Способ углекислотной конверсии углеводородов и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1761663 01 В 3/38 ЕНИ довател ьи техноло- мического иссл рский ротер Ма йз одства водо ОТНОЙ КОНВЕРИ УСТРОЙСТВО НИЯтся к способам и ия газовых смесей й метана и может кой, нефтехимиченой промышленная возможности продукта в качестГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) СПОСОБ УГЛЕКИСЛ СИИ УГЛЕВОДОРОДОВ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕ (57) Изобретение относи устройствам для получен углекислотной конверсие применяться в химичес ской и машиностроитель сти. Для обеспечени использования целевого Изобретение относится к способам и устройствам для получения газовых смесей углекислотной конверсией метана и может применяться в химической, нефтехимической и машиностроительной промышленности.Целью изобретения является обеспечение возможности использования целевого продукта в качестве контролируемой атмосферы за счет снижения остаточного содержания двуокиси углерода и метана. Изобретение осуществляют следующим образом,Смесь углеводородного газа с двуокисью углерода направляют в слой нагретого до 1000 - 1100 С катализатора ве контролируемой атмосферы в результате снижения в ней остаточного содержания двуокиси углерода и метана предложен способ, в котором в качестве окислителя используют двуокись углерода при количественном отношении ее к углеводородному газу 1:(0,25 - 1,0), а конверсию проводят при удельной мощности 1,0 - 1,4 кВт на 1 м/ч готового продукта. Предложено3также устройство, содержащее реторту с катализатором, нагревательные элементы и смеситель. При этом устройство снабжено емкостью с двуокисью углерода, соединенной со смесителем, а нагревательные элементы расположены по длине реторты таким образом, что соотношение мощностей нагревательных элементов на каждой половине высоты слоя катализатора по ходу газа составляет соответственно 1:(0,25 - 0,45), Изобретение позволяет снизить содержание СО 2 и СНа с 1,3 до 0,09. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.(например, никелевого катализатора типа ГИАП-З), В присутствии катализатора происходит высокотемпературная конверсия углеводорода двуокисью углерода. Отношение объемных количеств подаваемых в слой двуокиси углерода и углеводородного газа составляет соответственно 1;(0,25 - 1,0), Удельная мощность нагрева, отнесенная к 1 м /ч готового продукта составляет 1,0 - 1,4 зкВт.В результате конверсии образуется газовая смесь, содержащая 50,0 - 61,5, СО и 38,5 - 50,0% Н 2, Полученная газовая смесь представляет собой готовую контролируемую атмосферу, которую, при необходимости осушив, направляют потребителю, 1761663= 1; 0,25), направляют в слой катализатора ГИАП-З, нагретый до 1100 С при удельной мощности 1,4 кВт на 1 м /ч готового продукзта. В результате конверсии образуется 6,5 10 м /ч газовой смеси, содержащей 4 м /ч СОзи 2,5 м /ч Н 2, т.е, 61,5 О/о СО и 38,5 оН 2.П р и м е р 2. Требуется получить 10,5 м /ч газовой смеси, содержащей 57% окисизуглерода и 43 оН 2. 15Газовую смесь, содержащую 1,5 м /ч этана и 3 м /ч двуокиси углерода (С 02: С 2 Н 6:з= 1: 0,5), подают в слой нагретого до 1000 Сникелевого катализатора при удельной мощности 1 кВт на 1 м /ч готового продукзта, В результате конверсии углеводорода образуется 105 м /ч контролируемой атмосзферы, содержащей 6 м /ч СО и 4,5 м /ч Н 2, т.е. 57% СО и 43% Н 2.П р и м е р 3, Требуется получить 8 м /ч 25 контролируемой атмосферы, содержащей по 50 оводорода и окиси углерода.Готовую смесь, содержащую 2 м /ч метана и 2 м /ч двуокиси углерода (С 02: СН 4=з=- 1; 1), направляют в слой катализатора 30 типа ГИАП-З, нагретого до 1050 С и р и удельной мощности 1,2 кВт на 1 м /ч готового продукта, В результате конверсии углеводорода образуется 16 м /ч готовогозпродукта, содержащего 4 м /ч окисиуглеро да и 4 м /ч водорода, т.е. по 50% каждогозкомпонента при расходе 8 м /ч.П р и м е р 4, Условия и осуществление способа аналогичны примеру 1. Отличие состоит в том, что исходная смесь содержит 40 0,4 м" /ч бутана, т.е. С 02: С 4 Н 1 о = 1: 0,2.В результате конверсии заданный состав готового продукта не достигается и в нем содержится 0,4 м /ч двуокиси углерода,зт.е. более 6%. 45П р и м е р 5. Условия и осуществление способа аналогичны примеру 3. Отличие заключается в том, что исходная газовая смесь содержит 2,2 м /ч метана, т,е. С 02: СН 4 = 1:3: 1,1. 50В результате конверсии углеводорода заданный состав газовой смеси не достигается и в нем содержится 0,2 м /ч метана, т.е, 1,25 О/ что совершенно не допустимо.55П р и м е р 6. Условия и осуществление способа аналогичны примеру 1, Отличие в том, что удельная мощность нагрева составляет 1,5 кВт нэ 1 м /ч готового продукта, т.е, 9,75 кВт. В результате высокотемпературной конверсии заданный состав готового продукта не достигается и в нем содержится 1,5 обутана и бодвуокиси углерода, Это связано с перегревом части катализатора.П р и м е р 7. Условия осуществления способа аналогичны примеру 2. Отличие состоит в том, что удельная мощность нагрева составляет 0,9 кВт на 1 м /ч готового проздукта, т.е. 9,45 кВт.В результате высокотемпературной конверсии этана двуокисью углерода заданный состав не достигнут. Вследствие недогрева катализатора в продуктах конверсии содержатся непрореагировэвшие 2,5 оэтана и Бодвуокиси углерода.Иэ приведенных выше примеров следует, что указанные в формуле интервалы значений справедливы.На чертеже представлено устройство, предложенное для осуществления способа.Устройство состоит из емкости 1 с двуокисью углерода, соединенной с входным патрубком 2 смесителя 3, снабженного также патрубком 4 подвода углеводородного газа. Смеситель соединен с патрубком 5 реторты б, заполненной катализатором 7, Роторта размещена в футерован нам корпусе 8, внутри которого установлены нагревательные элементы 9 и 10, Реторта на выходе снабжена патрубком 11 готового продукта.Работа устройства для получения газовой смеси осуществляется следующим образом.Из емкости 1 двуокись углерода по герметичному трубопроводу поступает через патрубок 2 в смеситель 3, Туда же через патрубок 4 подается и углеводородный газ, например, метан, Смесь двуокиси углерода в соотношении соответственно 1: (0,25 - 1,0) из смесителя 3 через патрубок 5 подается в реторту б, заполненную катализатором 7. Реторта 6, размещенная в футерованном металлическом корпусе 8, обогревается нагревательными элементами 9 и 10. Нагревательные элементы размещены и рассчитаны таким образом, что мощность нагревательного элемента 10, обогревающего вторую по ходу газа половину высоты слоя катализатора, составляет 0,25 - 0,45 мощности нагревательного элемента 9, обогревающего первую половину слоя. Газовая смесь, проходя слой нагретого до 1000 - 1100 С никелевого катализатора, вступает в реакцию конверсии, в результате которой образуется газовая смесь, состоящая из диоксида углерода и водорода, Например, при использовании в качестве углеводородного газа метана образуется газовая смесь, содержащая 50 СО и 50 Н 2.40 50 Готовый продукт, покидая реторту через патрубок 11, направляется к потребителю, Результаты экспериментов, подтверждающих правильность указанных в формуле изобретения параметров, приведены ниже в виде примеров,П р и м е р 8. Требуется получить 32 м /ч газовой смеси, содержащей 50% Н 2 и 50 % СО.Из емкости 1 (фиг. 1) 8 м"/ч двуокиси углерода через патрубок 2 поступают в смеситель 3. Туда же по патрубку 4 подается пэоиродный газ (100% СН 4) с расходом 8 м /ч. Образовавшаяся смесь через патрубок 5 поступает в реторту 6 и слой катализатора 7, На внутренней поверхности футеровки корпуса 8 размещены две секции нагревателей 9 и 10 общей мощностью 38,4 кВт, т,е. удальная мощность составляет 1,2 кВт на 1 м /ч готового продукта. При этом мощность секции нагревательного элемента 9, обогревающего первую по ходу газа половину слоя катализатора 7 составляет 30,7 кВт, а секции нагревательного элемента 10 - 7,7 кВт, т,е. отношение их составляет 1: 0,25, В результате конверсии в слое катализатора образуется готовый продукт, содержащий 50% СО и 50% Н 2. Эта газовая смесь, содержащая по 0,09% следов СН 4 и СО 2, через патрубок 11 поступает к потребителю.П р и м е р 9. Условия и осуществление работы устройства соответствуют примеру 8. Отличие состоит в распределении мощности на нагревательных элементах. На элементе 9 она составляет 28,4 кВт, а на элементе 10 - 10 кВт, т.е. их отношение составляет 1,0 ; 0,35. В готовом продукте содержится 50% СО и 50% Нг, а остаточное содержание СР 4 и С 02 снизилось до 0,07% каждого компонента.П р и м е р 10. Условия и осуществление работы устройства аналогичны примеру 8. Отличие состоит в распределении мощности на нагревательных элементах. На нагревательном элементе 9 она составляет 26,5кВт, а на элементе 10 - 11,9 кВт, т,е. ихотношение составляет 1: 0,45.Содержание следов метана и двуокиси углерода снизилось до 0,1 по 0,05% каждогокомпонента. П р и м е р 11. Условия и работа устройства соответствуют примеру 8, Отличие состоит в распределении мощностей: на нагревательном элементе 9 25,6 кВт, а на 5 10 15 20 25 30 35 элементе 10 12,8 кВт, что соответствует ихсоотношению 1: 0,5.Содержание СО и Н 2 по 50, а содержание следов не изменилось по сравнениюс примером 10 (0,1% СН 4 и СО 2; по 0,05каждого компонента). Таким образом отсутствует дальнейшее увеличение положительного эффекта.П р и м е р 12. Условия и работа устройства аналогичны примеру 8. Отличие состоит в распределении мощностей по высотеслоя катализатора. Мощность нагревательного элемента 9 составляет 32 кВт, а нагревательного элемента 10 - 6,4 кВт. При этомотношение мощностей составляет 1: 0,2.Конверсия метана двуокисью углерода прошла не до конца. В результате конверсииобразовалась газовая смесь, содержащая48,9% СО, 48,9% Н 2, 1,1% СН 4 и 1,1% СО 2,при этом наблюдалось сажеобразование.Таким образом, поставленная цель недостигнута,Изобретение позволяет получить газовую смесь с повышенными науглероживающими и восстановительными свойствами,являющуюся контролируемой атмосферойдля многих высокотемпературных процессов и, в том числе, для процесса цементацииметаллических деталей; содержание СО 2 иСН в целевом продукте0,09% (по прототипу содержание СО 2 = 1,3%).Формула изобретения1. Способ углекислотной конверсии углеводородов при повышенной температурена никелевом катализаторе, о т л и ч а ю щ.и й с я тем, что, с целью обеспечения возможности использования целевого продукта в качестве контролируемой атмосферы засчет снижения остаточного содержания двуокиси углерода и углеводорода, процессосуществляют при массовом соотношениидвуокиси углерода к углеводороду, равном 1;: (0,25-1,0) соответственно, и конверсию проводят при удельной мощности 1,0-1,4 кВтна 1 м /ч готового продукта.2. Устройство для углекислотной конверсии углеводородов, содержащее ретортус катализатором, нагревательные элементыи смеситель, о т л и ч а ю щ е е с я тем, чтооно снабжено емкостью с двуокисью углерода, соединенной со смесителем, а нагревательные элементы расположены по длинереторты с соотношением мощностей нагревательных элементов на каждой половиневысоты слоя катализатора по ходу газа, составляющим соответственно 1: (0,25-0,45),1761663 Составитель Е.КорниенкТехред М.Моргентал актор С,Соколов ректор Л.Лукач оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагари Заказ 3228 ВНИИПИ Гос Тиражтвенного комитета по 113035, Москва, ЖПодписноеобретениям и открытиям при ГКНТ СССРРаушская наб., 4/5