Способ получения жидких углеводородов из процессовых газов под воздействием электроимпульсного разряда и устройство для его осуществления

(51) 10 2/00 (2006.01) 10 1/04 (2006.01) 07 1/04 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Кушмурунского месторождения (Казахстан) в жидкие углеводороды в проточном реакторе в жидкой фазе при атмосферном давлении и при температуре водяного пара, в присутствии катализатора следующего состава 5 Со, 5 на носителе -23 при этом сырье подвергается в реакторе действию электрического разряда,который инициируется электроны импульсного разряда, причем напряженность электрического поля в разряде составляет 5- 10 кВ/см, а удельная энергия в импульсе 1-2 Дж/см 3. Экономической эффективностью и техническим результатом заявляемого способа является реализация цепного механизма и снижение затрат энергии на получение жидких углеводородов в несколько раз по сравнению с прототипом и соответствующее увеличение производительности реактора.(76) Ермагамбет Болат Толеуханович Касенов Болат Конурович Досумов Косман Досумович Касенова Жанара Муратбековна Реминный Роман Александрович Маслий Александр Сергеевич Жаксыгалиев Омирхан Канатович Бижанова Лаззат Нурлановна(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ ПРОЦЕССОВЫХ ГАЗОВ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОГО РАЗРЯДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Основной новизной данного патента является переработка процессового газа, содержащего в своем составе более 30 СО и 15 Н 2, менее 10 СН 4 полученного путем газификации угля Способ переработки синтетического газа в жидкие продукты относится к области химической технологии синтеза по Фишеру - Тропша и может быть использовано для синтеза углеводородов в жидкой фазе из синтез - газа, получаемого из природного газа, угля, сланцев, тяжелых нефтяных остатков, торфа, а также из другого органического сырья. Способ относится к переработке процессового газа, содержащего в своем составе более 30 СО и 15 Н 2, менее 10 СН 4 полученного путем газификации угля Кушмурунского месторождения(Казахстан) в жидкие углеводороды в проточном реакторе в жидкой фазе и в атмосферном давлении и при температуре водяного пара, в присутствии катализатора следующего состава 5 Со, 5 на носителе -23 при этом сырье подвергается в реакторе действию электрического разряда,который инициируется электроны импульсного разряда, причем напряженность электрического поля в разряде составляет 5- 30 кВ/см, а удельная энергия в импульсе 1-2 Дж/см 3. Технический результат - снижение затрат энергии на получение жидких углеводородов и увеличение производительности реактора. Известны следующие способы конверсии углеводородсодержащих газов в жидкие продукты с использованием химической, плазмохимической и электрохимической технологий. Известен способ каталитической конверсии синтеза Фишера-Тропша на основе железа,содержащего железо с положительной степенью окисления, в котором упомянутый катализатор на основе железа вводят в контакт в реакторе с восстановительным газом в виде сочетания Н 2 и СО,в молярном соотношении Н 2/СО от 1001 до 1100,при температуре, по меньшей мере, 245 С, но ниже 280 С, давлении восстановительного газа выше 0,5 МПа, но не выше 2,2 МПа и часовой объемной скоростивсего подаваемого в реактор газа,по меньшей мере,6000 мл(Н)/грамм катализатора/час,в результате чего восстанавливают в катализаторе железо с положительной степенью. Хайзер Иоганнес Якобус , Беккер Райан , Жанс ван Иуурен маттис джозеф , тзе Рино 10 2/00(2006.0) 07 /04 (2006.01) 01 23/745 (2006 М) В 01 37/18 (2006.01). Известен способ и устройство для получения синтетического жидкого топлива из кислородсодержащих углеводородов с мол. массой 100,предусматривающий осуществление катализируемого электрического разряда внутри предварительно сжатой реакционной газовой смеси,содержащей углерод и водород, поддерживаемой под давлением 50-300 бар и при температуре 200500 С, охлаждением и извлечением топлива из реакционного корпуса, причем неизбежные следы углерода обнаруживаются в типичной наноструктурированной форме способа. 8 С 07 С 4/04, 8 С 07 С 4/04, 10 2/00, 10 2/00, 10 1/04, 10 1/04, Н 05 Н 1/48, Н 05 Н 1/48 (71) , 2(72). Известен способ традиционного химического процесса Фишера-Тропша, который предназначен для конверсии ПГ в жидкое топливо (см. ... - 2. - 2003. - .52-58). Синтез жидких продуктов в этом процессе осуществляют в несколько стадий, включающих стадию получения синтез-газа из смесей природного газа с окислителями О 2, Н 2 О и СО 2. После этого проводят конверсию синтез-газа в жидкие углеводороды. Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению по максимальному количеству сходных признаков является способ одностадийной переработки газообразных углеводородов в жидкие продукты в проточном реакторе, объединяющем барьерный разряд и электрохимический элемент в котором осуществляется превращение исходных молекул в жидкие соединения при олигомеризации исходных молекул или их неполном окислении кислородом в неравновесной плазме барьерного разряда. Электрохимический элемент производит окисление избыточного водорода,окислительную конденсацию углеводородов и синтез гидроксильных соединений. В качестве окислителя используют кислород или воздух. Возможно проведение данного процесса как с применением,так и без применения катализаторов. Синтез осуществляют при температуре 100-600 С и атмосферном давлении(см.7033551 В 2,МПК 8 01 19/08,),. К недостаткам выше перечисленных способов можно отнести следующие 1. Процессы осуществляется при высоких давлениях и температурах, что приводит к созданию габаритных, металлоемких конструкций. 2. Технологии не всегда оправданы из-за сжатия синтез-газа (смеси СО и Н 2), составляющих 60-80 от всех затрат на производство жидкого топлива. 3. На всех стадиях синтеза промежуточных и конечных продуктов применение катализаторов является обязательным, что создает дополнительные проблемы, связанные с их регенерацией. 4. Высокие затраты энергии на образование радикалов в барьерном разряде (300-400 кДж/моль),которые являются первичными звеньями продуктоволигомеров необходимость подогрева газа до 100600 С для увеличения степени конверсии. Это приводит к повышению затрат энергии на синтез и стоимости конечных продуктов. Ключевым элементом в предлагаемом способе получения жидких углеводородов их процессового газа, является активация СО и Н 2, СН 4, СО 2 за счет воздействия импульсного электрического разряда в водной, водно - спиртовой, водно - масляной среде. В основу изобретения положена задача,заключающаяся в разработке способа переработки синтез газа, в жидкие углеводороды, базирующегося на селективном колебательном возбуждении молекул исходного синтез газа и реализации цепных процессов в неравновесной плазме импульсного разряда при атмосферном давлении, с применением и без применения катализаторов. Как показали экспериментальные исследования,при столкновении с молекулой электрона, имеющего кинетическую энергию в диапазоне 0.5-10 эВ,происходит эффективное возбуждение колебательных и вращательных степеней свободы этой молекулы. Импульсные электрические разряды в жидкой фазе обеспечивают наиболее высокую эффективность использования 85-90 энергии разряда, которая используется для проведения реакции. Возможный механизм протекания реакций в плазме под воздействием электроимпульсного разряда Если обозначить черезрадикал СН 3 , а через е- электроны импульсного разряда, то цепные процессы, протекающие в плазме такого разряда,можно записать следующим образом. Инициирование цепи протекает по реакции 1) с последующей рекомбинацией радикалов(а)-(д) является димер 2. При этом обратные реакции образования легких молекулиграют второстепенную роль, обеспечивая эффективную конверсию газообразных углеводородов. Н(е) Высокая конверсия углеводородов в реакторе (до 90) и низкие энергозатраты на получение жидких углеводородов (1 кВт-час/кг), наблюдаемые в эксперименте,подтверждают,что энергия активации процесса (б)-(д) существенно меньше,чем в условиях барьерного разряда. Техническим результатом заявляемого способа является реализация цепного механизма и снижение затрат энергии на получение жидких углеводородов в несколько раз по сравнению с прототипом и соответствующее увеличение производительности реактора. При этом предварительный нагрев газовой смеси не требуется. Указанный технический результат достигается выбором оптимальной величины напряженности электрического поля и удельной энергии в импульсном разряде исходя из условий оптимальной передачи энергии электрического в колебательные уровни молекул газовой смеси (8-10 кВ/см, 1-2 Дж/см 3) для получения углеводородов с минимальными затратами. Преимущество изобретения состоит в существенном снижении затрат энергии на получение жидких продуктов в связи с осуществлением цепного процесса и увеличении производительности установки по сравнению с известными аналогами. Предлагаемый способ осуществляется в специально разработанном реактора изображенном на фиг.1. Реактор состоит из трех секции первая секция, где протекает процесс электрического разряда, во - второй секции расположен катализаторный слой, третья секция для охлаждения продуктов. Реактор изготовлен из нержавеющей стали марки Х 18 Н 10 Т. Температура реактора контролируются термопарами ХК. Состав газа контролировалась с помощью хроматографа ЛХМ 8 МД, каторометр ДТП. Пример 1. На вход реактора сбоку и сверху подавали смесь процессового газа и водяного пара в соотношении 11 при атмосферном давлении в присутствии катализатора 5 Со, 5 на носителе-А 23. Поток газа составлял 25 л/мин. Удельная энергия в разряде за импульс составляла 1,0 Дж/см 3,частота следования импульсов высокого напряжения 1-2 Гц, ширина промежутка в реакторе 3 см. При этом максимальная напряженность электрического поля в столбе разряда составляла 7 кВ/см. В течении часа было получено 21,5 мл жидкого конденсата, состоящего преимущественно из углеводородов. В составе остальных продуктов были получены в основном водород и в малом количестве тяжелые предельные углеводороды. Пример 2. На вход реактора сбоку и сверху подавали смесь процессового газа и водяного пара в соотношении 11 при атмосферном давлении 5 Со,5 на носителе -А 23. Поток газа составлял 25 л/мин. Удельная энергия в разряде за импульс составляла 1 Дж/см 3, частота следования импульсов высокого напряжения 1-2 Гц, ширина разрядного промежутка в реакторе 3 см. При этом максимальная напряженность электрического поля в столбе разряда составляла 8 кВ/см. В течение часа было получено 36,5 мл жидкого конденсата,состоящего преимущественно из углеводородов. В составе остальных продуктов были получены тяжелые предельные углеводороды, олефины и альдегиды. Пример 3. На вход реактора сбоку и сверху подавали смесь процессового газа и водяного пара в соотношении 12 при атмосферном давлении в присутствии катализатора 5 Со, 5 на носителе-23. Поток газа составлял 20 л/мин. Удельная энергия в разряде за импульс составляла 2,0 Дж/см 3,частота следования импульсов высокого напряжения 1-2 Гц, ширина разрядного промежутка в реакторе 3 см. При этом максимальная напряженность электрического поля в столбе разряда составляла 7 кВ/см. В течении часа было получено 29,5 мл жидкого конденсата, состоящего преимущественно из углеводородов. В составе остальных продуктов были получены в основном водород и в малом количестве тяжелые предельные углеводороды. 3 Пример 4. На вход реактора подавали сбоку и сверху смесь процессового газа и водяного пара в соотношении 12 при атмосферном давлении. Поток газа составлял 20 л/мин. Удельная энергия в разряде за импульс составляла 2 Дж/см 3, частота следования импульсов высокого напряжения 1-2 Гц, ширина разрядного промежутка в реакторе 3 см. При этом максимальная напряженность электрического поля в столбе разряда составляла 6 кВ/см. В течении часа было получено 37,2 мл жидкого конденсата,состоящего преимущественно из углеводородных масел. В составе остальных продуктов были получены тяжелые предельные углеводороды,олефины и альдегиды. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ переработки синтез газа в жидкие углеводороды в проточном реакторе в условиях неравновесной,низкотемпературной плазмы,отличающийся тем, что поток газа в реакторе подвергается действию импульсного электрического разряда, который инициируется электронами,причем напряженность электрического поля в разряде составляет 8-10 кВ/см, а удельная энергия в импульсе 1-2 Дж/см 3.