Горючее для автомобиля. Получение из метана бензина


Технология получения бензина из газа и воды.

Технология лучения "бензина" из газа и воды.

Руководство изготовлению малогабаритного аппарата для домашнего изготовления 100% заменителя бензина любой марки из воды и бытового газа, ступающих в квартиру, а также описание технологии его изготовления.

Краткие сведения о метаноле. Метанол, метиловый спирт, древесный спирт, карбинол, СНзОН — простейший алифатический спирт, бесцветная жидкость со слабым запахом, на минающим запах этилового спирта. Температура кипения — 64,5 градуса Цельсия, температура замерзания — минус 98 градусов, плотность — 792 кг/куб.м. Пределы взрывоопасных концентраций в воздухе 6,7—36% объему. Октановое число больше 150. Теплота сгорания 24000 кдж/кг — меньше, чем у бензина (44000 кдж/кг), этому расход метанола будет выше примерно в два раза. Как топливо применяется в гоночных машинах, например в "Формуле-1".Метиловый спирт смешивается в любых концентрациях с водой, органическими растворителями и является ядом. 30 миллилитров выпитого метанола смертельны! Пары также ядовиты! Традиционно метанол лучают возгонкой древесины. Но более перспективен с соб лучения метанола — из природного газа. Природный газ, как известно, чти на 100% состоит из метана — СН4 . Ни в коем случае не надо его путать с баллонным газом пропан-бутаном, следний является продуктом крекинга нефти и ис льзуется напрямую в качестве автомобильного топлива. Впрочем, это и делают многие автомобилисты, устанавливая соответствующее оборудование. А при ис льзовании метанола никакого до лнительного оборудования не требуется. Мы дробно опишем, как, ис льзуя метанол в качестве топлива, как можно существенно высить мощность двигателя. ка же только скажем, что это достигается увеличением диаметра главного жиклера и степени сжатия ( вторяем, метанол имеет очень большое октановое число).

Итак, о химии процесса лучения метанола из природного газа. Метан при не лном окислении превращается в окись углерода и водорода, реакция эта выглядит следующим образом:

2СН4+О2—>2СО+4Н2 + 16,1 ккал.Более простой технологически с соб проходит реакции конверсии метана с водяным паром:СН4+Н20—>СО+ЗН2  - 49ккал. В первом уравнении стоит "+16,1 ккал". Это означает, что реакция идет с выделением тепла. Во втором - с глощением. Тем не менее, мы остановимся на втором с собе лучения окиси углерода и водорода. При наличии этих двух ком нентов уже можно напрямую синтезировать метанол. Реакция идет следующей формуле: СО+2Н2<=>СН3ОН .

Сложность в том, что конечный продукт лучается лишь при высоком давлении и высокой температуре (Р>20 атм., Т=350 градусов), но при наличии катализатора этот процесс смещается вправо и при низком давлении. лученный метанол выводится из реакции охлаждением до конденсации, а не сконденсировавшие газы будем сжигать. При правильном сжигании остатков водорода и СО никаких вредных веществ не выделяется (отходы СО2 и Н20 — безвредны), так что никаких вытяжных устройств не требуется. Дальше метанол заливается через трубку, обязательно с герметизацией (!), в канистру. Как видите, химический процесс очень прост, он основывается на двух реакциях. Сложности есть только технологические и мерам безопасности. Мы ведь имеем здесь дело с сильно горючими и ядовитыми веществами. Нужно опасаться как взрыва, так и утечки этих газов. этому — необходимо строжайше соблюдать технологию и правила обращения, которые мы будем описывать. Для сборки установки нужно будет приобрести: лист нержавеющей стали (1мм), трубку из "нержавейки" бесшовную, наружным диаметром 6—8 мм, толщиной стенок не менее 1 мм и длиной около 2 метров, компрессор от любого бытового холодильника (можно со свалок, но рабочий). Ну и само собой разумеется нужна будет аргоновая электросварка.

ТЕПЛООБМЕННИКИ. Теплообменники обычно состоят из трубок, окруженных охлаждающей средой. В обиходе их называют "змеевиками". Для жидкостей, теплопроводность которых велика, такой теплообменник может быть приемлем. Но с газами ситуация совершенно другая. Дело в том, что на небольших скоростях ток газа движется ламинарно и практически не обменивается теплом с окружающей средой. смотрите на дымок, дымающийся от горящей сигареты. Эта стройная струйка дыма и есть ламинарный ток. Сам факт. что дымок днимается вверх, говорит о его высокой температуре. А то, что он остается цельным прутком примерно на высоту до 20 сантиметров дъема, свидетельствует о сохранении им тепла. То есть на этом расстоянии даже при совсем малых скоростях ток газа не успевает охладиться, обменяться теплом с воздухом. Именно вследствие ламинарности тока газовые теплообменники приходится конструировать громоздкими. Внутри их трубок являются "сквозняки", которые даже на десятках метров практически не дают теплообмена.  Это хорошо известно тем, кто когда-либо гнал самогон. (Всякий опыт лезен!) Длинная, интенсивно охлаждаемая трубка, из неё вытекает конденсат, но при этом обязательно идет и пар. Значит, теплообмен недостаточно эффективен. Проблема, однако, имеет решения и оно может быть несложным. На лнить трубку, например, медным рошком (см. рис.1). Для производительности 10 л/час теплообменник может быть длиной 600 мм, а для 3 л/час должно хватить и двухсот мм, h — 20 мм. Размеры частиц могут варьироваться, оптимум где-то в пределах 0,5—1 мм. Учитывая задачи теплообмена, материалом корпуса могут быть и железо, и медь, и алюминий, материалом набивки — медь, алюминий, — что найдется.Тогда вокруг каждой частички металла струйка газа будет образовывать завихрения. Тем самым сразу ликвидируются сквозняки и ток становится турбулентным. Ну и одновременно увеличивается в огромной степени контакт газа с охлаждаемой верхностью. Набитый в трубку рошок меди стоянно принимает или отдает тепло стенкам, и скольку теплопроводность меди примерно в 100 тысяч раз выше теплопроводности газа, то газ сравнительно быстро примет температуру стенок, если мы будем их интенсивно охлаждать. Нужно учесть, что с уменьшением размеров частиц и увеличением их количества растет также и сопротивление газовому току. этому вряд ли удастся ис льзовать для теплообменника частицы мельче 0,5—1 мм. Проточную охлаждающую воду, конечно, целесообразно пропускать навстречу току газа.Это дает возможность в каждый точке теплообменника иметь свою определенную температуру. скольку тепловой контакт у нас близок к идеальному, температура на выходе конденсируемой жидкости будет равна температуре охлаждающей жидкости. Вот каков идее обсуждаемый здесь теплообменник. Приведенный эскиз есть не что иное, как дистиллятор, он же самогонный аппарат, он же теплообменник. Производительность такого дистиллятора прикидочно 10 литров в час. Его также можно применять практически в любых целях, включая установку для лучения обычного этилового спирта (см. "Приоритет" № 1'91г и № 1-2'92г). Такие теплообменники при огромной производительности в сотни раз меньше существующих.

КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НАСОС (РЕАКТОР)В существующих химических газовых процессах обычный катализатор идет в гранулах довольно значительного размера от 10 до 30 мм. Площадь контакта газа с такими шариками в тысячи раз меньше, чем если бы мы ис льзовали частицы в 1—1000 микрон. Но тогда проходимость газа весьма затруднится. Кроме того, мельчайшие частицы катализатора довольно скоро выйдут из строя вследствие верхностного загрязнения. Нами найден с соб увеличить площадь контакта газа с катализатором, не затрудняя проходимости его в реакторе, и одновременно непрерывно производить очистку от так называемого "отравления" самого катализатора. Делается это следующим образом. рошковый катализатор смешивается с ферромагнитными частицами (железным либо ферритовым рошком). Тут не должно возникнуть затруднений: если такого рошка невозможно достать, его легко самому лучить. Обычный феррит, известный всякому радиолюбителю, размолоть в ступке — и готово.Смесь ферритового рошка с катализатором мещается в неферромагнитную трубку, например, из стекла, керамики, можно и в алюминиевую или медную. Теперь смотрите, какая может быть схема. Снаружи трубки идут обмотки катушек. Каждая из них включена через диоды, так, например, как дано на рис.3.При включении в сеть переменного тока обмотки включаются очередно с частотою 50 Гц. При этом ферромагнитный рошок непрерывно сжимает и расширяет катализатор, обеспечивая пульсирующую проходимость газа. Если же включать электромагниты в трехфазною сеть (см. рис.4), то в этом случае обеспечивается ступательная пульсация сжатий, и за счет этого непрерывно газ будет сжиматься в продольном направлении вперед. Таким образом, система работает, как насос.При этом — многократно перемешивая газ, сжимая и расширяя его и тысячекратно увеличивая интенсивность процесса на катализаторе. путно частички катализатора трутся друг о друга и о ферритовый абразивный рошок, что приводит к их очистке от загрязняющих пленок. Схема работает следующим образом: с частотой 50 Гц происходит смена лярности на питании. Ток переменно проходит обмотке 1,3 и 2,4 (см. рис. 2). При этом в них является магнитное ле, которое намагничивает ферритовые частицы и заставляет их взаимодействовать друг с другом, вовлекая в движение частицы катализатора. Таким образом переменно возникает для газа проходимость сквозь мелкие частицы, сменяемая большим сопротивлением, оказываемым сдавленной массой частиц. И самое главное: активность катализатора, сжимающего и разжимающего реагирующий газ, еще не изученным причинам вышается до лнительно в 20—50 раз. Работа описанного каталитического реактора эквивалентна реактору размером метров в 20—30. Увеличить производительность реактора можно, включая обмотки в трехфазную сеть. При этом система работает не как клапаны, а как активный насос, совмещая все ложительные эффекты первой схемы и до лнительно принуждая газ перемещаться в направлении смещения сдвига фаз. При таком включении важно правильно выбрать фазировку. Итак, в реакторе, приведенном здесь, работают следующие ложительные факторы:    1. Увеличение площади катализатора в 300—1000 раз за счет уменьшения размеров частиц.    2. Происходит стоянная очистка катализатора от верхностного загрязнения.    3. стоянные пульсации давления реагирующих газов между частицами катализатора, а во второй схеме до лнительно происходит еще и перекачки газа внутри самого реактора. Недостаток этого реактора — вышенное сопротивление току газа — устраняется переменным уплотнением — освобождением частиц внутри четных—нечетных катушек. Одна важная деталь: необходимо теплоизолировать катушки от корпуса реактора.Следует отметить, что добная схема реактора заявлена на патент, и она может работать в любых каталитических газовых процессах. этому для химиков — это не домашняя разработка, а принципиально новый, еще не совсем изученный, но эффективный реактор. всей видимости, эффекты усилятся при даче прямоугольных импульсов или колебаний высокой частоты. Как будущие патентообладатели, настоящим заявляем, что разрешаем безвозмездное льзование данной информацией. Это право мы передаем, однако, только частным лицам. В случае коммерческого ис льзования, либо ис льзования данного изобретения юридическими лицами, предлагаем заключить лицензионный договор в соответствии с законом.

ПРОИЗВОДСТВО СИНТЕЗ—ГАЗА. СИНТЕЗ—ГАЗОМ называется смесь h3 и СО, необходимая для производства метанола. этому вначале рассмотрим технологию синтез-газа. Традиционные методы лучения СО и h3 из метана (Ch5) состоят в том, что метан смешивается с водяным паром и в нагретом состоянии ступает в реактор, где к паро-метанной смеси добавляется дозированное количество кислорода. При этом происходят следующие реакции:

(1) СН4 + 202 <—> СО2 + 2Н2О + 890 кдж ; (2) СН4 + Н20 <—> СО + ЗН2 - 206 кдж ;(3) СН4 + СО2 <—> 2СО + ЗН2 - 248 кдж ;

(4) 2Н2 + 02 <—> 2Н2О + 484 кдж ;(5) СО2 + Н2 <—> СО + Н20 - 41,2 кдж .

Как видно, некоторые реакции эндотермические — с глощением тепла — а некоторые экзотермические — с выделением. Наша задача создать такой баланс, чтобы реакции шли с контролируемым выделением тепла. Итак, вначале требуется дозированное смешение Н2О и СН4. Традиционные методы ведения этого процесса сложны и громоздки. Мы будем насыщать метан водяными парами путем пропускания пузырьков этого газа через нагретую до 100 градусов Цельсия воду, а чтобы пузырьки активно разбивались, размещаем на их пути твердые ферритовые частички размером 1—2 мм. Но в этой массе рано или здно пузырьки находят дорогу и затем, практически не разбиваясь, проходят образовавшемуся каналу. Чтобы этого не происходило, частички из феррита и смесительную камеру ставим в соленоид с дачей переменного тока. В этом существенное отличие нашего диспергатора. д действием вибрации частиц феррита в пульсирующем магнитном ле пузырьки метана стоянно разбиваются, проходят сложный зигзагообразный путь и насыщаются парами воды. Этот процесс осуществляется в диспергаторе (см.рис 5).

К соленоиду жестких требований нет, скольку запитывается он от ЛАТРа или от регулятора света (в продаже имеются). Регулировка напряжения на соленоиде необходима, чтобы, изменяя магнитное ле, одновременно изменять и степень насыщения метана парами воды.

О цели этих изменений будет сказано ниже. Количество витков в катушке может быть от 500 до 1000. Диаметр провода 0,1— 0,3мм. Необходим бачок воды для дпитки, скольку вода непрерывно расходуется на образование паро-метановой смеси (см. рис.1). Труба диспергатора берется из неферромагнитного металла, этому в переменном магнитном ле она будет разогреваться. Кроме того, и метан ступает в воду разогретым. этому специального нагревателя для воды не требуется.

ВНИМАНИЕ: необходимо рас ложить бачок таким образом, чтобы уровень воды в смесителе—диспергаторе не днимался выше 150 мм, т.е. до ловины его высоты, это связано с величиной давления в газовой сети (=150 мм водного столба).

ВСЯ СИСТЕМА ДОЛЖНА БЫТЬ ГЕРМЕТИЧНА И НЕ ДОПУСКАТЬ УТЕЧЕК! Готовая паро-метановая смесь разогревается до температуры 550—600 градусов в теплообменнике . Устройство теплообменника уже достаточно дробно описано (см. рис 1.). этому приведем только уточнение размеров.Теплообменник изготавливается из нержавеющей стали, обязательно варится в среде инертного газа. Трубки из нержавеющей стали крепятся к корпусу только сваркой. На лнитель теплообменника изготовляется из 1—2 миллиметровых частиц керамики. Это может быть, например, дробленая фарфоровая суда. На лнять емкость надо достаточно плотно, с обязательным встряхиванием. Возможная ошибка: при недостаточном на лнении теплообменника частицами керамики газ "найдет себе дорогу", и токи будут ламинарными, чем ухудшается теплообмен.ВНИМАНИЕ: В теплообменнике 3.2 (см.рис.10) температуры высокие! Никакие уплотнители не применять — только аргонная сварка.

САМЫМ СЛОЖНЫМ И ОТВЕТСТВЕННЫМ УЗЛОМ УСТАНОВКИ ЯВЛЯЕТСЯ КОНВЕРТОР-РЕАКТОР (см. рис.7), где происходит конверсия метана (превращение его в синтез—газ).

Конвертор состоит из кислород-прометанного смесителя и реакционных каталитических колонн. Вообще, реакция идет с выделением тепла. Однако в нашем случае, чтобы процесс начался, на дводящих трубках проводим нагрев, скольку мы осуществляем конверсию метана реакции:

СН4 + Н2О <—> СО + ЗН2 - 206 кдж ,с терей тепла, а значит нужно обязательно дводить тепло в конвертор. Для этого паро-метановый газ мы пропускаем через трубки, стоянно обогреваемые горелками "Г". Конвертор работает следующим образом. Парометанная смесь ступает в камеру, в которой вварены трубки из нержавеющей стали. Количество трубок может быть от 5 до 20 в зависимости от желательной производительности конвертора. Пространство камеры должно быть обязательно плотно набито крупнозернистым песком или дробленой керамикой или крошкой нержавейки, размеры частиц 0,5—1,5 мм. Это необходимо для лучшего перемешивания газов, а самое главное — для пламягашения. При соединени воздуха с горячим метаном может произойти загорание. этому в камере набивка осуществляется с обязательным встряхиванием и досылкой. Трубки и сборная камера (на рис 7.-нижняя), как раз и набиваются частицами, содержащими катализатор— окись никеля. Который смешивается в про рции 1/3 объема рошка с 2/3 объема молотой керамики (0,5 мм) или чистого грубозернистого песка. Промежуток между верхними частями трубок за лняются на 10 см любым высокотемпературным теплоизолятором. Это делается. чтобы не перегревать камеру. Мы можем предложить свой с соб лучения такого теплоизолятора. Обычный канцелярский силикатный клей смешивают с 10—15 весовыми процентами тонкомолотого мела или талька или глины. Перемешивают тщательно. Наливают смесь тонким слоем и сразу же прижигают огнем паяльной лампы. Вскипевшая в клее вода образует пемзообразную белую массу. Когда она остынет, опять наливают на нее слой клея с мелом и опять обрабатывают пламенем. И так вторяют до тех р, ка не лучат, необходимый слой теплоизолятора. сле окончания сборки конвертора его мещают в стальной короб, которой обязательно теплоизолируют материалом, выдерживающим температуру до 1000 градусов, например, асбестом. Горелки инжекционного типа, могут быть любые, от 5 штук до 8. Чем их больше, тем равномернее нагрев. Возможна также система, ис льзующая одну горелку. Пламя ее имеет несколько выходов через отверстия в трубе. Газовые горелки есть в продаже, например, те, что ис льзуются для обработки лыж. Есть в продаже также газовые паяльные лампы, этому мы даем только общую схему. Горелки должны соединяться параллельно и регулироваться стандартным газовым краном, например, от газовой плиты, или "родным" краном от "лыжной" горелки.

Ещё один из ответственных узелов — это эжекторный смеситель дачи воздуха и метана (рис.8.) в камеру конвертора. Эжекторный смеситель воздуха и метана состоит из двух сопел: одно дает метан, насыщенный парами воды, а другое — эжектор воздуха. Воздух ступает от компрессора , количество его регулируется клапаном давления (Рис.9.). Компрессор может быть практически от любого бытового холодильника, давление регулируется от "нуля" до необходимого, которое будет не на много выше давления в газовой магистрали (т.е. =>150 мм.вод.ст.).Необходимость дачи воздуха (кислорода) в конвертор обусловлена тем, что реакции [5] часть водорода должна быть глощена с выделением СО, тем самым увеличивается количество окиси углерода до про рции СО:Н2 == 1:2, т.е. число молей (объемов) водорода должно быть в два раза большим объемов окиси углерода. Но возникновение CO2 произойдет реакции [1] с выделением большого количества тепла. этому вначале процесса компрессор мы не включаем и винт держим вывернутым. Воздух не даем. И мере разогрева камеры и включении всей системы будем степенно, включив компрессор и вворачивая винт клапана давления, увеличивать дачу воздуха и одновременно уменьшать пламя на горелках, Контроль будем вести количеству излишков водорода на выходе из конденсатора метанола (теплообменник 3.3 и 3.1) через фитиль 13 (рис.10), сокращая его. Фитиль для дожига излишка синтез—газа представляет собой 8-миллиметровую трубку, длиной 100 мм, набитую медным проводом всей длине,- чтобы пламя не шло вниз, в канистру с метанолом. Мы разобрали все узлы установки лучения метанола. Как ясно из предыдущего, вся установка состоит из двух основных узлов: конвертора для создания синтез—газа (конверсия метана) и синтезатора метанола. Синтезатор (каталитический насос) достаточно хорошо описан выше. Единственно, что следует добавить — это необходимость установки теплоизолятора между трубой и катушкой. Как изготовить теплоизолятор, мы сообщали при описании изготовления конвертора (см. рис.7).

ПЕРЕЙДЕМ К ОБЩЕЙ СХЕМЕ УСТАНОВКИ. Работа общей схемы. Из газовой магистрали метан ступает через вентиль 14 в теплообменник 3.1, разогревается до 250—300 градусов [в этом месте нужно бы добавить фильтр из окиси цинка - для очистки газа от примесей серы !] и ступает в смеситель—диспергатор 2, где насыщается парами воды. Вода добавляется в диспергатор непрерывно из бачка 1. Вышедшая газовая смесь ступает в теплообменник 3.2, где разогревается до 500—600 градусов и идет в конвертор 4. На NiO — катализаторе при температуре 800—900 градусов происходит реакция (2). Для создания этой температуры работают горелки "12". сле установления температурных режимов включается компрессор 5 и степенно дается воздух в смеситель 11. вышение давления осуществляется путем вворачивания винта в клапане 8. Одновременно уменьшаем пламя на горелках "12" при мощи вентиля 14.2 . лученный на выходе синтез—газ ступает в теплообменники 3.1 и 3.2, где охлаждается до температуры 320—350 градусов. Затем синтез—газ ступает в синтезатор метанола 6, где на катализаторе из смеси однинакового количества ZnO, CuO, CoO ( возможности) происходит превращение его в метанол СН4ОН . Смесь газообразных продуктов на выхода охлаждается в теплообменнике 3.3. который описан выше (см.рис.1) и ступает в накопительный бачок 10. В верхней его части находится трубка — фитиль (13), где дожигаются продукты, которые не прореагировали в процессах. джигание необходимо, обязательно!

Несколько советов. Катализаторы можно готовить самому путем прокаливания рошковых металлов на воздухе. Измерение температуры можно осуществлять при мощи термоиндикаторных красок, которые в настоящее время достаточно распространены. Измерение нужно проводить на входных и выходных трубках. Если термокрасок вы не достанете, можно изготовить сплав олово — свинец — цинк. При определенных, найденных экспериментально про рциях смешения они будут иметь необходимую температуру плавления. Нанося лученные сплавы на трубки и следя за их плавлением, можно с некоторой грешностью контролировать температуру. Если вы не допустили образования газовых карманов (т.е. лностью за лнены все лости соответствующей крошкой), если устранили утечки и самое главное — своевременно зажжен и стоянно горит фитиль (11), то установка будет абсолютно безопасна. дбирая катализаторы можно— вышать тепловой КПД, увеличить процент выхода метанола. Для достижения оптимума здесь требуются эксперименты. Они проводятся во многих институтах разных стран. В России к числу таких НИИ относится, например, ГИАП (Государственный институт азотной промышленности). Следует иметь в виду, что лучение метанола из природного газа в компактных установках — новое дело, и многие процессы еще недостаточно изучены. В то же время метанол — одно из самых экологически чистых и практически идеальных топлив. И, самое главное, лучение его основано на безграничных и возобновляемых ресурсах — метане. Используются технологии uCoz

softpir.narod.ru

Какие химические продукты получают из метана

    Физико-химическая характеристика реакции получения ацетилена из метана. При нагревании метана и других углеводородов до очень высоких температур (пиролиз) образуется газовая смесь, в которой содержатся водород, этилен и другие олефины, ацетилен и высшие ацетиленовые углеводороды, ароматические углеводороды и непрореагировавший метан. Получается также сажа. Многочисленность продуктов указывает, что этот дроцесс сложный. Он включает, очевидно, ряд реакций, протекающих как параллельно, так и последовательно. Выделим из них реакцию образования ацетилена  [c.250]     Промышленность органического синтеза вырабатывает химические продукты для производства пластмасс, резины, красителей, синтетических волокон и т. д. Все эти материалы получают в основном из нефтяных и природных газов. Главный компонент природного газа — метан — используется как топливо в промышленности и для бытовых нужд. Природный газ добывается в колоссальных количествах. Ночью на газовых промыслах видны факелы это сжигают избыток газа, который не успевают перекачать по трубопроводу. [c.108]

    Вопросы, связанные с промышленным производством всех продуктов, дающих биотехнологии источники углерода и энергии для роста микроорганизмов н биосинтеза, в этой главе подробно рассматриваться не будут. Здесь будут кратко изложены основы технологии наиболее важных веществ, в первую очередь субстратов для биосинтеза микробного белка. К ним относятсяУпара-финовые углеводороды нормального строения етанол, этанол, метан как компонент природного газа и углеводы различного происхождения, прежде всего гидролизаты растительного сырья. Белок одноклеточных можно получать с утилизацией некоторых отходов целлюлозно-бумажного производства, химической и нефтехимической промышленности, которые, однако, не применяются в других процессах микробиологического синтеза. [c.33]

    Процесс окисления метилового спирта в формальдегид является одним из важнейших промышленных химических процессов, так как формальдегид широко используется в промышленности и главным образом в производстве пластмасс. В настоящее время этот процесс в промышленности ведется на серебряных катализаторах, нанесенных на различные носители. Процесс ведется при температуре 600—700 , при этом получается большое количество побочных продуктов углекислый газ, окись углерода, метан и др. Выход по пропущенному метанолу доходит до 73%, расход метанола на побочные продукты реакции достигает 12%. [c.232]

    При нагревании без доступа воздуха некоторых сортов каменного угля (коксующиеся угли) из них выделяются такие вещества, как водород, метан, окись углерода, кислород, двуокись углерода, аммиак, сернистые соединения, ароматические и смолистые вещества. В результате нагревания получают два вида продукции кокс, используемый в металлургической промышленности, и коксовый газ, являющийся сырьем для химической промышленности. Из 1 т угля получают около 800 кг кокса, 300—350 газа, около 10 кг ароматических соединений, 2—4 кг аммиака и другие продукты. [c.141]

    В настоящее время разработаны процессы, позволяющие получать эти крайне важные химически активные вещества прямым окислением метана и, соответственно, этилена. Таким образом, из простейших углеводородов, какими являются метан, этан и этилен, прямым окислением получаются соединения, обладающие большой реакционной способностью и служащие исходным материалом для получения самых сложных синтетических продуктов — пластических масс, высококачественных смазочных масел, каучука, сахаров и др. [c.5]

    Индивидуальные газообразные углеводороды, которые получаются либо непосредственно из сырой нефти или природного газа, либо путем крекинга более тяжелых нефтепродуктов, используются для производства химических продуктов, пластмасс и синтетического каучука (см. гл. XIII) или как сырье процессов каталитического превращения — полимеризации и алкилирования, ведущих к получению жидких углеводородов (см. гл. II). Большинство процессов каталитического превращения базируется на использовании реакционной способности олефинов и диолефинов, которые содержатся в газе. Часто ненасыщенные соединения получают дегидрированием пли деметанизацией насыщенных углеводородов приблизительно такого же молекулярного веса. Так, этан моншо дегидрировать в этилен, а пропан либо дегидрировать в пропилен, либо разложить па этилен и метан. Эти и подобные реакции [1 —10]1 имеют место в термических процессах, протекающих при 550—750° С. Термическое разложение Taiioro типа легко объясняется радикальным механизмом. По существу аналогичный характер имеют реакции разложения жидких углеводородов. Тел не менее дегидрирование H-oj xana и к-бутиленов, которое [c.296]

    Метан используется в основном как дешевое топливо. Из него также получают многие ценные химические продукты ацетилен, галогенопроизнодные, метиловый спирт (через синтез-газ, получаемый окислением метана), формальдегид и др. Метан служит для производства такого ценного сырья, как газовая сажа СН4 + 0г —"С + гИзО. [c.58]

    Каменный уголь применяют в основном для получения металлургического кокса, необходимого дня выплавки металлов из ру . Процесс коксования - это высокотемпературное (около 1000 С) разложение угля без доступа воздуха. При этом, кроме основного продукта, получают каменноугольную смолу, коксовый газ, аммиачную воду. Все эти вещества - ценное сырье хими-ческо1Ч промышленности. В зависимости от химического состава каменных углей и качества получаемого кокса они идут па коксование, химическую переработку (при высоком содержании летучих веществ) или сжигаются как топливо. В сосгав летучих веществ входят пары воды, углекислота, оксид углерода, водород, Метан и другое более сложные газообразные углеводороды. Горючая летучая часть (без паров воды) обозначается буквой V. Содержание летучих веществ относят к горючей массе топлива (у)- Величина 100 - определяет процентный состав кокса [c.123]

    Не подлежит сомнению возможность химической переработки природных гелионосных газов с целью получения сажи, синтетического аммиака, метанола, фармацевтических препаратов, взрыв-, чатых веществ, для производства формальдегида и пр. Подобная химическая переработка природных гелионосных газов могла // бы в корне изменить экономику гелиевого производства. Больше того, мefaн может быть в ряде случаев использован не как химическое сырье, а как моторное топливо. Сжижение метана и азота, являющихся основными компонентами природных гелионосных газов, молшо осуществить таким образом, что в первом цикле сжижения будет выделяться практически чистый метан, вполне пригодный в качестве моторного топлива. Осуществление того или иного метода комплексного использования сырья позволило бы получать гелиевый концентрат в виде побочного продукта, а стоимость чистого гелия ограничивалась бы небольшими расходами по очистке концентрата. [c.109]

    Четыреххлористый углерод — наиболее широко применяемый в промышленности растворитель для самых различных органических продуктов. Большое количество четыреххлористого углерода применяется как негорючее очищающее средство в прачечных и в предприятиях химической чистки (азордин). Оп служит растворителем в различных процессах хлорирования. Из него получают также смешапный хлорированно-бромированный метан, являющийся исключительно эффективным огнегасящим средством. [c.119]

    Подвергая гетерогенному пиролизу метан, хемосорбированный на поверхности вольфрамовой проволоки, импульсным нагревом Рай и Хамсен [57] получили масспектрометрические данные, свидетельствующие об образовании радикала СН3. До настоящего времени ни разу не удалось обнаружить атомарный водород как продукт реакции СН4 СНз + Н , хотя, например, по схеме Райса — Дулея его концентрация должна была быть значительной [4[. По-видимому, это является следствием высокой химической активности атомов Н, что должно приводить к их исчезновению сразу же после образования, например, в результате быстрой [58] реакции  [c.217]

    Эта попытка выражения механизма пиролиза при помощи простого химического уравнения, как показали позднее Бон и Коуард, неудовлетворительна. Люис нашел, что ароматические углеводороды образуются при выдерживании продуктов реакции в горячей зоне (800—900°). При значительно более высоких температурах получаются ацетилен, углерод и водород Влияние идей Бертело на химию термического разложения следует из того, что Люис полностью принимал его гипотезу, что метан первоначально превращается в ацетилен и водород. [c.39]

    Оба ЭТИ опыта хорошо подтверждают предположение о кратковременности существования радикалов и их гидрировании вметан. Холлингс и Кобб также от мечают, что этан быстро разрушается при 800°, но все-таки некоторое количество его еще остается после 46 секунд нагревания. Главными органическими продуктами реакции являются метан и этилен. Брэдлей и Парр" указывают, что углеводороды содержащие 2 атома углерода,— этан, этилен и ацетилен, — не могут служить разбавителями при пиролизе таких веществ, как ксилол при температурах выше 600° они оказывают большое химическое действие. Они считают, что указанные углеводороды полностью разлагаются выше 725°. Эти цифры, несмотря на то, что они получены в присутствии катализаторов, кажутся слишком низкими. Недавний патент описывает получение этилена нагреванием этана (из натурального газа) выше 500°. [c.46]

chem21.info

Способ получения бензина из углеводородного газового сырья

Использование: нефтехимия. Сущность: экологически чистый высокооктановый бензин получают путем получения синтез-газа, разбавленного или не разбавленного балластным азотом, одностадийного каталитического синтеза диметилового эфира из этого синтез-газа, синтеза бензина из газов второй стадии процесса и выделения бензина из газового потока. 11 з. п. ф-лы, 1 табл.

,

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Предлагаемое изобретение относится к области нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, а более конкретно к области получения синтетического моторного топлива из газового углеводородного сырья. Проблема получения жидких продуктов различного назначения из газового углеводородного сырья уже много десятилетий находится в поле зрения исследователей практически всех промышленно развитых стран мира. Относительно топливного направления переработки углеводородных газов экономисты обычно отмечают, что такое производство само по себе находится на пределе рентабельности и не может конкурировать с топливами, получаемыми из нефти. В то же время отмечается, что топливный рынок может принять практически любое количество бензина и других видов моторного топлива, в то время как емкость рынка других химических продуктов ограничена. При анализе экономического аспекта проблемы необходимо учитывать также стоимостные показатели для моторных топлив в отдаленных и труднодоступных районах, а также экологические проблемы, связанные с большим количеством попутных нефтяных газов, зачастую сжигаемых на факелах, в частности на морских платформах. Другим аспектом экологии в свете возможности использования синтетических моторных топлив является их преимущество перед топливами из нефти в отношении чистоты выхлопных газов. По этим причинам в последние годы XX века интерес к промышленному использованию углеводородных нефтяных газов в качестве сырья для получения моторных топлив получил новый импульс в ряде индустриально развитых стран мира, в том числе и в России. Из анализа патентной и научно-технической литературы следует, что реализованная в промышленности классическая схема получения моторных топлив из углеводородного газового сырья включает стадии получения синтез-газа, получения жидких углеводородных продуктов в той или иной модификации синтеза Фишера-Тропша и, наконец, получения моторного топлива нужного качества. Известно использование угля в качестве сырья при получении синтез-газа, однако это не меняет общего построения технологической схемы. Известно также, что автомобильный бензин может быть получен в последовательности процессов: получение синтез-газа, синтез кислородсодержащих продуктов (метанола или диметилового эфира), получение бензина. Экономический анализ различных технологических схем получения синтетических моторных топлив показывает, что не менее 50% капиталовложений в промышленную сферу приходится на стадию получения синтез-газа, причем его доля в себестоимости конечного продукта составляет 55-60%. В связи с этим в последние годы ряд фирм обратил внимание на эту стадию технологии. До настоящего времени для получения синтез-газа почти исключительно применяли процесс конверсии метана с водяным паром в присутствии кислорода на катализаторах на основе никеля Ch5+h3O=СО+3Н2 (1) У этого процесса есть два основных недостатка: его энергоемкость и то, что для его реализации требуется создание специального завода по производству кислорода. Это не только ложится тяжелым бременем на экономику, но и увеличивает технический риск. Действительно, известно, что в 1997 году на одном из производств по получению синтетического топлива произошел разрушительный взрыв на заводе по производству кислорода. В присутствии кислорода происходят реакции СН4+2O2=СО2+2Н2O (2) СН4+0,5O2=СО+2Н2 (3) Реакции (2) и (3) протекают с выделением тепла. В результате реакции (2) в синтез-газе появляется заметное количество углекислоты, так что в некоторых случаях отношение СО/СО2 близко к двум. Для устранения первого из этих недостатков энергозатратную паровую конверсию по реакции (1) (или, как ее еще называют, паровой риформинг) стали комбинировать в одном аппарате с энергопроизводящей реакцией парциального (частичного) окисления метана кислородом (3). Этот комбинированный процесс получил название "автотермический риформинг". В зависимости от коэффициента избытка воздуха α (отношение количества кислорода в реагирующей системе к стехиометрическому его количеству для реакции полного окисления углеводорода до углекислоты и воды) состав продуктов парциального окисления варьируется в широких пределах. В тоже время следует подчеркнуть, что проведение процесса парциального окисления при значении α=0,25, что соответствует стехиометрии реакции (3), практически всегда сопровождается заметным сажеобразованием. Поэтому на практике процесс парциального окисления проводят при сверхстехиометрических значениях α. В последнее время стал известен вариант автотермического риформинга, в котором парциальное окисление проводят не кислородом, а воздухом или воздухом, обогащенным кислородом. В промышленности такой процесс еще не применялся. Известен также способ получения синтез-газа в процессе парциального окисления метана. Эта технология фирм Техасо Inc. и Royal Dutch/Shell Group получила промышленное применение. Процесс проводят при высоких температурах (1200-1500oС) и давлениях (до 150 атм). В качестве окислителя на мощных промышленных установках используют кислород. Способ получения синтез-газа из метана реализуют также с применением процесса высокотемпературной (порядка 1200 К) каталитической углекислотной конверсии СН4+СO2-2СО+2Н2 (4) Это позволяет утилизировать углекислоту, образующуюся в тех или иных процессах конкретного химического производства либо получаемую специально. Что касается технологии получения диметилового эфира (ДМЭ), то одностадийный способ его получения впервые был освоен фирмой Haldor Topsoe (в масштабе пилотной установки). В качестве сырья в этом способе использовали синтез-газ, состоящий из водорода, оксида углерода и незначительных примесей других газов. Сведений о возможности одностадийного получения ДМЭ из синтез-газа, в котором помимо оксида углерода и водорода присутствуют диоксид углерода и не прореагировавший метан, а также балластный азот, в патентной и научно-технической литературе не обнаружено. Заключительная стадия предлагаемой технологии состоит в том, что смесь газов, выходящую из аппарата синтеза диметилового эфира, направляют непосредственно (без дополнительной очистки и разделения) в реактор для получения в одну стадию высокооктанового экологически чистого бензина. В патентной и научно-технической литературе не обнаружено сведений о процессе такого рода. В какой-то степени вышеописанный способ напоминает известная с 80-х годов технология получения бензина из метилового спирта фирмы Mobil Oil. Завод в Новой Зеландии, первоначально построенный Mobil, а сейчас принадлежащий фирме Methanex, в настоящее время производит только метанол. Это связано, в частности, с тем, что в бензине, полученном из метанола, содержание ароматических углеводородов обычно не менее 50%. В их числе бензол, дурол и изодурол. Претензии экологического характера к такому бензину очевидны в свете международных стандартов Евро-3 (действует с 2000 г.) и Евро-4 (вводится в действие с 2005 г.). Действительно, суммарное количество ароматических углеводородов и содержание бензола в таком бензине не соответствует современным требованиям. Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является способ получения бензиновой фракции через синтез-газ и диметиловый эфир по патенту США 5459166 (1995 г.). Это техническое решение принимается за прототип заявляемого способа. В соответствии с прототипом синтез-газ, содержащий только оксид углерода и водород, направляют в реактор для синтеза диметилового эфира. Затем чистый диметиловый эфир направляют в реактор для получения бензина. Для этого он должен быть выделен из газов процесса синтеза (в патенте не упомянуто). Конверсия диметилового эфира составляет максимально 55%. Полученный жидкий продукт по фракционному составу соответствует бензиновой фракции. Изобретение в соответствии с вышеупомянутым патентом США имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, следует отметить, что на всех этапах получения конечного продукта используется только высокочистое сырье. Это требует больших затрат на его подготовку и очистку и усложняет технологическую схему. Во-вторых, конверсия диметилового эфира совершенно недостаточна с точки зрения экономики, поскольку около половины диметилового эфира остается не прореагировавшей, должна быть отделена от бензина и возвращена в процесс. Кроме того, соотношение выходов целевого продукта (бензиновой фракции) и газа, т.е. селективность процесса, также нельзя признать удовлетворительной. В заключение следует отметить, что в патенте полностью отсутствуют сведения, характеризующие конечный продукт и свидетельствующие о практической ценности полученной бензиновой фракции. Действительно, если конечным продуктом является бензин, а не бензиновая фракция, то он должен быть, хотя бы в минимальной степени, охарактеризован такими показателями, как октановое число, общее содержание ароматических углеводородов и, отдельно, бензола (его содержание в бензине, в соответствии с действующими как в США, так и в Европе нормативами, ограничено 1%), и содержание непредельных углеводородов. Именно эти данные могли бы дать возможность судить об экологических перспективах непосредственного использования бензиновой фракции. Предлагаемое изобретение направлено на устранение отмеченных выше недостатки прототипа. Оно обеспечивает получение по максимально простой и экономичной технологии высокооктанового экологически чистого бензина с хорошим выходом конечного продукта, удовлетворяющего перспективным (2005 г.) требованиям стандарта Евро-4. Согласно предлагаемому изобретению поставленная задача решается следующим образом. Получают при повышенном давлении синтез-газ, содержащий водород, оксиды углерода, воду, оставшийся после его получения не прореагировавший углеводород, а также содержащий или не содержащий балластный азот, путем конденсации из синтез-газа выделяют и удаляют воду и затем осуществляют газофазный, одностадийный каталитический синтез диметилового эфира; полученную газовую смесь без выделения из нее диметилового эфира под давлением пропускают над модифицированным высококремнистым цеолитом для получения бензина и охлаждают газовый поток для выделения бензина. Получение синтез-газа осуществляют в процессе парциального окисления углеводородного сырья под давлением, обеспечивающим возможность его каталитической переработки без дополнительного компримирования. Он может быть также получен путем каталитического риформинга углеводородного сырья с водяным паром или путем автотермического риформинга. При этом процесс проводят при подаче воздуха, воздуха, обогащенного кислородом, или чистого кислорода. Синтез-газ может быть получен также путем каталитической конверсии природного газа с углекислым газом. Сырье в процессе получения синтез-газа методом парциального окисления подают в реактор после контакта с горячей поверхностью его наружных стенок, а содержащуюся в синтез-газе воду удаляют путем конденсации до остаточной концентрации не более 0,5 об.%. В процессе осуществления способа проводят непрерывное определение содержания кислорода в синтез-газе и прекращают его подачу в реактор получения диметилового эфира, когда концентрация кислорода в синтез-газе превышает 0,2 об. %. При этом синтез-газ нагревают до температуры процесса синтеза диметилового эфира путем пропускания его через теплообменник, расположенный между реактором синтеза бензина и блоком конденсации бензина, и процесс синтеза бензина и диметилового эфира проводят при практически равных давлениях. Процесс получения диметилового эфира и бензина может проводиться в одном реакционном аппарате. Так, при получении синтез-газа в соответствии с одним из вариантов осуществления предлагаемого способа впервые давление в процессе парциального окисления углеводородного сырья однозначно связывают с давлением на стадии каталитического синтеза диметилового эфира таким образом, что синтез-газ поступает на катализ без дополнительного компримирования. В этом отношении предлагаемый способ имеет существенное отличие от ранее известных способов. Действительно, во всех промышленных технологиях получения синтез-газа его, перед подачей в каталитические реакторы, компримируют. Известно, что для каталитических процессов синтеза, в частности для процесса синтеза метанола, синтез-газ предварительно освобождают от основной массы содержащихся в нем паров воды при относительно низком их парциальном давлении. Эту операцию выполняют до компримирования во избежание гидравлического удара в компрессорах. Лишь после этого производят компримирование до давления, необходимого для каталитической переработки синтез-газа. В предлагаемом способе рассматривается не только стандартный вариант. Компримированию подвергают исходные компоненты до процесса получения синтез-газа. За счет этого выделение из него паров воды происходит при относительно высоком их парциальном давлении и становится более эффективным. По тем же причинам повышается и эффективность сероочистки исходных компонентов, предшествующей получению синтез-газа. Одновременно уменьшаются габариты аппаратов, в которых проводятся эти процессы. В заявляемом способе получения экологически чистого высокооктанового бензина составной частью последовательности операций является одностадийный процесс получения ДМЭ. Получение ДМЭ из синтез-газа, в котором содержание азота может превышать 50%, в литературе не описано. Не обнаружено также и соответствующих патентных данных. Между тем, технология переработки сильно разбавленного инертным компонентом синтез-газа имеет свою специфику, связанную, в частности, с другим уровнем выделения тепла и другой теплоемкостью газа. Именно поэтому упомянутый выше одностадийный процесс фирмы Haldor Topsoe, основанный на использовании синтез-газа, не содержащего балластных и иных примесей, не может быть непосредственно сопоставлен с предлагаемым заявителями способом. Заключительная стадия предлагаемого способа - одностадийное получение высококачественного экологически чистого бензина из ДМЭ путем его каталитической переработки - не имеет аналогов, хотя получение бензиновой фракции (не товарного бензина) описано в прототипе, правда, с меньшей селективностью и выходом, чем в предлагаемом изобретении и из другого сырья (из диметилового эфира, не содержащего балластных и иных примесей). Процесс получения бензина из диметилового эфира начинается с реакции его дегидратации (СН3)2O=С2Н4+Н2О (5), в результате которой происходит переход от кислородсодержащего продукта к углеводороду. Затем происходит сложная последовательность реакций олигомеризации, циклизации, диспропорционирования и изомеризации, в результате которых окончательно формируется индивидуальный и фракционный состав бензина. Кажется очевидным, что результаты предлагаемого способа получения бензина, основанного на реакции (5), должны совпадать с показателями процесса Mobil. С точки зрения общехимических представлений это действительно так. Однако полученные в соответствии с настоящим изобретение результаты оказались совершенно неожиданными и не укладываются в традиционные рамки. Во-первых, в предлагаемом способе получается только бензиновая фракция с выходом 90%. Углеводородов, выкипающих при более высоких температурах, не обнаружено. Во-вторых, в отличие от продуктов получения бензина из метанола, в бензине, полученном по предлагаемому способу, существенно выше содержание изопарафинов и существенно (почти вдвое) ниже содержание ароматических углеводородов. При этом в их составе отсутствуют такие экологически вредные компоненты, как бензол, дурол и изодурол. Эти результаты имеют важное экологическое значение, принимая во внимание тот факт, что тенденции изменения требований к топливу для карбюраторных двигателей характеризуются ограничением допустимого содержания в них ароматических углеводородов. Каталитическое получение бензина согласно предлагаемому способу проводится без выделения ДМЭ из газа, разбавленного большим количеством примесей, инертных в этом процессе. Это является существенным отличием предлагаемого способа от всех других технологий переработки кислородсодержащих соединений в углеводородные продукты. Далее приводятся примеры осуществления способа, иллюстрирующие заявляемое изобретение, но не ограничивающие его объема. Примеры . Пример 1. Метан и воздух компримировали по отдельности до давлений, превосходящих давление в реакторе парциального окисления. После стандартной адсорбционной сероочистки метана исходные компоненты пропускали через теплообменники, в которых их нагревали за счет тепла продуктов парциального окисления. Смешивание компонентов производилось непосредственно в зоне реакции (как вариант - перед этой зоной). В данном эксперименте коэффициент избытка воздуха α в метан-воздушной смеси составлял 0,387. В проточном реакторе проводили парциальное окисление метана кислородом воздуха при давлении 54 атм и максимальной температуре в реакторе около 1200 К, полученный синтез-газ пропускали через теплообменник, расположенный между реактором парциального окисления и блоком выделения воды. Проводили изобарическое охлаждение синтез-газа для конденсации воды. Остаточное содержание воды в синтез-газе составило 0,5 об.%. Полученный синтез-газ нагревали при постоянном давлении до температуры начала синтеза диметилового эфира (около 500 К) и подавали в проточный каталитический реактор, где рабочее давление составляло 50 атм. Полученную газовую смесь, содержащую в качестве целевого продукта диметиловый эфир, подогревали до температуры около 700 К и направляли в каталитический проточный реактор, заполненный модифицированным высококремнистым цеолитом, в котором производился синтез бензина. Выходящий из этого реактора поток газа, содержащий целевой продукт - бензин охлаждали для выделения бензина путем его конденсации. Полученный продукт отправляли на анализ. Полученный синтез-газ в зависимости от давления, выбранного в реакторе парциального окисления, может быть непосредственно подан в реактор после выделения воды, если давление синтез-газа больше, чем давление в реакторе синтеза ДМЭ, или в противном случае должен быть дополнительно компримирован. Содержание метана в смеси варьировали в пределах значения коэффициента избытка воздуха α от 0,35 до 0,55. Полученный синтез-газ, при поддержании примерно постоянного давления, охлаждали с целью выделения из него паров воды до уровня, не превышающего 0,4-0,5 об.%. После этого освобожденный от избыточной влаги синтез-газ нагревали в теплообменнике. При соотношении метан/воздух, соответствующем значению α=0,41, полученный синтез-газ (после осушки) имел следующий состав: СО - 13,2%, h3 - 21,7%, СО2 - 2,5%, СН4 - 2,7%, азот - до 100%. Разбавленный азотом синтез-газ, состав которого приведен выше, подавали в каталитический реактор, в котором при давлении 50 атм над комбинированным синтезирующим-дегидратирующим катализатором происходил синтез ДМЭ. Выходы ДМЭ зависят от количества СО в синтез-газе, от давления и других условий процесса. При 50 атм до 65-70% углерода СО переходит в ДМЭ, что близко к равновесному его содержанию в этих условиях. Газ, полученный в каталитическом реакторе синтеза ДМЭ, подогревали в теплообменнике или любым другим способом, после чего подавали в каталитический реактор синтеза бензина. Процесс проводили при том же давлении (50 атм), что и синтез ДМЭ. Конверсия ДМЭ была практически 100%, выход бензиновой фракции - 91,5%, выход сухого газа (C1-С3) составлял 8,5%. Важно отметить, что бензин, получаемый согласно предлагаемому способу, по такой важной экологической характеристике как содержание серы (не более 0,5 ppm), существенно превосходит все виды топлив для карбюраторных двигателей. Приводимая таблица содержит данные, подтверждающие его высокое качество. Пример 2. Метан и воздух компримировали по отдельности до давлений, превосходящих давление в реакторе парциального окисления. После стандартной сероочистки метана исходные компоненты пропускали через теплообменники, в которых их нагревали за счет тепла продуктов парциального окисления. Смешивание компонентов производилось непосредственно в зоне реакции. Содержание метана в смеси варьировали в пределах значения коэффициента избытка воздуха α от 0,35 до 0,55. При давлении в реакторе парциального окисления большем, чем в реакторе синтеза ДМЭ, полученный в нем синтез-газ использовали в двух вариантах. В первом случае синтез-газ после выделения воды подавали в реактор синтеза ДМЭ непосредственно. А во втором - полученный синтез-газ, при поддержании примерно постоянного давления, охлаждали с целью выделения из него паров воды до уровня, не превышающего 0,4-0,5 об. %. После этого освобожденный от избыточной влаги синтез-газ нагревали в теплообменнике. При соотношении метан/воздух, соответствующем значению α=0,41, полученный синтез-газ (после осушки) имел следующий состав: СО - 13,2%, h3 - 21,7%, СО3 - 2,5%, СН4 - 2,7%, азот - до 100%. Разбавленный азотом синтез-газ, состав которого приведен выше, подавали в каталитический реактор, в котором при давлении 50 атм над комбинированным синтезирующим-дегидратирующим катализатором происходил синтез ДМЭ. Выходы ДМЭ зависят от количества СО в синтез-газе, от давления и других условий процесса. При 50 атм до 65-70% углерода СО переходит в ДМЭ, что близко к равновесному его содержанию в этих условиях. Газ, полученный в каталитическом реакторе синтеза ДМЭ, подогревали в теплообменнике или любым другим способом, после чего подавали в каталитический реактор синтеза бензина. Процесс проводили при том же давлении (50 атм), что и синтез ДМЭ. Конверсия ДМЭ была практически 100%, выход бензиновой фракции составлял 91,5%, а выход сухого газа (C1-С3) - 8,5%. Важно отметить, что бензин, получаемый согласно предлагаемому способу, по такой важной экологической характеристике, как содержание серы (не более 0,5 ppm), существенно превосходит все виды топлив для карбюраторных двигателей. Приведенные в таблице данные подтверждают его высокое качество. Пример 3. Все условия примера 1 оставлены без изменения, за исключением условий смешивания исходных компонентов на входе в реактор парциального окисления. Их смешивали в специальном смесителе до подачи в зону реакции. При этом были получены, в основном, аналогичные результаты, но остаточное содержание метана в синтез-газе снизилось с 2,7 до 2,3%. Пример 4. В качестве исходного сырья использовали углеводородный газ состава СН4 - 86,9%, С2Н6 - 10,1%, C3H8 - 3%. При этом (после осушки) был получен синтез-газ следующего состава: СО - 14,1%, Н2 - 21,5%, CO2 - 2,9%, содержание остаточного метана составляло 2,9%. Увеличение содержания СО благоприятно сказалось на выходе продуктов процесса, который увеличился практически пропорционально увеличению содержания СО в синтез-газе, т.е. на отн. 7%. Пример 5. В условиях, аналогичных примеру 1, синтез ДМЭ проводили при давлении 100 атм. При этом до 85% углерода СО переходило в ДМЭ, что близко к равновесному его содержанию в этих условиях. Дальнейшая переработка, как в примере 1. Пример 6. Синтез-газ получали парциальным окислением метана газообразным кислородом при повышенном до 52 атм давлении и максимальной температуре в реакторе около 1600 К в проточном химическом реакторе с охлаждаемыми стенками, созданном на базе ракетного двигателя. Процесс проводили при α=0,425. Состав синтез-газа после осушки был следующим (об.%): водород - 53,0; СО - 39,9; СО2 - 5,8; СН4 - 1,3; СО/Н2=0,75. Дальнейшие процедуры проводили, как описано в примере 1, т.е. в первом каталитическом реакторе при давлении 50 атм использовали комбинированный синтезирующий-дегидратирующий катализатор, причем около 70% от углерода СО переходит в ДМЭ. Газовый поток из каталитического реактора синтеза ДМЭ подогревали в теплообменнике и подавали в каталитический реактор синтеза бензина при том же давлении. Состав полученных продуктов практически не отличался от состава продуктов, полученных в примере 1. Пример 7. Синтез-газ получали парциальным окислением метана газообразным кислородом при повышенном до 53 атм давлении и максимальной температуре в реакторе около 1640 К в проточном химическом реакторе с охлаждаемыми стенками, созданном на базе ракетного двигателя. Процесс проводили при α=0,445. Состав синтез-газа после осушки был следующим (об.%): водород - 55; СО - 38,4; СO2 - 6; СН4 - 0,6; СО/Н2=0,7. Последующие процедуры и состав полученных продуктов, как в примере 6.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ получения бензина из углеводородного газового сырья, включающий получение диметилового эфира в качестве интермедиата, отличающийся тем, что получают при повышенном давлении синтез-газ, содержащий водород, оксиды углерода, воду, оставшийся после его получения не прореагировавший углеводород, а также содержащий или не содержащий балластный азот, путем конденсации из указанного синтез-газа выделяют и удаляют воду и проводят газофазный, одностадийный каталитический синтез диметилового эфира, полученную газовую смесь без выделения диметилового эфира под давлением пропускают над модифицированным высококремнистым цеолитом для получения бензина и охлаждают газовый поток для выделения бензина. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что синтез-газ получают в процессе парциального окисления углеводородного сырья под давлением, обеспечивающим возможность его каталитической переработки без дополнительного компримирования. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что синтез-газ получают путем каталитического риформинга углеводородного сырья с водяным паром. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что синтез-газ получают путем автотермического риформинга. 5. Способ по п. 2 или 4, отличающийся тем, что процесс проводят при подаче воздуха, или воздуха, обогащенного кислородом, или чистого кислорода. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что синтез-газ получают путем каталитической конверсии природного газа с углекислым газом. 7. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что сырье процесса получения синтез-газа методом парциального окисления подают в реактор после контакта с горячей поверхностью его наружных стенок. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что содержащуюся в синтез-газе воду удаляют путем конденсации до остаточной концентрации не более 0,5 об. %. 9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что проводят непрерывное определение содержания кислорода в синтез-газе и прекращают его подачу в реактор получения диметилового эфира, когда концентрация кислорода в синтез-газе превышает 0,2 об. %. 10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что синтез-газ нагревают до температуры процесса синтеза диметилового эфира путем пропускания его через теплообменник, расположенный между реактором синтеза бензина и блоком конденсации бензина. 11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс синтеза бензина и диметилового эфира проводят при практически равных давлениях. 12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс получения диметилового эфира и бензина проводят в одном реакционном аппарате.

bankpatentov.ru

способ получения бензина из углеводородного газового сырья - патент РФ 2196761

Использование: нефтехимия. Сущность: экологически чистый высокооктановый бензин получают путем получения синтез-газа, разбавленного или не разбавленного балластным азотом, одностадийного каталитического синтеза диметилового эфира из этого синтез-газа, синтеза бензина из газов второй стадии процесса и выделения бензина из газового потока. 11 з. п. ф-лы, 1 табл. Предлагаемое изобретение относится к области нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, а более конкретно к области получения синтетического моторного топлива из газового углеводородного сырья. Проблема получения жидких продуктов различного назначения из газового углеводородного сырья уже много десятилетий находится в поле зрения исследователей практически всех промышленно развитых стран мира. Относительно топливного направления переработки углеводородных газов экономисты обычно отмечают, что такое производство само по себе находится на пределе рентабельности и не может конкурировать с топливами, получаемыми из нефти. В то же время отмечается, что топливный рынок может принять практически любое количество бензина и других видов моторного топлива, в то время как емкость рынка других химических продуктов ограничена. При анализе экономического аспекта проблемы необходимо учитывать также стоимостные показатели для моторных топлив в отдаленных и труднодоступных районах, а также экологические проблемы, связанные с большим количеством попутных нефтяных газов, зачастую сжигаемых на факелах, в частности на морских платформах. Другим аспектом экологии в свете возможности использования синтетических моторных топлив является их преимущество перед топливами из нефти в отношении чистоты выхлопных газов. По этим причинам в последние годы XX века интерес к промышленному использованию углеводородных нефтяных газов в качестве сырья для получения моторных топлив получил новый импульс в ряде индустриально развитых стран мира, в том числе и в России. Из анализа патентной и научно-технической литературы следует, что реализованная в промышленности классическая схема получения моторных топлив из углеводородного газового сырья включает стадии получения синтез-газа, получения жидких углеводородных продуктов в той или иной модификации синтеза Фишера-Тропша и, наконец, получения моторного топлива нужного качества. Известно использование угля в качестве сырья при получении синтез-газа, однако это не меняет общего построения технологической схемы. Известно также, что автомобильный бензин может быть получен в последовательности процессов: получение синтез-газа, синтез кислородсодержащих продуктов (метанола или диметилового эфира), получение бензина. Экономический анализ различных технологических схем получения синтетических моторных топлив показывает, что не менее 50% капиталовложений в промышленную сферу приходится на стадию получения синтез-газа, причем его доля в себестоимости конечного продукта составляет 55-60%. В связи с этим в последние годы ряд фирм обратил внимание на эту стадию технологии. До настоящего времени для получения синтез-газа почти исключительно применяли процесс конверсии метана с водяным паром в присутствии кислорода на катализаторах на основе никеля Ch5+h3O=СО+3Н2 (1) У этого процесса есть два основных недостатка: его энергоемкость и то, что для его реализации требуется создание специального завода по производству кислорода. Это не только ложится тяжелым бременем на экономику, но и увеличивает технический риск. Действительно, известно, что в 1997 году на одном из производств по получению синтетического топлива произошел разрушительный взрыв на заводе по производству кислорода. В присутствии кислорода происходят реакции СН4+2O2=СО2+2Н2O (2) СН4+0,5O2=СО+2Н2 (3) Реакции (2) и (3) протекают с выделением тепла. В результате реакции (2) в синтез-газе появляется заметное количество углекислоты, так что в некоторых случаях отношение СО/СО2 близко к двум. Для устранения первого из этих недостатков энергозатратную паровую конверсию по реакции (1) (или, как ее еще называют, паровой риформинг) стали комбинировать в одном аппарате с энергопроизводящей реакцией парциального (частичного) окисления метана кислородом (3). Этот комбинированный процесс получил название "автотермический риформинг". В зависимости от коэффициента избытка воздуха способ получения бензина из углеводородного газового сырья, патент № 2196761 (отношение количества кислорода в реагирующей системе к стехиометрическому его количеству для реакции полного окисления углеводорода до углекислоты и воды) состав продуктов парциального окисления варьируется в широких пределах. В тоже время следует подчеркнуть, что проведение процесса парциального окисления при значении способ получения бензина из углеводородного газового сырья, патент № 2196761=0,25, что соответствует стехиометрии реакции (3), практически всегда сопровождается заметным сажеобразованием. Поэтому на практике процесс парциального окисления проводят при сверхстехиометрических значениях способ получения бензина из углеводородного газового сырья, патент № 2196761. В последнее время стал известен вариант автотермического риформинга, в котором парциальное окисление проводят не кислородом, а воздухом или воздухом, обогащенным кислородом. В промышленности такой процесс еще не применялся. Известен также способ получения синтез-газа в процессе парциального окисления метана. Эта технология фирм Техасо Inc. и Royal Dutch/Shell Group получила промышленное применение. Процесс проводят при высоких температурах (1200-1500oС) и давлениях (до 150 атм). В качестве окислителя на мощных промышленных установках используют кислород. Способ получения синтез-газа из метана реализуют также с применением процесса высокотемпературной (порядка 1200 К) каталитической углекислотной конверсии СН4+СO2-2СО+2Н2 (4) Это позволяет утилизировать углекислоту, образующуюся в тех или иных процессах конкретного химического производства либо получаемую специально. Что касается технологии получения диметилового эфира (ДМЭ), то одностадийный способ его получения впервые был освоен фирмой Haldor Topsoe (в масштабе пилотной установки). В качестве сырья в этом способе использовали синтез-газ, состоящий из водорода, оксида углерода и незначительных примесей других газов. Сведений о возможности одностадийного получения ДМЭ из синтез-газа, в котором помимо оксида углерода и водорода присутствуют диоксид углерода и не прореагировавший метан, а также балластный азот, в патентной и научно-технической литературе не обнаружено. Заключительная стадия предлагаемой технологии состоит в том, что смесь газов, выходящую из аппарата синтеза диметилового эфира, направляют непосредственно (без дополнительной очистки и разделения) в реактор для получения в одну стадию высокооктанового экологически чистого бензина. В патентной и научно-технической литературе не обнаружено сведений о процессе такого рода. В какой-то степени вышеописанный способ напоминает известная с 80-х годов технология получения бензина из метилового спирта фирмы Mobil Oil. Завод в Новой Зеландии, первоначально построенный Mobil, а сейчас принадлежащий фирме Methanex, в настоящее время производит только метанол. Это связано, в частности, с тем, что в бензине, полученном из метанола, содержание ароматических углеводородов обычно не менее 50%. В их числе бензол, дурол и изодурол. Претензии экологического характера к такому бензину очевидны в свете международных стандартов Евро-3 (действует с 2000 г.) и Евро-4 (вводится в действие с 2005 г.). Действительно, суммарное количество ароматических углеводородов и содержание бензола в таком бензине не соответствует современным требованиям. Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является способ получения бензиновой фракции через синтез-газ и диметиловый эфир по патенту США 5459166 (1995 г.). Это техническое решение принимается за прототип заявляемого способа. В соответствии с прототипом синтез-газ, содержащий только оксид углерода и водород, направляют в реактор для синтеза диметилового эфира. Затем чистый диметиловый эфир направляют в реактор для получения бензина. Для этого он должен быть выделен из газов процесса синтеза (в патенте не упомянуто). Конверсия диметилового эфира составляет максимально 55%. Полученный жидкий продукт по фракционному составу соответствует бензиновой фракции. Изобретение в соответствии с вышеупомянутым патентом США имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, следует отметить, что на всех этапах получения конечного продукта используется только высокочистое сырье. Это требует больших затрат на его подготовку и очистку и усложняет технологическую схему. Во-вторых, конверсия диметилового эфира совершенно недостаточна с точки зрения экономики, поскольку около половины диметилового эфира остается не прореагировавшей, должна быть отделена от бензина и возвращена в процесс. Кроме того, соотношение выходов целевого продукта (бензиновой фракции) и газа, т.е. селективность процесса, также нельзя признать удовлетворительной. В заключение следует отметить, что в патенте полностью отсутствуют сведения, характеризующие конечный продукт и свидетельствующие о практической ценности полученной бензиновой фракции. Действительно, если конечным продуктом является бензин, а не бензиновая фракция, то он должен быть, хотя бы в минимальной степени, охарактеризован такими показателями, как октановое число, общее содержание ароматических углеводородов и, отдельно, бензола (его содержание в бензине, в соответствии с действующими как в США, так и в Европе нормативами, ограничено 1%), и содержание непредельных углеводородов. Именно эти данные могли бы дать возможность судить об экологических перспективах непосредственного использования бензиновой фракции. Предлагаемое изобретение направлено на устранение отмеченных выше недостатки прототипа. Оно обеспечивает получение по максимально простой и экономичной технологии высокооктанового экологически чистого бензина с хорошим выходом конечного продукта, удовлетворяющего перспективным (2005 г.) требованиям стандарта Евро-4. Согласно предлагаемому изобретению поставленная задача решается следующим образом. Получают при повышенном давлении синтез-газ, содержащий водород, оксиды углерода, воду, оставшийся после его получения не прореагировавший углеводород, а также содержащий или не содержащий балластный азот, путем конденсации из синтез-газа выделяют и удаляют воду и затем осуществляют газофазный, одностадийный каталитический синтез диметилового эфира; полученную газовую смесь без выделения из нее диметилового эфира под давлением пропускают над модифицированным высококремнистым цеолитом для получения бензина и охлаждают газовый поток для выделения бензина. Получение синтез-газа осуществляют в процессе парциального окисления углеводородного сырья под давлением, обеспечивающим возможность его каталитической переработки без дополнительного компримирования. Он может быть также получен путем каталитического риформинга углеводородного сырья с водяным паром или путем автотермического риформинга. При этом процесс проводят при подаче воздуха, воздуха, обогащенного кислородом, или чистого кислорода. Синтез-газ может быть получен также путем каталитической конверсии природного газа с углекислым газом. Сырье в процессе получения синтез-газа методом парциального окисления подают в реактор после контакта с горячей поверхностью его наружных стенок, а содержащуюся в синтез-газе воду удаляют путем конденсации до остаточной концентрации не более 0,5 об.%. В процессе осуществления способа проводят непрерывное определение содержания кислорода в синтез-газе и прекращают его подачу в реактор получения диметилового эфира, когда концентрация кислорода в синтез-газе превышает 0,2 об. %. При этом синтез-газ нагревают до температуры процесса синтеза диметилового эфира путем пропускания его через теплообменник, расположенный между реактором синтеза бензина и блоком конденсации бензина, и процесс синтеза бензина и диметилового эфира проводят при практически равных давлениях. Процесс получения диметилового эфира и бензина может проводиться в одном реакционном аппарате. Так, при получении синтез-газа в соответствии с одним из вариантов осуществления предлагаемого способа впервые давление в процессе парциального окисления углеводородного сырья однозначно связывают с давлением на стадии каталитического синтеза диметилового эфира таким образом, что синтез-газ поступает на катализ без дополнительного компримирования. В этом отношении предлагаемый способ имеет существенное отличие от ранее известных способов. Действительно, во всех промышленных технологиях получения синтез-газа его, перед подачей в каталитические реакторы, компримируют. Известно, что для каталитических процессов синтеза, в частности для процесса синтеза метанола, синтез-газ предварительно освобождают от основной массы содержащихся в нем паров воды при относительно низком их парциальном давлении. Эту операцию выполняют до компримирования во избежание гидравлического удара в компрессорах. Лишь после этого производят компримирование до давления, необходимого для каталитической переработки синтез-газа. В предлагаемом способе рассматривается не только стандартный вариант. Компримированию подвергают исходные компоненты до процесса получения синтез-газа. За счет этого выделение из него паров воды происходит при относительно высоком их парциальном давлении и становится более эффективным. По тем же причинам повышается и эффективность сероочистки исходных компонентов, предшествующей получению синтез-газа. Одновременно уменьшаются габариты аппаратов, в которых проводятся эти процессы. В заявляемом способе получения экологически чистого высокооктанового бензина составной частью последовательности операций является одностадийный процесс получения ДМЭ. Получение ДМЭ из синтез-газа, в котором содержание азота может превышать 50%, в литературе не описано. Не обнаружено также и соответствующих патентных данных. Между тем, технология переработки сильно разбавленного инертным компонентом синтез-газа имеет свою специфику, связанную, в частности, с другим уровнем выделения тепла и другой теплоемкостью газа. Именно поэтому упомянутый выше одностадийный процесс фирмы Haldor Topsoe, основанный на использовании синтез-газа, не содержащего балластных и иных примесей, не может быть непосредственно сопоставлен с предлагаемым заявителями способом. Заключительная стадия предлагаемого способа - одностадийное получение высококачественного экологически чистого бензина из ДМЭ путем его каталитической переработки - не имеет аналогов, хотя получение бензиновой фракции (не товарного бензина) описано в прототипе, правда, с меньшей селективностью и выходом, чем в предлагаемом изобретении и из другого сырья (из диметилового эфира, не содержащего балластных и иных примесей). Процесс получения бензина из диметилового эфира начинается с реакции его дегидратации (СН3)2O=С2Н4+Н2О (5), в результате которой происходит переход от кислородсодержащего продукта к углеводороду. Затем происходит сложная последовательность реакций олигомеризации, циклизации, диспропорционирования и изомеризации, в результате которых окончательно формируется индивидуальный и фракционный состав бензина. Кажется очевидным, что результаты предлагаемого способа получения бензина, основанного на реакции (5), должны совпадать с показателями процесса Mobil. С точки зрения общехимических представлений это действительно так. Однако полученные в соответствии с настоящим изобретение результаты оказались совершенно неожиданными и не укладываются в традиционные рамки. Во-первых, в предлагаемом способе получается только бензиновая фракция с выходом 90%. Углеводородов, выкипающих при более высоких температурах, не обнаружено. Во-вторых, в отличие от продуктов получения бензина из метанола, в бензине, полученном по предлагаемому способу, существенно выше содержание изопарафинов и существенно (почти вдвое) ниже содержание ароматических углеводородов. При этом в их составе отсутствуют такие экологически вредные компоненты, как бензол, дурол и изодурол. Эти результаты имеют важное экологическое значение, принимая во внимание тот факт, что тенденции изменения требований к топливу для карбюраторных двигателей характеризуются ограничением допустимого содержания в них ароматических углеводородов. Каталитическое получение бензина согласно предлагаемому способу проводится без выделения ДМЭ из газа, разбавленного большим количеством примесей, инертных в этом процессе. Это является существенным отличием предлагаемого способа от всех других технологий переработки кислородсодержащих соединений в углеводородные продукты. Далее приводятся примеры осуществления способа, иллюстрирующие заявляемое изобретение, но не ограничивающие его объема. Примеры . Пример 1. Метан и воздух компримировали по отдельности до давлений, превосходящих давление в реакторе парциального окисления. После стандартной адсорбционной сероочистки метана исходные компоненты пропускали через теплообменники, в которых их нагревали за счет тепла продуктов парциального окисления. Смешивание компонентов производилось непосредственно в зоне реакции (как вариант - перед этой зоной). В данном эксперименте коэффициент избытка воздуха способ получения бензина из углеводородного газового сырья, патент № 2196761 в метан-воздушной смеси составлял 0,387. В проточном реакторе проводили парциальное окисление метана кислородом воздуха при давлении 54 атм и максимальной температуре в реакторе около 1200 К, полученный синтез-газ пропускали через теплообменник, расположенный между реактором парциального окисления и блоком выделения воды. Проводили изобарическое охлаждение синтез-газа для конденсации воды. Остаточное содержание воды в синтез-газе составило 0,5 об.%. Полученный синтез-газ нагревали при постоянном давлении до температуры начала синтеза диметилового эфира (около 500 К) и подавали в проточный каталитический реактор, где рабочее давление составляло 50 атм. Полученную газовую смесь, содержащую в качестве целевого продукта диметиловый эфир, подогревали до температуры около 700 К и направляли в каталитический проточный реактор, заполненный модифицированным высококремнистым цеолитом, в котором производился синтез бензина. Выходящий из этого реактора поток газа, содержащий целевой продукт - бензин охлаждали для выделения бензина путем его конденсации. Полученный продукт отправляли на анализ. Полученный синтез-газ в зависимости от давления, выбранного в реакторе парциального окисления, может быть непосредственно подан в реактор после выделения воды, если давление синтез-газа больше, чем давление в реакторе синтеза ДМЭ, или в противном случае должен быть дополнительно компримирован. Содержание метана в смеси варьировали в пределах значения коэффициента избытка воздуха способ получения бензина из углеводородного газового сырья, патент № 2196761 от 0,35 до 0,55. Полученный синтез-газ, при поддержании примерно постоянного давления, охлаждали с целью выделения из него паров воды до уровня, не превышающего 0,4-0,5 об.%. После этого освобожденный от избыточной влаги синтез-газ нагревали в теплообменнике. При соотношении метан/воздух, соответствующем значению способ получения бензина из углеводородного газового сырья, патент № 2196761=0,41, полученный синтез-газ (после осушки) имел следующий состав: СО - 13,2%, h3 - 21,7%, СО2 - 2,5%, СН4 - 2,7%, азот - до 100%. Разбавленный азотом синтез-газ, состав которого приведен выше, подавали в каталитический реактор, в котором при давлении 50 атм над комбинированным синтезирующим-дегидратирующим катализатором происходил синтез ДМЭ. Выходы ДМЭ зависят от количества СО в синтез-газе, от давления и других условий процесса. При 50 атм до 65-70% углерода СО переходит в ДМЭ, что близко к равновесному его содержанию в этих условиях. Газ, полученный в каталитическом реакторе синтеза ДМЭ, подогревали в теплообменнике или любым другим способом, после чего подавали в каталитический реактор синтеза бензина. Процесс проводили при том же давлении (50 атм), что и синтез ДМЭ. Конверсия ДМЭ была практически 100%, выход бензиновой фракции - 91,5%, выход сухого газа (C1-С3) составлял 8,5%. Важно отметить, что бензин, получаемый согласно предлагаемому способу, по такой важной экологической характеристике как содержание серы (не более 0,5 ppm), существенно превосходит все виды топлив для карбюраторных двигателей. Приводимая таблица содержит данные, подтверждающие его высокое качество. Пример 2. Метан и воздух компримировали по отдельности до давлений, превосходящих давление в реакторе парциального окисления. После стандартной сероочистки метана исходные компоненты пропускали через теплообменники, в которых их нагревали за счет тепла продуктов парциального окисления. Смешивание компонентов производилось непосредственно в зоне реакции. Содержание метана в смеси варьировали в пределах значения коэффициента избытка воздуха способ получения бензина из углеводородного газового сырья, патент № 2196761 от 0,35 до 0,55. При давлении в реакторе парциального окисления большем, чем в реакторе синтеза ДМЭ, полученный в нем синтез-газ использовали в двух вариантах. В первом случае синтез-газ после выделения воды подавали в реактор синтеза ДМЭ непосредственно. А во втором - полученный синтез-газ, при поддержании примерно постоянного давления, охлаждали с целью выделения из него паров воды до уровня, не превышающего 0,4-0,5 об. %. После этого освобожденный от избыточной влаги синтез-газ нагревали в теплообменнике. При соотношении метан/воздух, соответствующем значению способ получения бензина из углеводородного газового сырья, патент № 2196761=0,41, полученный синтез-газ (после осушки) имел следующий состав: СО - 13,2%, h3 - 21,7%, СО3 - 2,5%, СН4 - 2,7%, азот - до 100%. Разбавленный азотом синтез-газ, состав которого приведен выше, подавали в каталитический реактор, в котором при давлении 50 атм над комбинированным синтезирующим-дегидратирующим катализатором происходил синтез ДМЭ. Выходы ДМЭ зависят от количества СО в синтез-газе, от давления и других условий процесса. При 50 атм до 65-70% углерода СО переходит в ДМЭ, что близко к равновесному его содержанию в этих условиях. Газ, полученный в каталитическом реакторе синтеза ДМЭ, подогревали в теплообменнике или любым другим способом, после чего подавали в каталитический реактор синтеза бензина. Процесс проводили при том же давлении (50 атм), что и синтез ДМЭ. Конверсия ДМЭ была практически 100%, выход бензиновой фракции составлял 91,5%, а выход сухого газа (C1-С3) - 8,5%. Важно отметить, что бензин, получаемый согласно предлагаемому способу, по такой важной экологической характеристике, как содержание серы (не более 0,5 ppm), существенно превосходит все виды топлив для карбюраторных двигателей. Приведенные в таблице данные подтверждают его высокое качество. Пример 3. Все условия примера 1 оставлены без изменения, за исключением условий смешивания исходных компонентов на входе в реактор парциального окисления. Их смешивали в специальном смесителе до подачи в зону реакции. При этом были получены, в основном, аналогичные результаты, но остаточное содержание метана в синтез-газе снизилось с 2,7 до 2,3%. Пример 4. В качестве исходного сырья использовали углеводородный газ состава СН4 - 86,9%, С2Н6 - 10,1%, C3H8 - 3%. При этом (после осушки) был получен синтез-газ следующего состава: СО - 14,1%, Н2 - 21,5%, CO2 - 2,9%, содержание остаточного метана составляло 2,9%. Увеличение содержания СО благоприятно сказалось на выходе продуктов процесса, который увеличился практически пропорционально увеличению содержания СО в синтез-газе, т.е. на отн. 7%. Пример 5. В условиях, аналогичных примеру 1, синтез ДМЭ проводили при давлении 100 атм. При этом до 85% углерода СО переходило в ДМЭ, что близко к равновесному его содержанию в этих условиях. Дальнейшая переработка, как в примере 1. Пример 6. Синтез-газ получали парциальным окислением метана газообразным кислородом при повышенном до 52 атм давлении и максимальной температуре в реакторе около 1600 К в проточном химическом реакторе с охлаждаемыми стенками, созданном на базе ракетного двигателя. Процесс проводили при способ получения бензина из углеводородного газового сырья, патент № 2196761=0,425. Состав синтез-газа после осушки был следующим (об.%): водород - 53,0; СО - 39,9; СО2 - 5,8; СН4 - 1,3; СО/Н2=0,75. Дальнейшие процедуры проводили, как описано в примере 1, т.е. в первом каталитическом реакторе при давлении 50 атм использовали комбинированный синтезирующий-дегидратирующий катализатор, причем около 70% от углерода СО переходит в ДМЭ. Газовый поток из каталитического реактора синтеза ДМЭ подогревали в теплообменнике и подавали в каталитический реактор синтеза бензина при том же давлении. Состав полученных продуктов практически не отличался от состава продуктов, полученных в примере 1. Пример 7. Синтез-газ получали парциальным окислением метана газообразным кислородом при повышенном до 53 атм давлении и максимальной температуре в реакторе около 1640 К в проточном химическом реакторе с охлаждаемыми стенками, созданном на базе ракетного двигателя. Процесс проводили при способ получения бензина из углеводородного газового сырья, патент № 2196761=0,445. Состав синтез-газа после осушки был следующим (об.%): водород - 55; СО - 38,4; СO2 - 6; СН4 - 0,6; СО/Н2=0,7. Последующие процедуры и состав полученных продуктов, как в примере 6.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ получения бензина из углеводородного газового сырья, включающий получение диметилового эфира в качестве интермедиата, отличающийся тем, что получают при повышенном давлении синтез-газ, содержащий водород, оксиды углерода, воду, оставшийся после его получения не прореагировавший углеводород, а также содержащий или не содержащий балластный азот, путем конденсации из указанного синтез-газа выделяют и удаляют воду и проводят газофазный, одностадийный каталитический синтез диметилового эфира, полученную газовую смесь без выделения диметилового эфира под давлением пропускают над модифицированным высококремнистым цеолитом для получения бензина и охлаждают газовый поток для выделения бензина. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что синтез-газ получают в процессе парциального окисления углеводородного сырья под давлением, обеспечивающим возможность его каталитической переработки без дополнительного компримирования. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что синтез-газ получают путем каталитического риформинга углеводородного сырья с водяным паром. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что синтез-газ получают путем автотермического риформинга. 5. Способ по п. 2 или 4, отличающийся тем, что процесс проводят при подаче воздуха, или воздуха, обогащенного кислородом, или чистого кислорода. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что синтез-газ получают путем каталитической конверсии природного газа с углекислым газом. 7. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что сырье процесса получения синтез-газа методом парциального окисления подают в реактор после контакта с горячей поверхностью его наружных стенок. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что содержащуюся в синтез-газе воду удаляют путем конденсации до остаточной концентрации не более 0,5 об. %. 9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что проводят непрерывное определение содержания кислорода в синтез-газе и прекращают его подачу в реактор получения диметилового эфира, когда концентрация кислорода в синтез-газе превышает 0,2 об. %. 10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что синтез-газ нагревают до температуры процесса синтеза диметилового эфира путем пропускания его через теплообменник, расположенный между реактором синтеза бензина и блоком конденсации бензина. 11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс синтеза бензина и диметилового эфира проводят при практически равных давлениях. 12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс получения диметилового эфира и бензина проводят в одном реакционном аппарате.

www.freepatent.ru

Горючее для автомобиля, CO

co2
  • Углекислота жидкая -  это, сжиженный углекислый газ под очень высоким давлением, которое обычно равно 70 атмосферам. Жидкость, как и газ, абсолютно бесцветна, имеет слегка кислый привкус.
  • Поставляется и хранится углекислота в:
    • 40-литровых герметичных баллонах, которые защищены от коррозийных разрушений - срок хранения 2 года.
    • В транспортной бочке ЦЖУ-18 - срок хранения 6 месяцев.
  • Изготавливается в соответствии с ГОСТ 8050-50 "Двуокись углерода"
  • Чтобы узнать цены и сроки поставки нажмите подробнее.

Горючее для автомобиля - своими руками

Одним из перспективных видов автомобильного горючего, в настоящее время, является метиловый спирт. Метиловый спирт (метанол) представляет собой бесцветную воспламеняющуюся жидкость со слабым спиртовым запахом, температура замерзания -98°С, кипения +65°С. Хорошо смешивается с водой. Как и все спирты он обладает высокой детонационной стойкостью, октановое число метанола составляет 114,4 единицы. Для сравнения, октановое число этанола (винный, этиловый спирт) - 111,4 ед. Из всех антидетонационных компонентов бензина, метанол является наиболее эффективной добавкой в отношении снижения выбросов СО, СН и N0х. Может метанол использоваться и как самостоятельное автомобильное горючее, в этом случае метанол имеет определенные достоинства. Метанол представляет собой «чисто» сгорающее топливо, обладает лучшими топливными характеристиками чем бензин, вследствие чего, при его применении повышается КПД двигателей внутреннего сгорания Современные бензиновые двигатели могут хорошо работать на метаноле, при этом технические характеристики двигателя улучшаются. Это, в первую очередь: высокая детонационная стойкость, абсолютное отсутствие сернистой коррозии двигателя и выбросов серы и сажи в выхлопе, минимальное нагарообразование в двигателе, на 50% меньшая токсичность продуктов сгорания, повышается КПД, благодаря внутреннему охлаждению и повышению степени сжатия высокий коэффициент наполнения цилиндров горючей смесью (по сравнению с бензином выигрыш в мощности при работе на метаноле достигает 10%) и проч. Указанные достоинства метанола привели к тому, что он уже давно используется как топливо на гоночных автомобилях и авиамоделях, спортивных мотоциклах, где требуются компактные и вместе с тем мощные двигатели. Многие исследовательские институты считают его топливом будущего. Вместе с тем метанол имеет и недостатки. Безводный метанол хорошо смешивается с бензином в любых соотношениях, но при попадании в топливный бак влаги, топливо расслаивается и в баке получаются две несмешиваемые жидкости, для ликвидации этой причины желательно дополнять бак фильтром–осушителем или устанавливать отдельный бак с топливопроводом. Другим недостатком метанола является более низкая, чем у бензина, испаряемость, что вызывает затруднения при пуске двигателя на холоде. Для улучшения пуска на холоде, приходится выполнять подогрев пускового объема холодного топлива (чаще всего электрический) или производить запуск двигателя на бензине. Для горения метанола требуется в два раза меньше воздуха, чем для бензина, поэтому при работе на чистом метаноле необходима перерегулировка карбюратора бензинового двигателя. Отрицательным свойством метанола является его ядовитость, хотя многие химики, авиамоделисты и гонщики, десятилетиями вплотную обращающиеся с ним (естественно, с соблюдением правил техники безопасности и санитарии) без каких либо последствий для собственного здоровья, не относят его к особо ядовитым веществам и подозревают, что его опасность специально раздута из-за склонности российского народа употреблять внутрь все, что пахнет спиртом и горит синим пламенем. Превосходят метанол по опасности многие применяемые в автомобиле вещества. По токсичности метанол уступает используемой в системе охлаждения жидкости (смертельная доза этиленгликоля около 100 мл) и аккумуляторному электролиту. Опаснее метанола, выбрасываемый в большом количестве бензиновым выхлопом тетраэтилсвинец, предельно допустимая концентрация (ПДК) которого в воздухе составляет 0,005 мг/м3, в то время как ПДК метанола - 5 мг/м3. В плохо проветриваемом помещении, при работающем автомобиле, человек может погибнуть от отравления выхлопными газами двигателя, содержащих смертельно опасные оксид углерода (СО, угарный газ, кровяной яд) и оксиды азота. Санитарными правилами при работе с метанолом запрещается: изготовление политур на метаноле; выпуск продуктов (мастик, нитролаков, клеев и др.), применяемых в быту и выпускаемых в торговую сеть, в состав которых входит метанол; применение метанола для разжигания нагревательных приборов; применение метанола в качестве растворителя. Применение метанола для использования его в качестве горючего для двигателей внутреннего сгорания санитарными правилами не запрещается. Однако в обращении с метанолом требуется осторожность. По классу опасности химических веществ метанол относится к умеренно опасным. Без своевременно оказанной медицинской помощи смертельная доза 100% метанола при приеме внутрь составляет 100-150 мл. При употреблении меньших доз метанола возможна слепота из-за поражения зрительного нерва. В значительно меньшей степени указанные недостатки присутствуют в бензино-метанольных смесях. В США сейчас находит применение топливо М-85, содержащее 85% метанола и 15% бензина и в меньших объемах чистый метанол.

Avto

Сейчас государственные метанольные программы существуют в Японии, Китае, Европе, США и некоторых других странах.

AZS

В России отсутствию государственной программы по широкому использованию метанола в качестве моторного топлива препятствует то обстоятельство, что для перевода автомобильного парка страны на метанол потребуется дополнительное строительство метанольных заводов, в то время как сейчас, Россия имеет большое количество действующих нефтеперерабатывающих предприятий и обладает значительными запасами нефти. В тоже время, получение метанола возможно даже в кустарных условиях, по типу получения домашнего этилового спирта (самогона). Производиться метанол может из углекислоты или любого органического вещества: уголь, древесина, сельскохозяйственные отходы и т.п., но наиболее простой метод заключается в получении метанола из природного (сетевого) газа. Одновременная подача углекислоты (или, что тоже самое, двуокиси углерода, ее формула СО2. Не путать СО2 с СО, окисью углерода. СО токсичный газ, а СО2 нетоксична, углекислотой питьевые напитки газируют) и природного газа снижает расход природного газа и повышает выход метанола. Возможно использование комбинированной метанольно-углекислотной установки, в этом случае эти два производства дополняют друг друга. На метанольную установку подается углекислота от производства СО2, а сбрасываемый на сжигание с метанольной установки отходящий некондиционный газ подается в углекислотную установку для получения углекислоты. Основными действующими веществами в превращении природного газа в метанол являются катализаторы. Упрощенно, технология получения метанола заключается в очистке природного газа от катализаторных ядов, затем в последовательном превращении очищенного природного газа, в результате каталитических реакций, в промежуточные продукты, а затем в необходимый вид готовой продукции. Также как и при получении самогона необходимы вода, для охлаждения змеевика, и электросеть, для работы небольшого компрессора. Какие-либо утечки газа, запахи и испарения при производстве метанола абсолютно исключаются и, поскольку процесс связан с получением горючей, токсичной жидкости, работу необходимо проводить в нежилом проветриваемом помещении, с соблюдением всех правил пожарной и санитарной безопасности. Производительность аппарата (литр/час) зависит от массы подаваемого на переработку сырья и объема участвующих в процессе катализаторов. Выход метанола составляет 0,6-0,7 л из 1 м3 природного газа. При повышенных требованиях к чистоте метанола его очистку от влаги и примесей можно выполнять пропусканием продукта через дополнительный фильтр. Размеры установки зависят от ее производительности, при получении метанола в количестве 1-2 канистр в сутки, установку вполне можно разместить на столе. Установка не требует дефицитных деталей, материалов и каких-то особых знаний, изготовить ее можно в любом гараже. Использование метанола собственного производства в качестве горючего, является недорогим вариантом заправки двигателей внутреннего сгорания. С целью наибольшей оптимизации процесса сгорания топлива возможна установка дополнительных устройств в топливной системе ДВС (устройства смесеобразования и гомогенизации топливной смеси, газогенерация метанола и т.п.), но это уже на любителя. В тех случаях, когда токсичность метанола вызывает озабоченность, возможно использование в качестве автомобильного горючего этанола (этилового спирта), получаемого также из природного газа. Этанол сохраняет преимущества метанола для двигателя, но стоимость получения этанола и оборудования для его производства в 2 раза выше, чем при производстве метанола. Из органических веществ возможно получение синтетического бензина. Получаться бензин может также и из природного газа в результате каталитических реакций. Октановое число получаемого бензина до 95 единиц. При использовании синтетического бензина вносить какие-либо изменения в топливную систему автомобиля не требуется, качество работы двигателя не ухудшается, а износ двигателя не увеличивается, но процесс получения бензина и сама установка для получения бензина сложнее и дороже, чем при получении метанола. Выход бензина составляет 0,3 л из 1 м3 природного газа. Выбор используемого вида горючего находится исключительно за владельцем автомобиля. Возможно изготовление установок и катализаторов для получения горючего не только из природного газа, но и из древесных и растительных отходов, животного навоза и птичьего помета. Другой возможностью кустарного изготовления моторного топлива является получение метана. В отличии от многих горючих газов, метан даже при высоких давлениях не сжижается и находится в баллонах или в газовой сети в газообразном состоянии. Почти 100% метаном (с небольшим количеством недоочищенных примесей) является используемый на кухнях квартир природный газ. Как горючее для автомобилей, метан (не путать, с также широко применяемыми в качестве автомобильного топлива сжиженными баллонными газами пропаном и бутаном) давно уже имеет широкое распространение, как в России, так и за рубежом. Метан является высококаллорийным топливом. По теплотворной способности 1 кг метана превышает 1 кг бензина в 1,2 раза, сжиженного газа в 1,6 раза. А если судить по объему, то теплотворная способность 1 м3 газообразного метана в 1,29 раза превышает 1 л бензина и почти в 1,8 раза 1 л сжиженного газа. Октановое число метана составляет 110, что позволяет использовать его в двигателях с высокой степенью сжатия. Метан не токсичен и не имеет запаха (для его обнаружения обонянием в него специально добавляют сильно пахнущий газ этилмеркаптан, имеющий сильный неприятный запах). В отличие от сжиженного газа (пропан-бутан) он не скапливается в салоне или багажнике автомобиля, так как легче воздуха в 1,8 раза. Выхлоп двигателя, работающего на метане, является экологически чистым, содержит только водяной пар и нетоксичный СО2. Пробег двигателя на метане до капремонта превышает пробег двигателя на бензине. При небольшом изменении ДВС, на метане может работать и дизельный двигатель. Заправка автомобиля метаном значительно дешевле его заправки бензином. Многие автомобили уже сейчас оснащены газобаллонным оборудованием (ГБО) для работы на сжиженном газе, добавление к ГБО баллона высокого давления с редуктором, дает возможность использовать этот автомобиль для его работы на метане. Неудобство для заправки автомобиля метаном в основном заключается в том, что метановых АЗС пока что еще в России не много и находятся они в основном в крупных городах. За рубежом и странах СНГ уже допускается заправка автомобилей от домашней сети природного газа, но в России газовые службы на это пока разрешения не дают. Для жителей небольших городов и сел, имеющих частные подворья, выходом из положения является использование небольших домашних биогазовых установок. В биогазовых установках можно производить биогаз из всех хозяйственно-бытовых отходов: навоз, птичий помет, ботва, листья, солома, стебли растений и других органических отходов индивидуального хозяйства. Биогаз представляет по химическому составу смесь газов, состоящий в основном из метана (до 75%) и углекислого газа. Простую биогазовую установку несложно изготовить самостоятельно, их описания в большом количестве приведены в интернете. Биогаз является горючим газом и может использоваться как топливо. Для повыщения его теплотворной способности биогазовую установку желательно дополнить углекислотной установкой, что позволит разделить биогаз на очищенные метан и СО2 и использовать полученные газы по их прямому назначению. Для наполнения баллонов метаном или СО2 может применяться один и тот же компрессор высокого давления. В случае применения компрессора для заправки автомобиля метаном экономически выгоднее приобретать компрессор небольшой производительности, так он имеет значительно меньшую стоимость и предъявляет меньшие требования к домашней электрической сети. Компрессор производительностью 1-2 м3/час (что соответствует расходу природного газа в отопительном котле частного дома) включенный на постоянную работу обеспечивает наполнение метаном баллона, установленного в автомобиле. С целью ускорения заправки автомобиля газом, целесообразно подключить компрессор к батареи, состоящей из нескольких кислородных, углекислотных или метановых баллонов, из которых затем заправлять баллон в автомобиле. Расход электроэнергии на наполнение баллона сжатым метаном зависит от конечного давления газа в баллоне. При давлении наполнения 200 атм. расход электроэнергии составляет приблизительно 0,5 квтч на 1 м3 закачанного газа. Работающий компрессор должен находиться в помещении с вентиляцией, батарея баллонов должна быть под навесом. С целью безопасности, баллоны, как заправочные, так и в автомобиле, должны периодически проходить испытание повышенным давлением. Для этой цели применяется гидравлическое испытание баллонов водой с подачей давления от устройства, состоящего из цилиндра с плунжером. Гидравлическое испытание для литых стальных баллонов проводится при давлении в 1,5 раза превышающим рабочее. Время выдержки под давлением не менее 10 мин. При испытании, внимательным осмотром проверяют баллон на появление мокрых мест в его корпусе. Отсутствие мокрых мест на баллоне, при его испытании повышенным давлением, означает что корпус баллона не имеет микротрещин и гарантирует владельца от случаев разрыва баллона при его дальнейшей эксплуатации.

gidro.tech-group.pro