Способ получения жидкого топлива. Переработка метана в бензин


Способ получения жидкого топлива

 

Использование: нефтехимия. Сущность: проводят конверсию метана в синтез-газ и гетерогенно-каталитическую полимеризацию синтез-газа в жидкое топливо. Конверсию метана осуществляют в плазменной трубе при 3-5 атм, 1175-1225oС в присутствии кислородсодержащего газа, при этом содержание кислорода составляет 150-200 мас.% от содержания метана. Полимеризацию проводят последовательно пропуская синтез-газ над хром-никелевым катализатором и цеолитным катализатором при 65-78 атм и 140-160oС. Из полученного продукта выделяют смесь предельных углеводородов. 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области химической технологии, в частности переработки природного газа, и может быть использовано для получения жидких топлив, в том числе, моторных и дизельных, предпочтительно, при отсутствии в месте потребления указанных топлив природных источников жидких углеводородов.

Основной составляющей частью природного газа (до 99% в зависимости от месторождения) является метан. Поэтому в основном процессы газохимии основаны именно на различных методах превращения метана. Известны два направления переработки метана: прямая конверсия в различные химические продукты и получение указанных химических продуктов через стадию промежуточного продукта - смеси оксида углерода и водорода (т.н. синтез-газ). Известен способ получения синтез-газа для производства продуктов основного органического синтеза и синтетического топлива (RU, патент 2062750 С 01 В 3/16, 1996). Согласно известному способу промышленные дымовые газы непрерывно пропускают через газоселективные мембраны для выделения диоксида углерода с последующей десорбцией диоксида углерода в среду паров воды, подаваемых в количестве не менее 2,3 моль воды на 1 моль диоксида углерода. Полученную парогазовую смесь доводят до молярного отношения воды к диоксиду углерода, равного 1,0 - 2,3, путем конденсации паров воды при постоянных давлении и температуре. Полученную парогазовую смесь паров воды и диоксида углерода подвергают конверсии путем их восстановления в электролизере с твердым оксидным электролитом при 1120-1220 К и напряжении не выше термонейтрального до получения синтез-газа состава h3:CO=1,0-2,3 на катоде и кислорода на аноде электролизера. Полученный синтез-газ охлаждают путем рекуперативного теплообмена с парогазовой смесью диоксида углерода и паров воды, подаваемых на конверсию в электролизер. Охлажденный газ направляют потребителю. Недостатком указанного способа следует признать ограниченную область его применения - переработка промышленных дымовых газов. Реализация указанного способа возможно и будет рентабельна, но только в случае наличия большого промышленного производства. Известен способ получения синтез-газа (RU, патент 2075432 С 01 В 3,24, 1997), осуществляемый конверсией углеводородного сырья (в частности, метана) в струе плазмы путем подачи водяного пара в плазмотрон с последующим введением плазмы и углеводородов в камеру смешения и подачу полученной смеси в реактор. При этом часть водяного пара вводят в камеру смешения и/или часть углеводородов вводят в плазмотрон. Конверсию осуществляют при давлении 1 ата и температуре продуктов реакции на выходе из реактора примерно 1500 К. Продукты реакции в среднем содержат (об.%) 2 - 71, CO - 22, h3O - 4, углеводороды - остальное. Недостатком известного способа следует признать неоптимальное соотношение водорода и оксида углерода. Известен способ получения углеводородного печного топлива (RU, патент 2030441 С 10 L 7/02, 1995). При реализации способа нагревают стабильный газовый конденсат и подают его на ректификацию при давлении 2 - 3 кг/см2, температуре верха 160-170oC и куба колонны 260-280oC. Полученную фракцию углеводородов с температурой кипения 250-260oC отводят из отгонной части колонны в количестве 2-20 мас.% и подают на абсорбцию при 145-155oC. Жидкую углеводородную фракцию получают путем охлаждения парового продукта со стадии ректификации до 150-160oC и используют в качестве абсорбента при массовом отношении фракции углеводородов к абсорбентам как (1,3-3,0):1. Фракцию парожидкостной смеси из колонны разделяют на два потока в массовом соотношении 1:(4-20). Меньший поток подают на абсорбцию, а больший используют в качестве оросителя на стадии ректификации. Абсорбцию осуществляют при давлении 1-1,8 кг/см2. Исходным сырьем при реализации способа является газовый конденсат, получаемый при переработке нефти. Известен способ получения моторных топлив (RU, патент 2072388oC 10 L 1/4, 1997). При реализации способа осуществляют стабилизацию газового конденсата до остаточного содержания в нем углеводородов C1-C4 в количестве 0,3-1,0 мас. %, фракционируют стабильный газоконденсат с выделением бензиновой фракции, выкипающей в интервале HК - 120 - 160oC, и дизельной фракции, выкипающей в интервале 120 - 160oC - КК, которую затем подвергают отстою не менее 4 часов и/или контактированию с пористым сорбентом при 40-180oC и объемной скорости подачи сырья 2-30 ч-1. Недостатком способа следует признать его принципиальную неприменимость для природного газа. Известен способ получения жидкого топлива (Лапидус А. Л. и др. Газохимия: состояние, перспективы развития. "Химия и технология топлив и масел", 2000, N 2, стр. 15 - 19), основанный на синтезе Фишера - Тропша. Согласно известному способу значительное количество жидкого топлива получают из синтез-газа, пропущенного над железосодержащим катализатором при давлении 2,5 МПа и температуре 300 - 350oC. Недостатком указанного способа следует признать использование в качестве исходного продукта не метана, а синтез-газа. Известен способ получения жидкого топлива (WO 95/24367, 1995), включающий конверсию метана в синтез-газ и конверсию синтез-газа в жидкое топливо, проводимый в несколько стадий. Недостатком известного способа следует признать его низкую эффективность, обусловленную многостадийностью. Техническая задача, решаемая посредством изобретения, состоит в разработке способа синтеза жидкого топлива из природного газа, лишенного указанного недостатка. Технический результат, достигаемый в результате реализации изобретения, состоит в повышении эффективности способа, выражающейся в повышении ресурса работы катализаторов. Указанный технический результат достигается использованием способа получения жидкого топлива, включающего конверсию метана в синтез-газ и гетерогенно - каталитическую полимеризацию синтез-газа в жидкое топливо, причем конверсию метана в синтез-газ осуществляют в плазменной трубе при давлении 3 - 5 атм при температуре 1175- 1225oC в присутствии кислородсодержащего газа, причем содержание кислорода составляет 150 - 200 мас.% от содержания метана, а гетерогенно - каталитическую полимеризацию синтез-газа в жидкое топливо осуществляют последовательно пропуская синтез газ над хром-никелевым катализатором и цеолитным катализатором при давлении 65 - 75 атм и 140 - 160oC с последующим выделением из полученного продукта смеси предельных углеводородов. Предпочтительно используют осушенный метан, предварительно отделенный от неорганических газообразных примесей и твердых частиц. Преимущественно используют хром- никелевые катализаторы, содержащие 26 - 29 мас.% NiO, 12 мас.% Cr2O3, 14 мас.% CaO, Al2O3 - остальное, а также цеолитный катализатор, содержащий цеолит группы пентасилов с молярным соотношением SiO2/Al2O3 40 - 150, а также оксид магния, оксид цинка и связующее, причем содержание цеолита составляет от 20,0 до 90,0 мас.%, содержание оксида цинка составляет от 0,1 до 6,0 мас.%, содержание оксида магния составляет от 0,01 до 4,0 мас.%, связующее - остальное. В качестве кислородсодержащего газа может быть использован воздух или технический кислород. Однако указанный технический результат достигается и при использовании как хром-никелевых, так и цеолитного катализатора другого состава. Очистка исходного метана позволяет увеличить ресурс работы катализаторов. Катализаторы получают известным путем, в частности, пропитывания основы солями с последующим прокаливанием. В дальнейшем изобретение будет рассмотрено с использованием примеров реализации. 1. В плазмотрон подают метан с расходом 5 кг/ч и технический кислород, полученный путем разложения воды, в количестве 10 кг/ч. Вышедший из плазмотрона плазменный поток подают в трубу, выполненную в виде футерованного канала. Давление в канале составляет 4 атм при температуре 1200oC. Состав продуктов реакции на выходе реактора (об.%): h3 - 54,9, CO - 21,4, h3O - 7,1, углеводороды - остальное. От полученного продукта отделяют воду и углеводороды. Смесь водорода и оксида углерода нагревают до температуры 152 - 155oC при давлении 73 атм и пропускают последовательно над хром-никелевым катализатором, содержащим 27,5 мас. % NiO, 12 мас.% Cr2O3, 14 мас.% СаО, Al2O3 - остальное, а также цеолитным катализатором, содержащим цеолит группы пентасилов с молярным соотношением SiO2/Al2O3 = 60, а также оксид магния, оксид цинка и связующее, причем содержание цеолита составляет 33,0 мас.%, содержание оксида цинка составляет 0,7 мас. %, содержание оксида магния составляет 0,04 мас. %, связующее - остальное. Продукт на выходе содержит смесь предельных углеводородов C5 - C10, пары воды, водород, оксиды углерода. Смесь указанных углеводородов выделяют любым известным путем из полученного продукта и отправляют на дальнейшее разделение известным путем с получением различных видов жидкого топлива. 2. В плазмотрон подают метан с расходом 7 кг/ч и технический кислород, полученный путем разложения воды, в количестве 12 кг/ч. Вышедший из плазмотрона плазменный поток подают в трубу, выполненную в виде футерованного канала. Давление в канале составляет 4,8 атм при температуре 1190oC. Состав продуктов реакции на выходе реактора (об.% h3 - 57,1, CO - 24,1, h3O - 9,2, углеводороды - остальное. От полученного продукта отделяют воду и углеводороды. Смесь водорода и оксида углерода нагревают до температуры 151 - 153oC при давлении 74 атм и пропускают последовательно над хром-никелевым катализатором, содержащим 28 мас.% NiO, 11,8 мас.% Cr2O3, 13,9 мас.% CaO, Al2O3 - остальное, а также цеолитным катализатором, содержащим цеолит группы пентасилов с молярным соотношением SiO2/Al2O3 = 50, a также оксид магния, оксид цинка и связующее, причем содержание цеолита составляет 33,9 мас.%, содержание оксида цинка составляет 0,6 мас.%, содержание оксида магния составляет от 0,05 мас. %, связующее - остальное. Продукт на выходе содержит смесь предельных углеводородов C5 - C10, пары воды, водород, оксиды углерода. Смесь указанных углеводородов выделяют любым известным путем из полученного продукта и отправляют на дальнейшее разделение известным путем с получением различных видов жидкого топлива.

Формула изобретения

1. Способ получения жидкого топлива, включающий конверсию метана в синтез-газ в присутствии кислородсодержащего газа и синтез-газа в жидкое топливо, отличающийся тем, что конверсию метана в синтез-газ осуществляют в плазменной трубе при давлении 3-5 атм и температуре 1175-1225oС в присутствии кислородсодержащего газа, при этом содержание кислорода составляет 150-200 мас.% от содержания метана, а гетерогенно - каталитическую полимеризацию синтез-газа в жидкое топливо осуществляют последовательно пропуская синтез газ над хром-никелевым катализатором и цеолитным катализатором при давлении 65-75 атм и 140-160oС с последующим выделением из полученного продукта смеси предельных углеводородов. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют осушенный метан, предварительно отделенный от неорганических газообразных примесей и твердых частиц. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют хром-никелевые катализаторы, содержащие 26-29 мас.% NiO, 12 мас.% Cr2O3, 14 мас.% СаО, Al2O3 - остальное, а также цеолитный катализатор, содержащий цеолит группы пентасилов с молярным соотношением SiO2/Al2O3=40-150, а также оксид магния, оксид цинка и связующее, причем содержание цеолита составляет от 20,0 до 90,0 мас. %, содержание оксида цинка составляет от 0,1 до 6,0 мас.%, содержание оксида магния составляет от 0,01 до 4,0 мас.%, связующее - остальное. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кислородсодержащего газа может быть использован воздух или технический кислород.

www.findpatent.ru

Новый способ переработки метана поможет потушить факелы на нефтяных скважинах | Блог alexman

Попутный нефтяной газ обычно просто сжигается.

Фото Global Look Press.

 

Нефть, как и люди, не любит одиночества. Обычно компанию ей составляет попутный нефтяной газ.

Человечеству же от этой крепкой дружбы – сплошная головная боль. Как поступить с газом? Пустить в дело, конечно же. Заставить обогревать дома, вертеть турбины электростанций и вообще служить человеку.

Иногда так и поступают, но довольно часто это попросту нерентабельно. Есть такая русская пословица: "За морем телушка – полушка, да рупь перевоз". Обычно газа на нефтяном месторождении слишком мало, чтобы хотя бы окупить затраты на газопровод.

Выпустить его в атмосферу? Тоже не лучшее решение. Помимо всего прочего, основным компонентом этой газовой смеси является метан, а это крайне эффективный парниковый газ. Он настолько хорош в деле обогрева Земли, что учёные с тревогой оглядываются на пасущихся коров и морских червей, не говоря о газовых пузырях на дне моря.

Как говаривали в Святой Инквизиции, остаётся один выход – сжечь. Факелы над нефтяными скважинами сияют так, что их видно из космоса. По подсчётам Всемирного банка, в год сжигается столько попутного нефтяного газа, что его хватило бы обеспечить 20% потребности в природном газе такой страны, как США. Напомним, что в Соединённых штатах проживает более 320 миллионов человек, а ещё это крупнейшая экономика планеты.

Но даже в знаменитом романе Рэя Брэдбери не все считали, что огонь – лучшее решение любой проблемы. Во-первых, сжигание – это огромный выброс CO2. Как парниковый газ он в несколько раз безобиднее метана, но свой вклад в благородное дело глобального потепления вносит и он. А во-вторых, бесцельно сжигать с таким трудом добываемые углеводороды – это всё же нелепо. Если использование попутного газа нерентабельно, нужно не махать на него рукой, а сделать его рентабельным.

Один из возможных путей – это переработка метана прямо на месте. Транспортировать конечные продукты может оказаться более выгодно, чем сырой газ. Современная химия знает способы сделать из метана много разных полезных веществ. Но все они довольно сложны в осуществлении.

Проблема в том, что молекула метана довольно прочная. Чтобы её разорвать, нужны очень жёсткие условия, например, огромная температура. Но в таком пылающем аду конечный продукт разлагается ещё охотнее, чем метан. Чтобы сделать реакцию возможной и в более "уютных" режимах, применяются катализаторы. Но и их наличие не избавляет от необходимости в дорогом оборудовании.

Команда учёных во главе с Мэттью О’Рейлли (Matthew O’Reilly) из Массачусетского технологического института приблизилась к решению этой проблемы. В научной статье, опубликованной в журнале ACS Central Science, химики описали новый способ переработки метана. Принципиальным новшеством оказалось решение воздействовать на протекание реакции с помощью электрического тока. В сочетании с использованием катализаторов это делает реакцию очень быстрой и экономичной. Её можно осуществлять прямо на месте добычи нефти.

Однако технология пока не готова к промышленному использованию. Конечными продуктами являются бисульфат метила Ch5O4S и метансульфоновая кислота Ch4SO3H. Из этих двух веществ желательно сразу же делать метиловый спирт и транспортировать уже его. А уж метанол без применения не останется – это ценнейшее сырьё для производства топлива, пластмасс и лекарств. Но технология получения метилового спирта из названных веществ пока остаётся дорогой и сложной. Чтобы довести её до рентабельности, нужны дополнительные исследования.

Напомним, что мы уже не раз писали о попытках учёных и инженеров облагородить промышленную деятельность человечества. Предлагалось перерабатывать углекислый газ в топливо, опилки и крабовые панцири – в пластик и пищевые волокна, а из радиоактивных отходов сделать алмазные батареи.

Возможно, титанические интеллектуальные ресурсы, вложенные в исследование разных путей переработки отходов, когда-нибудь окупятся сторицей, и наши правнуки, читая о нашем нынешнем отношении к природе, будут изумлённо поднимать брови. Но, в дополнение к надеждам на светлые головы учёных и не менее светлое будущее, неплохо бы что-нибудь сделать и самим. Хотя бы прекратить выбрасывать в бытовой мусор батарейки, а тем более – ртутные лампочки.

https://www.vesti.ru/doc.h...

×

cont.ws

ХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА МЕТАНА - Справочник химика 21

    На рис. 1.12 дана схема основных направлений промышленной химической переработки метана. [c.27]

    Хлорирование и бромирование идет одновременно на всех С-Н-связях. В результате обычно образуются сложные смеси галогенопроизводных. Поэтому реакции прямого галогенирования чаще всего используются для химической переработки метана и этана. [c.342]

    Перечисленные выше продукты синтеза, а также продукты, которые будут получены в ближайшем будущем при химической переработке метана — метиловый спирт, формальдегид, мочевина, уре-таны, аминопласты и др., —представляют собой широкую материальную базу для химической промышленности и для иромышлен-ности товаров широкого потребления. [c.10]

    Наиболее интересным и современным методом химической переработки метана является его прямое хлорирование. Реакция проводится между метаном и хлором в газовой фазе при 400° в присутствии избытка метана. При соответствующем подборе соотношения исходных газов и режима хлорирования можно получать преимущественно хлористый метилен или хлористый метил наряду с хлороформом и четыреххлористым углеродом. [c.227]

    ХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА МЕТАНА [c.237]

    Рассмотрим способы химической переработки метана в водород, оксид углерода СО и ацетилен. [c.237]

    Процессы химической переработки метана нефтяных газов, изложенные в настоящей главе, могут быть обобщены схемой, представленной на рис. 9. [c.46]

    Всё более отчётливо намечаются нзо-и и методы энергетического 1 химического использования этого сырья однако ещё немного осуществлено в промышленности. Но если упорство и настойчивость учёных и техников нашли пути химического связывания более инертного, чем метан азота, то есть ли основание сомневаться в блестящих перспективах широкой энерго-химической переработки метана  [c.5]

    Метан является основным в количественном отношении компонентом природного и некоторых искусственных газов. Рациональное использование этих газов сводится, в значительной мере, к изысканию методов энерго-химической переработки метана. [c.5]

    Химическая переработка/метана [c.17]

    Более серьёзной и сложной является проблема химической] переработки метана. [c.17]

    Схема 1. Химическая переработка метана [c.11]

    Практически единственным методом крупнотоннажной химической переработки метана сейчас является его паровая конверсия в синтез-газ (СО + ЗН2) на -содержащих катализаторах. Водород используют для получения аммиака, а смесь состава СО + 2Н2 - для синтеза метанола. Именно возможность превращения природного газа в эти важнейшие полупродукты уже сейчас делает его источником сырья для производства разнообразных органических веществ. Из других процессов можно упомянуть получение хлорпроизводных метана, синильной кислоты и ацетилена [31]. По существу, реакциями получения хлор-замещенных метана - хлорметила, метиленхлорида, хлороформа, четыреххлористого углерода и ряда других, а также нитрометана, ограничиваются прямые промышленные синтезы на базе метана. [c.17]

    В промышленность внедряются различные методы химической переработки метана и его производных (рис. 101). Наиболее перспективны процессы окисления метана с образованием формальдегида и метилового спирта — метанола. Первый продукт используется для получения фенолформальдегидных пластиков. Метиловый спирт является хорошим растворителем, антифризом, а также сырьем для дальнейшей химической переработки. Важным продуктом для производства таких кремнийорганических соединений, как силикон и бутилкаучук, является хлористый метил. Хлороформ используется как растворитель и анестезирующее средство. Из четыреххлористого углерода получаются высокоэффективные хладагенты. Нитрометан применяется для приготовления различных лаков. [c.210]

    Эти упражнения необходимо проверить и выставить оценки. В процессе контроля можно использовать для демонстрации правильных ответов кодоскоп, схемы химической переработки метана. Образец схемы приводится ниже. [c.162]

    При сжигании метана выделяется большое количество тепла. Этот газ (например, в виде приролного газа) можно с успехом применять для освещения и отопления, взамен ацетилена при автогенной сварке и резке металлов, а также в виде моторного топлива. Большое значение приобретает так ке химическая переработка метана (рис. 10). [c.37]

    Метилформиат является одним из ведущих продуктов (полупродуктов) в химической переработке метана, значимость которого оценивается на том же уровне, что и метанола. На нем базируются синтезы муравьиной и уксусной кислот, формами-да, диметилформамида и друтих соединений. Тем не менее, простые и эффекгавные методы синтеза метилформиата отсутствуют. [c.602]

    Анализ возможностей переработки газового сырья дает основание констатировать, что недостаточно ограничиться выпуском на газоперерабатывающих заводах лишь серы, этана, сжиженных газов, моторных топлив, но и усиленно развивать производство химической продукции. Потенциальные возможности газохимической промышленности весьма велики. Анализ последовательных технологических цепочек и ценовых характеристик природного газа, извлекаемых из него углеводородов, первичных нефтехимических полупродуктов и мономеров, а также получаемых из них синтетических полимеров и химических продуктов, свидетельствует о стремительном нарастании цен на продукцию по мере углубления химической переработки метана. Если принять цену исходного природного газа за 1, то цены извлекаемых из этансодержащего природного газа индивидуальных углеводородов и синтезируемого из метана метанола имеют индекс 2, получаемых из индивидуальных углеводородов полиэтилена, полипропилена - 10, а полиацеталей, поливинил-ацетата, полиметилметакрилата, поликарбоната и других специальных пластмасс и химикатов - 20- 0. [c.126]

chem21.info


Смотрите также