Способ каталитической газификации углеродсодержащего сырья - RU2015137741A
Код документа: RU2015137741A
Формула
1. Способ каталитической газификации углеродсодержащего сырья в синтез-газ, включающий следующие этапы:
i. газификация первой части указанного углеродсодержащего сырья в зоне газификации (102, 202) в кипящем слое при температуре 600-800°C при помощи пара и в присутствии щелочного металлического катализатора, добавленного в отдельный твердый носитель методом пропитки, для получения синтез-газа; при этом тепло для реакции эндотермической газификации обеспечивает нагретый твердый носитель, который содержится в указанной зоне газификации в соотношении с сырьем 10 к 50;
ii. выгрузка извлеченного под воздействием тепла отдельного твердого носителя, пропитанного указанным щелочным металлическим катализатором, через верх зоны газификации (102, 202) в кипящем слое;
iii. сжигание второй части указанного углеродсодержащего сырья и непрореагировавшего углерода из упомянутой зоны газификации в зоне сгорания (140, 240) в кипящем слое при температуре 800-840°C с использованием воздуха; при этом тепло, выделяемое во время экзотермической реакции сгорания передается упомянутому извлеченному под воздействием тепла отдельному твердому носителю, который рециркулирует в упомянутую зону газификации.
2. Способ по п. 1, где соотношение катализатора к сырью составляет в диапазоне от 20 до 40.
3. Способ по п. 1, где молярное отношение пара к углеродсодержащему сырью составляет 1:3, предпочтительно 1:2.
4. Способ по п. 1, где 98% катализатора в весовом отношении на цикл повторно используются в течение двух следующих друг за другом операций каталитической газификации.
5. Способ по п. 1, где зона газификации эксплуатируется при давлении от 1 до 5 бар (g), предпочтительно от 2 до 4 бар (g), и среднечасовой скорости подачи сырья от 0,2 до 50 ч-1, предпочтительно от 0,3 до 30 ч-1.
6. Способ по п. 1, где зона сгорания эксплуатируется при давлении от 2 до 6 бар, предпочтительно от 3 до 5 бар, среднечасовой скорости подачи сырья от 0,2 до 30 ч-1, предпочтительно от 0,3 до 25 ч-1, и поверхностной скорости слоя от 0,5 д 1 м/с.
7. Способ по п. 1, где в качестве отдельного твердого носителя используют: γ-оксид алюминия, алюмосиликатный катализатор, цеолит ZSM-5, отработанный катализатор после жидкостного каталитического крекинга (ЖКК) или сочетания указанных веществ.
8. Способ по п. 1, где в качестве щелочного металла используется хотя бы одно из следующих веществ: оксиды, гидроксиды, нитрит, карбонат и хлориды Li, Na, K, Rb и Cs.
9. Способ по п. 1, где в качестве щелочного металла используют карбонат калия (K2CO3), гидроксид калия (KOH) или нитрат калия (KNO3).
10. Способ по п. 1, где в качестве сырья используют нефтяной кокс, уголь, биомассу, дерево, другой углеродсодержащий материал или сочетания указанных веществ.
11. Способ по п. 1, где разница температур в упомянутых зонах сгорания и газификации составляет не менее 50°C.
12. Способ по п. 1, где используют диоксид углерода в качестве второго агента газификации.
13. Способ по п. 1, где в упомянутую зону газификации подается кислород или обогащенный воздух, способствующий удовлетворению потребности в эндотермическом тепле.
14. Способ по п. 1, где упомянутые зоны газификации и сгорания эксплуатируются в режиме кипящего слоя, а именно плотного слоя, стационарного слоя, турбулентного слоя, слоя с быстрой флюидизацией, пневматического транспорта или уносимого слоя.
15. Способ по п. 1, где поток упомянутого сырья и упомянутого катализатора в упомянутых зонах газификации и сгорания может быть встречным или однонаправленным.
16. Способ по п. 1, где катализатор и непрореагировавший углерод отделяются от синтез-газа в циклонном сепараторе и в дальнейшем повторно используются в упомянутой зоне газификации.
17. Способ по п. 1, где тепло от синтез-газа выделяется посредством обмена теплом с водой для получения пара.
18. Способ по п. 1, где тепло от отработавших газов, получаемое в упомянутой зоне сгорания, выделяется посредством обмена теплом с водой для получения пара.
19. Способ по п. 1, где упомянутый синтез-газ в весовом соотношении от 10 до 50% масс. относительно общего веса синтез-газа повторно используется в зоне газификации в целях изменения состава синтез-газа.
20. Способ по п. 1, где конверсия упомянутого углеродсодержащего сырья в синтез-газ на цикл составляет не менее 90%.
21. Способ по п. 1, где синтез-газ содержит горючий газ в количестве не менее 70% масс., при этом указанный горючий газ состоит из смеси водорода и моноокиси углерода в молярном отношении от 3:1 до 1,5:1.
22. Катализатор для газификации углеродсодержащего сырья с целью получения синтез-газа, который представляет собой щелочной металл (оксиды, гидроксиды, нитрит, карбонат или хлориды Li, Na, K, Rb или Cs), добавленный методом пропитки в отдельный твердый носитель (на выбор: γ-оксид алюминия, алюмосиликатный катализатор, цеолит ZSM-5, отработанный катализатор после жидкостного каталитического крекинга (ЖКК) или сочетание указанных веществ) посредством физического смешивания или пропитки по влагоемкости для получения упомянутого катализатора с отношением щелочного металла к носителю в диапазоне от 1:1 до 1:10.
23. Катализатор по п. 22, где катализатор выбран из следующей группы веществ: карбонат калия (K2CO3), гидроксид калия (KOH) и нитрат калия (KNO3).
24. Катализатор по п. 22, где катализатор введен методом пропитки в отдельный твердый носитель в количестве от 10 до 50% масс., предпочтительно от 20 до 40% масс.
