Бортовой генератор для получения синтез-газа



Бортовой генератор для получения синтез-газа
Бортовой генератор для получения синтез-газа

 


Владельцы патента RU 2446092:

Учреждение Российской Академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН (RU)

Изобретение относится к области химии и может быть использовано в бортовых генераторах для получения синтез-газа. Генератор для получения синтез-газа осевого типа содержит смесительно-распределительное пусковое устройство 1, тангенциальный ввод 2, искровую свечу или электрический нагревательный элемент 3, один или несколько каталитических блоков 4, погружной теплообменник коридорного типа 5. Каталитический блок выполнен в виде осевых блоков из чередующихся между собой плоских и гофрированных теплопроводных металлопористых каталитических лент с наличием каналов для прохождения газовых потоков. Погружной теплообменник интегрирован с каталитическим реактором. Изобретение позволяет создать компактный бортовой генератор с повышенной эффективностью. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к бортовому генератору, а именно к устройству для осуществления каталитического парциального окисления газообразных углеводородных топлив, и может быть использовано для получения синтез-газа и дальнейшего его использования в качестве добавок к топливу в двигатели внутреннего сгорания и в энергоустановках на топливных элементах.

Известно устройство (RU 2175799, H01M 8/06, C01B 3/38, 10.11.2001), которое может работать в режиме частичного окисления углеводородного газа. Устройство предполагает для обеспечения изотермического режима окисления углеводородного газа использование пакета, в котором имеются последовательно расположенные инертные «теплопроводные пластины» и каталитические пластины, при этом изотермичность процесса обеспечивается хорошей (радиальной) теплопроводностью только «теплопроводной пластины». Известно, что парциальное окисление протекает через стадию окисления метана и последующие реакции риформинга, поэтому из-за высокой экзотермичности реакции сжигания в первой части неподвижного слоя катализатора возникают «горячие точки» и поэтому каталитическое парциальное окисление метана проводят в реакторах при малых временах контакта (доли секунд) и термической теплопроводности слоя не менее 0,15 Дж/(сек·м·К) [M.Fathi, R.H.Hofstad, T.Sperle, O.A.Rokstad, A.Holmen. Partial oxidation of methane to synthesis gas at very short contact times // Catalysis Today 42, 1998, p.205-209]. Толщина каталитического слоя обеспечивает полную конверсию метана при времени контакта не выше 0,3 с. Температура в каталитическом слое поднимается до 750-850°С. Наиболее подходящим материалом, пригодным работать в данных условиях длительное время, является сплав состава Fe-Ni-Cr-Al или Fe-Cr-Al. Передача тепла от поверхности каталитического слоя во внешний объем осуществляется в основном посредством конвекции и инфракрасного излучения, поэтому избежать возникновения локальных «горячих точек» на каталитической пластине возможно лишь значительным увеличением теплопроводности носителя катализатора, которая позволит перераспределить температуру по поперечному сечению каталитической пластины. Недостатком данной конструкции является то, что изотермичность процесса обеспечивается установкой инертных «теплопроводных пластин». Эти пластины являются балластной массой в конструкции, и при теплопроводности материала этих пластин менее 16 Дж/(сек·м·К) пластины должны иметь толщину, в несколько раз большую, чем толщина каталитических пластин.

Известно интегрированное устройство для реформинга углеводородов (US 6641625, B01J 8/04; C01B 3/36, 04.11.2003). Устройство для реформинга углеводородов включает два реактора с теплообменником. Первый реактор генерирует водородсодержащий газ посредством парциального окисления, паровой конверсии углеводородного сырья либо иным способом. Второй реактор содержит катализатор, обеспечивающий шифт-реакцию богатого водородом реформата. Теплообменник обеспечивает поступление пара, необходимого для проведения шифт-реакции, во второй реактор.

Известен каталитический реактор (RU 2208475, B01J 8/04; C01B 3/00, 20.07.2003) для получения синтез-газа радиального типа, содержащий газораспределительную трубку со слоем катализатора, который выполнен в виде газопроницаемых плоских и гофрированных армированных лент, навитых и спеченных с газораспределительной трубкой с зазорами между витками с образованием газовоздушных каналов между лентами. Реактор имеет устройство подогрева для запуска его в работу. Газораспределительная трубка имеет отверстия перфорации с диаметром, меньшим критического диаметра, для предотвращения проникновения пламени внутрь газораспределительной трубки. В качестве катализатора используют армированный пористый материал, содержащий активные компоненты: родий, никель, платину, палладий, железо, кобальт, рений, рутений или их смеси.

Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа.

Недостатками этого устройства являются высокая трудоемкость изготовления армированных пористых материалов, снижение общей каталитической активности в связи с использованием армирующих материалов, высокая стоимость активных компонентов и высокая температура выходящего синтез-газа.

Изобретение решает задачу создания компактного бортового генератора - устройства осевого типа для получения синтез-газа из углеводородного газа с повышенной эффективностью.

Задача решается конструкцией устройства для получения синтез-газа осевого типа, которое содержит смесительно-распределительное пусковое устройство, погружной теплообменник с увеличенной поверхностью теплообмена, каталитический реактор, включающий один или несколько каталитических блоков, которые выполнены в виде осевых блоков из чередующихся между собой плоских и гофрированных теплопроводных металлопористых каталитических лент с наличием каналов для прохождения газовых потоков.

Гофрированные теплопроводные металлопористые каталитические ленты выполнены либо методом пористого проката из теплопроводных металлических порошков, либо из жаропрочных металлопористых носителей с последующей пропиткой каталитически активной массой.

В качестве активных компонентов каталитически активной массы используют никель, магний или кобальт, марганец, барий или их смеси.

Теплообменник может быть интегрирован с каталитическим реактором.

Устройство содержит погружной теплообменник коридорного типа с увеличенной поверхностью теплообмена. Конструкция интегрированного с каталитическим реактором погружного теплообменника с увеличенной поверхностью теплообмена предотвращает разрушение бортового генератора синтез-газа из-за наличия значительных температурных градиентов.

Внутри смесительно-распределительного пускового устройства расположена система запуска, которая состоит из распределительного конуса с тангенциальным вводом и искровой свечи или электрического нагревательного элемента.

Из устройства выходит охлажденный синтез-газ.

Новым является выполнение катализатора в виде осевого блока из чередующихся между собой плоской и гофрированной теплопроводной металлопористой каталитической ленты с образованием каналов для прохождения газовых потоков. Теплопроводная металлопористая каталитическая лента выполнена либо методом пористого проката из теплопроводных металлических порошков, либо из жаропрочных металлопористых носителей с последующей пропиткой каталитически активными элементами. Новым является также то, что устройство содержит погружной теплообменник коридорного типа с увеличенной поверхностью теплообмена.

Новым в этом устройстве является изготовление каталитического блока из освоенных промышленностью серийных технологий изготовления металлопористых материалов, низкая трудоемкость и себестоимость, увеличение общей каталитической активности в связи с использованием в качестве подложки каталитически активного в реакции парциального окисления углеводородного сырья пористого никеля, отсутствие благородных металлов. Внутри смесительно-распределительного пускового устройства расположена система запуска, которая состоит из тангенциального ввода с запальной свечой или электрического нагревательного элемента. Новым также является выполнение бортового генератора синтез-газа в виде компактного интегрированного каталитического реактора и погружного теплообменника коридорного типа с увеличенной поверхностью теплообмена. Время выхода устройства на рабочий режим составляет не более 45 с.

На Фиг.1 представлена конструкция заявляемого устройства.

На Фиг.2 представлена конструкция смесительно-распределительного пускового устройства.

Устройство содержит герметичный цилиндрический охлаждаемый корпус с расположенными в нем: смесительно-распределительном пусковым устройством 1, тангенциальным вводом 2, искровой свечой 3 или электрическим нагревательным элементом, каталитическим реактором, включающим один или несколько каталитических блоков, 4 и интегрированным погружным теплообменником коридорного типа с увеличенной поверхностью теплообмена 5. Каталитический блок (или блоки) выполнен в виде осевого блока из чередующихся между собой плоских и гофрированных теплопроводных металлопористых каталитических лент. Гофрированная теплопроводная металлопористая каталитическая лента выполнена либо методом пористого проката из теплопроводных металлических порошков, либо из жаропрочных металлопористых носителей с последующей пропиткой каталитически активной массой. В блоке от центра к периферии выполнены треугольные пазы, обеспечивающие осевое прохождение реакционной смеси. Пазы в каталитическом блоке имеют форму треугольника. Пакет каталитических блоков для обеспечения термического (теплового) контакта стягивается между двумя жесткими поддерживающими устройствами с помощью шпилек. Металлопористые теплопроводные каталитические ленты выполнены методом пористого проката, пористостью 40-50%, с последующей пропиткой каталитически активной массой. В качестве катализатора используют активные компоненты, содержащие никель, магний, кобальт, марганец, барий или их смеси.

Кольцевой зазор, образованный внутренней поверхностью корпуса и наружной цилиндрической поверхностью каталитического пакета, образует коллектор отвода синтез-газа в теплообменник. Равномерное распределение реформируемой смеси по сечению каталитического блока обеспечивается смесительно-распределительным пусковым устройством 1. Внутри смесительно-распределительного пускового устройства расположена система газового запуска, которая состоит из запальной свечи (искровой или накаливания) или электрического нагревательного элемента (ТЭНа). Смесительно-распределительное устройство выполнено в виде конуса, причем поток углеводородного газа и воздуха с помощью тангенциального ввода закручен относительно оси конуса, что обеспечивает гомогенность смеси углеводородный газ-воздух как на этапе парциального окисления, так и при пуске (разогреве) - в режиме полного окисления. Запуск реактора осуществляют прогревом каталитического блока до температуры начала реакции парциального окисления. Прогрев каталитического блока осуществляется прогревом продуктами окисления углеводородного газа, при этом воспламенение смеси углеводородный газ-воздух производится запальной свечой (искровой или накаливания). Устройство погружного теплообменника коридорного типа с увеличенной поверхностью теплообмена предотвращает разрушение конструкции бортового генератора синтез-газа в связи с наличием значительных температурных градиентов.

Конструкция предлагаемого каталитического реактора за счет использования металлопористого теплопроводного каталитического носителя, имеющего хорошую теплопроводность, обеспечивает режим, близкий к изотермическому. Номинальную производительность бортового генератора синтез-газа можно изменять за счет изменения диаметра и длины каталитического блока. Габариты каталитического блока определяются требуемой производительностью, активностью катализатора. Рекомендуемая толщина каталитической ленты - 90 мкм, ширина каталитической ленты - 54 мм, высота гофра каталитической ленты - 1,2-2 мм.

Устройство работает следующим образом.

Исходные реагенты: углеводородный газ и воздух в соотношении α=0.85-1 подаются через тангенциальный ввод 2 в смесительно-распределительное пусковое устройство 1. В смесительно-распределительном пусковом устройстве 1 происходит перемешивание газов до однородного состояния, и далее смешанный поток попадает в зону свечи 3. Смесь загорается, и продуктами сгорания (дымными газами) происходит разогрев каталитического блока. При нагреве каталитического блока до температуры начала парциального окисления (500-600°С) изменяется соотношение углеводородный газ и воздух до α≈0.25-0.3. Данная смесь, проходя через каталитический блок, подвергается частичному окислению с выходом синтез-газа, содержащего до 33% водорода и до 16-17% оксида углерода, при использовании в качестве углеводородного газа природного газа. Далее горячий синтез-газ поступает в интегрированный теплообменник, где с помощью тосола температура синтез-газа снижается с 750°С до 150°С.

Предлагаемое устройство позволяет конвертировать часть топлива в синтез-газ на борту транспортного средства. Добавка синтез-газа к основному топливу позволяет в условиях городского цикла снизить расход топлива на 20-25% при холостом ходе и достичь норм Евро-4 без установки каталитического нейтрализатора. Также позволяет снизить эксплуатационный расход топлива и обеспечить значительное снижение токсичных выбросов в выхлопных газах двигателя, в том числе и CO2, создающего парниковый эффект.

1. Бортовой генератор для получения синтез-газа осевого типа, содержащий смесительно-распределительное пусковое устройство, теплообменник и каталитический реактор, включающий один или несколько каталитических блоков, отличающийся тем, что каталитический блок выполнен в виде осевых блоков из чередующихся между собой плоских и гофрированных теплопроводных металлопористых каталитических лент с наличием каналов для прохождения газовых потоков и содержит погружной теплообменник коридорного типа, теплообменник интегрирован с каталитическим реактором.

2. Бортовой генератор по п.1, отличающийся тем, что гофрированная теплопроводная металлопористая каталитическая лента выполнена либо методом пористого проката из теплопроводных металлических порошков, либо из жаропрочных металлопористых носителей с последующей пропиткой каталитически активной массой.

3. Бортовой генератор по п.2, отличающийся тем, что в качестве активных компонентов каталитически активной массы используют никель, магний, кобальт, марганец, барий или их смеси.

4. Бортовой генератор по п.1, отличающийся тем, что внутри смесительно-распределительного пускового устройства расположена система запуска.

5. Бортовой генератор по п.4, отличающийся тем, что система запуска состоит из распределительного конуса с тангенциальным вводом и искровой свечой или электрическим нагревательным элементом.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к способу получения водорода с использованием катализаторов. .

Изобретение относится к композициям, необратимо аккумулирующим газообразный водород, и может быть использована, например, для улавливания водорода, освобождаемого при радиолизе в блоках радиоактивных отходов.
Изобретение относится к способу приготовления катализаторов для среднетемпературной конверсии оксида углерода водяным паром, может быть использовано в промышленности при получении азотоводородной смеси для синтеза аммиака.

Изобретение относится к области глубокого окисления метана и может применяться в каталитических источниках тепла, работающих на природном газе, и в нейтрализаторах отработавших газов.

Изобретение относится к области глубокого окисления метана и может применяться в каталитических источниках тепла, работающих на природном газе, и в нейтрализаторах отработавших газов.

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для получения водорода. .

Изобретение относится к получению синтез-газа в способе получения керосина и газойля из природного газа. .
Изобретение относится к области метеорологии, а именно к получению водорода, предназначенного для наполнения оболочек для проведения радиозондовых измерений различных параметров атмосферы.

Изобретение относится к устройству и картриджу для хранения сжатого газообразного водорода. .

Изобретение относится к способу получения алкилбензина путем алкилирования изобутана олефинами в каталитическом реакторе при повышенной температуре и давлении, в котором изобутан подают в верхнюю секцию реактора и последовательно пропускают через все секции с катализатором, а олефинсодержащее сырье распределяют на несколько потоков, число которых равно числу секций катализатора, и подают одновременно в секции с катализатором параллельными потоками для проведения реакции алкилирования, углеводородный поток, содержащий непрореагировавший изобутан и продукты реакции, разделяют на два потока: паровой, полученный путем испарения изобутана, который затем конденсируют и направляют на рецикл, и жидкостной, представляющий собой продукты реакции, который выводят из реакционной системы или частично направляют на рецикл.

Изобретение относится к способу гетерогенно катализируемого частичного дегидрирования углеводорода. .

Изобретение относится к усовершенствованным способам получения акролеина, акриловой кислоты, метакролеина или метакриловой кислоты в качестве целевого продукта a) гетерогенно катализируемым парофазным частичным окислением по меньшей мере одного исходного органического соединения, выбранного из пропилена, пропана, изобутилена, изобутана, акролеина или метакролеина, молекулярным кислородом по меньшей мере в двух параллельно функционирующих системах реакторов окисления с загруженными в них катализаторами, приводящим к образованию по меньшей мере двух потоков получаемого газа, соответственно содержащих целевое соединение и соответственно образующихся в одной из по меньшей мере двух систем реакторов окисления, и b) последующим выделением целевого продукта по меньшей мере из двух потоков получаемого газа с образованием по меньшей мере одного потока сырого целевого продукта, в соответствии с которым c) перед выделением - по меньшей мере два из по меньшей мере двух потоков получаемого газа смешивают друг с другом в смешанный поток, причем в случае происходящего по мере эксплуатации изменения селективности образования целевого продукта и/или побочных продуктов, не во всех, по меньшей мере двух параллельно функционирующих систем реакторов окисления, в которых образовались содержащиеся в смешанном потоке целевые продукты, параллельно заменяют свежим катализатором все количество или частичное количество катализатора.

Изобретение относится к вариантам способа получения бисфенола А, один из которых включает стадию удаления свободной кислоты с использованием смолы, выбранной из сильнокислотной ионообменной смолы, сильноосновной ионообменной смолы, слабоосновной ионообменной смолы и их смеси, на следующей стадии (D), для того чтобы удалить свободную кислоту, содержащуюся в маточной жидкости или изомеризованной жидкости, причем способ получения бисфенола А включает: стадию реакции конденсации (А), на которой избыточное количество фенола реагирует с ацетоном в присутствии кислотного катализатора; стадию концентрирования (В), на которой концентрируют реакционную смесь, полученную на стадии (А); стадию кристаллизации и разделения твердой и жидкой фаз (С), на которой кристаллизуют аддукт бисфенола А и фенола, охлаждая сконцентрированную реакционную смесь, полученную на стадии (В), и отделяют этот аддукт от маточной жидкости; стадию изомеризации (D), на которой изомеризуют всю маточную жидкость, полученную на стадии (С), с помощью катализатора изомеризации и возвращают полученную в результате изомеризованную жидкость на стадию (А) и/или стадию (В); стадию разложения аддукта (F), на которой получают расплав бисфенола А, удаляя фенол из аддукта бисфенола А и фенола, полученного на стадии (С); и стадию гранулирования (G), на которой получают гранулированный продукт, гранулируя расплав бисфенола А, полученный на стадии (F).

Изобретение относится к аппаратам для проведения тепло- и массообменных процессов, в частности для проведения газожидкостных реакций в каналах катализатора. .

Изобретение относится к способу получения средних дистиллятов из парафинового сырья, полученного синтезом Фишера-Тропша, включающий до стадии гидрокрекинга/гидроизомеризации стадию гидроочистки и очистки и/или удаления загрязнений прохождением через по меньшей мере один многофункциональный защитный слой, причем защитный слой содержит по меньшей мере один катализатор, пропитанный активной гидрирующей-дегидрирующей фазой и имеющий следующие характеристики: определенный по ртути объем макропор со средним диаметром 50 нм составляет более 0,1 см3/г, полный объем превышает 0,60 см3/г.

Изобретение относится к области тарелок распределительных устройств, предназначенных для питания газом и жидкостью химических реакторов, функционирующих с использованием совместных нисходящих потоков газа и жидкости.

Изобретение относится к многостадийному способу для производства углеводородных продуктов из сингаза, каждая стадия способа включает следующие этапы: 1) обеспечение одного или больше реакторов конверсии сингаза, в которых сингаз частично превращается в углеводородные продукты в условиях конверсии, 2) каждый реактор конверсии имеет систему входящего потока сингаза, каковая система объединяет два или более входящих потока сингаза и каковая система поставляет объединенный сингаз в реактор конверсии сингаза, при этом система входящего сингаза объединяет А) по меньшей мере, один входящий поток сингаза, являющийся потоком сингаза, полученного в процессе неполного окисления и имеющего отношение Н2 /СО между 1,6 и 2,0 для первой стадии или В) выходящий поток сингаза из предыдущей стадии, отношение Н2/СО выходящего потока сингаза находится между 0,2 и 0,9, вместе с риформинговым сингазом, имеющим отношение Н2/СО, по меньшей мере, 3,0, для всех стадий, кроме первой стадии, с другим потоком сингаза, являющимся возвратным потоком из реактора конверсии, имеющим отношение H2/CO между 0,2 и 0,9, при этом объединенный сингаз имеет отношение Н2/СО между 1,0 и 1,6, и 3) обеспечение системы выходящего потока сингаза, которая выпускает выходящий поток сингаза из реактора, отношение Н2/СО выходящего потока сингаза находится между 0,2 и 0,9, выходящий поток частично используют как возвратный поток в систему входящего сингаза, как упомянуто выше, и в случае, если существует следующая стадия в способе, используют как подаваемый материал для следующей стадии.

Изобретение относится к способу и/или системе для алкилирования олефина изопарафином, использующей кислотную каталитическую смесь. .

Изобретение относится к усовершенствованному способу фторирования, в котором осуществляют контактирование потока фторируемого органического соединения с потоком элементного фтора с образованием HF или другого водородсодержащего соединения в качестве побочного продукта, где потоки исходных реагентов попадают в реакционную зону реактора фторирования, которая заполнена стехиометрическим избытком фторид-адсорбирующей композиции по отношению к мольным количествам фторируемого органического соединения и элементного фтора
Наверх