Основное различие между SMR и ATR состоит в том, что SMR использует только воздух для сгорания в качестве источника тепла для создания пара, а ATR использует очищенный кислород. Преимущество ATR состоит в том, что H 18 2 65: CO можно варьировать, что может быть полезно для производства специальных продуктов. Например, для производства диметилового эфира требуется соотношение H 2 : CO 1: 1.

Частичное окисление

Частичное окисление (POX) происходит, когда субстехиометрическая топливно-воздушная смесь частично сгорает в установке риформинга с образованием синтез-газа, обогащенного водородом. POX обычно намного быстрее парового риформинга и требует меньшего размера реактора. POX производит меньше водорода на единицу входящего топлива, чем паровой риформинг того же топлива.

Паровой риформинг в малых масштабах

Капитальные затраты на установки парового риформинга считаются непомерно высокими для малых и средних предприятий Приложения. Затраты на эти сложные объекты не уменьшаются. Обычные установки парового риформинга работают при давлении от 200 до 600 фунтов на квадратный дюйм (14-40 бар) с температурами на выходе от 815 до 925 ° C.

Для двигателей внутреннего сгорания

Факельный газ и выбрасываемые летучие органические соединения являются известными проблемами в морской отрасли и в наземной нефтегазовой промышленности, поскольку оба выделяют парниковые газы в атмосфера. При реформинге двигателей внутреннего сгорания используется технология парового риформинга для преобразования отработанных газов в источник энергии.

Риформинг для двигателей внутреннего сгорания основан на паровом риформинге, в котором неметановые углеводороды (NMHC ) с низким содержанием качественные газы преобразуются в синтез-газ (H2+ CO) и, наконец, в метан (CH 4), диоксид углерода (CO 2) и водород (H2) — тем самым улучшая качество топливного газа (метановое число).

Для топливных элементов

Также есть интерес к разработке многих блоки меньшего размера, основанные на аналогичной технологии для производства водорода в качестве сырья для топливных элементов. Маломасштабные установки парового риформинга для снабжения топливных элементов в настоящее время являются предметом исследований и разработок, обычно связанных с риформингом метанола, но рассматриваются и другие виды топлива, такие как пропан, бензин, автогаз, дизельное топливо и этанол.

Недостатки

Риформер-топливо- Система ячеек все еще исследуется, но в ближайшем будущем системы будут продолжать работать на существующих видах топлива, таких как природный газ, бензин или дизельное топливо. Однако ведутся активные дебаты о том, выгодно ли использование этого топлива для производства водорода, в то время как глобальное потепление является проблемой. Реформирование ископаемого топлива не устраняет выбросы диоксида углерода в атмосферу, но снижает выбросы диоксида углерода и почти исключает выбросы монооксида углерода по сравнению со сжиганием традиционных видов топлива за счет повышения эффективности и характеристик топливных элементов. Однако, превращая выброс диоксида углерода в точечный источник, а не в распределенный выброс, улавливание и хранение углерода становится возможным, что предотвратит выброс диоксида углерода в атмосферу, в то время как добавление к стоимости процесса.

Стоимость производства водорода путем реформинга ископаемого топлива зависит от масштаба, в котором это делается, капитальных затрат на установку реформинга и эффективности установки, так что, хотя это может стоить всего несколько долларов за килограмм водорода в промышленных масштабах, он мог бы быть более дорогим в меньшем масштабе, необходимом для топливных элементов.

Проблемы с установками риформинга, поставляющими топливные элементы

Однако есть несколько проблем, связанных с этой технологией:

• Реакция риформинга протекает при высоких температурах, что замедляет ее запуск и требует использования дорогостоящих высокотемпературных материалов.
• Соединения серы в топливе отравляют определенные катализаторы, что затрудняет запуск системы этого типа из обыкновенный бензин. В некоторых новых технологиях эта проблема решена с помощью катализаторов, устойчивых к сере.
• Коксование может быть другой причиной дезактивации катализатора во время парового риформинга. Высокие температуры реакции, низкое отношение водяного пара к углероду (S / C) и сложный характер серосодержащих промышленных углеводородных топлив делают коксование особенно благоприятным. Олефины, обычно этилен, и ароматические углеводороды являются хорошо известными предшественниками углерода, поэтому их образование должно быть уменьшено во время SR. Кроме того, сообщалось, что катализаторы с более низкой кислотностью менее склонны к закоксовыванию из-за подавления реакций дегидрирования. H2S, основной продукт риформинга органической серы, может связываться со всеми катализаторами переходных металлов с образованием связей металл-сера и впоследствии снижать активность катализатора за счет ингибирования хемосорбции реагентов риформинга. Между тем, адсорбированные частицы серы увеличивают кислотность катализатора и, следовательно, косвенно способствуют закоксовыванию. Катализаторы на основе драгоценных металлов, такие как Rh и Pt, имеют более низкую тенденцию к образованию объемных сульфидов, чем другие металлические катализаторы, такие как Ni. Rh и Pt менее склонны к отравлению серой только за счет хемосорбции серы, а не образования сульфидов металлов.
• Низкотемпературные полимерные топливные элементы мембраны могут быть отравлены монооксидом углерода (CO) производится в реакторе, что делает необходимым включение сложных систем удаления CO. Твердооксидные топливные элементы (SOFC) и топливные элементы с расплавленным карбонатом (MCFC) не имеют этой проблемы, но работают при более высоких температурах, замедляя время запуска и требуя дорогостоящих материалов и громоздкая изоляция.
• термодинамический КПД процесса составляет от 70% до 85% (на основе LHV ) в зависимости от чистоты водородного продукта.

См. Также

• Биогаз
• Каталитический риформинг
• Химический риформинг и газификация
• Крекинг (химия)
• Водородная щепотка
• Водородные технологии
• Промышленный газ
• Лейн производитель водорода
• Пиролиз метана
• Частичное окисление
• PROX
• Топливный элемент с реформированным метанолом
• Цикл риформинга губчатого железа
• Хронология водородных технологий

Источник