Способ получения горючего газа, обогащенного водородом



Способ получения горючего газа, обогащенного водородом
Способ получения горючего газа, обогащенного водородом

 


Владельцы патента RU 2462503:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к области химии. Получение горючего газа, обогащенного водородом, осуществляют путем нагревания углеродсодержащего вещества с оксидами железа в соотношении 10:(2,5-3,5) в реакторе без доступа кислорода до температуры 350-500°С. Затем подают перегретый пар с той же температурой и получают горючий газ с концентрацией водорода 40-90% в зависимости от исходного сырья. В качестве углеродсодержащего вещества используют антрацит или полукокс торфа, или полукокс древесины. Изобретение позволяет увеличить выход водорода в горючем газе. 2 ил., 5 пр.

 

Изобретение относится к способам получения горючего газа, обогащенного водородом, из твердых углеродсодержащих веществ и может использоваться в теплоэнергетике и химической промышленности.

Известен способ получения газообразного топлива из древесного сырья (патент РФ №2238962, МПК C10L 3/00, C10J 3/02, C10J 3/14, опубл. 27.10.2004). Получение газообразного топлива ведут путем газификации древесного сырья при температуре 900-1100°С водяным паром, при нагреве древесины в течение 9-35 минут и расходе водяного пара не менее 0,7 кг на 1 кг абсолютно сухой древесины. Способ позволяет получить горючий газ с теплотворной способностью 11-12 МДж/м3 и энерговыходом не менее 80% от теплотворной способности исходной древесины.

Недостатки данного способа - использование высоких температур, невысокая теплотворная способность газа.

Известен способ получения газа из торфа (патент РФ №2185418, МПК C10J 3/00, C10J 3/02, B01J 23/44, опубл. 20.07.2002). Способ получения торфяного газа включает нагрев торфа с последующей подачей в зону нагрева паровоздушного или паровоздушного дутья по достижении температуры 180-220°С, причем нагрев осуществляют в присутствии палладиевого катализатора на твердом носителе в виде гранул с размером 3-4 мм. В качестве носителя катализатора используют оксид алюминия.

Недостатками данного способа являются использование дорогостоящего палладиевого катализатора, применение паровоздушного дутья, снижающего теплотворную способность газа.

Наиболее близким, принятым за прототип, является способ получения газа из твердого топлива (патент РФ №2321617, МПК C10J 3/54, опубл. 10.04.2008), в котором нагрев топлива производят до температуры не более 150°С в присутствии катализатора оксида металла, а дутье осуществляют перегретым паром с температурой 150-400°С. При этом в качестве твердого топлива используют торф, уголь или древесину, а в качестве катализатора - оксиды железа и алюминия.

Недостатком способа является низкая концентрация водорода в полученном газе.

Задачей изобретения является увеличение выхода водорода в горючем газе. Поставленная задача решена следующим образом. Осуществляют нагрев углеродсодержащего вещества в присутствии катализатора - оксидов железа, в соотношении 10:(2,5-3,5) с последующей подачей перегретого пара. Нагрев углеродсодержащего вещества ведут в реакторе без доступа кислорода до температуры 350-500°С, подачу перегретого пара осуществляют с той же температурой. В качестве углеродсодержащего вещества используют антрацит или полукокс торфа, или полукокс древесины. Получение водорода происходит по основной реакции:

С+Н2O=СО+Н2,

где С - углерод газифицируемого углеродсодержащего вещества (антрацита или полукокса торфа, или полукокса древесины), Н2О - перегретый пар с температурой 350-500°С. В результате взаимодействия пара с присадкой оксида железа происходят окислительные реакции (вторичные):

Fe+Н2O→FeО+Н2,

3FeO+Н2O→Fe3О42.

Регенерация оксидов железа протекает по реакциям:

3Fe2O3+CO→2Fe3О4+CO2,

Fe3O4+CO→3FeО+CO2,

FeO+CO→Fe+CO2.

Таким образом, образование водорода протекает по основной реакции и вторичной реакциям, при этом образуется балласт в виде СО, которой идет на регенерацию железа.

Верхний предел температуры термической обработки выбран из соображения использования в технологическом процессе реакторов для нагрева углеродсодержащего вещества, пароперегревателей, трубопроводов пара из дешевых углеродистых сталей, не способных работать при температурах выше 500°С.

Для пояснения способа получения водорода из углеродсодержащего вещества приведены чертежи:

На фиг.1 приведена установка по получению горючего газа, обогащенного водородом.

Установка состоит из реактора 1, помещенного в печь 2. В реакторе установлена термопара 3 для измерения температуры углеродсодержащего вещества, помещенного в реактор, а также трубка для ввода пара 4 из парогенератора 5. Реактор с помощью термостойкого шланга 6 соединен с газоанализатором 7.

Работа установки осуществляется следующим образом.

Углеродсодержащее вещество помещают в реактор 1, где с помощью печи 2 нагревают без доступа кислорода до 350-500°С, температуру регистрируют с помощью термопары 3. Затем через трубку для ввода пара 4 подают из парогенератора 5 перегретый пар с температурой 350-500°С. Полученный горючий газ, обогащенный водородом, через термостойкий шланг 6 поступает в газоанализатор 7.

На фиг.2 изображена зависимость выхода водорода в полученном горючем газе от концентрации оксидов железа в углеродсодержащем веществе: 1 - соотношение оксидов железа и антрацита (10:10); 2 - соотношение оксидов железа и антрацита (10:3,5); 3 - соотношение оксидов железа и антрацита (10:2,5); 4 - соотношение оксидов железа и антрацита (10:2,2); 5 - соотношение оксидов железа и антрацита (10:2). Из полученных зависимостей на фиг.2 видно, что оптимальное отношение оксидов железа к антрациту лежит в интервале 0,25-0,35.

Способ получения горючего газа, обогащенного водородом, из углеродсодержащего вещества поясняется на следующих примерах.

Пример 1.

В реактор 1, помещенный в печь 2, загружают углеродсодержащее вещество

- антрацит с оксидами железа в соотношении 10:3. Производят нагрев реактора без доступа кислорода, регистрируя температуру термопарой 3. При достижении температуры антрацитом 400°С через трубку для ввода пара 4 подают из парогенератора 5 перегретый пар с температурой 400°С. Горючий газ, выходящий из реактора, через термостойкий шланг 6 поступает в газоанализатор 7. Концентрация водорода в полученном горючем газе составляет 90%, теплотворная способность горючего газа равна 10 МДж/м3.

Пример 2.

В реактор 1, помещенный в печь 2, загружают углеродсодержащее вещество - полукокс торфа с оксидами железа в соотношении 10:3,5. Производят нагрев реактора без доступа кислорода, регистрируя температуру термопарой 3. При достижении температуры полукоксом торфа 400°С через трубку для ввода пара 4 подают из парогенератора 5 перегретый пар с температурой 400°С. Горючий газ, выходящий из реактора, через термостойкий шланг 6 поступает в газоанализатор 7. Концентрация водорода в полученном горючем газе составляет 40%, теплотворная способность горючего газа равна 11 МДж/м3.

Пример 3.

В реактор 1, помещенный в печь 2, загружают углеродсодержащее вещество - полукокс древесины с оксидами железа в соотношении 10:2,5. Производят нагрев реактора без доступа кислорода, регистрируя температуру термопарой 3. При достижении температуры полукоксом древесины 400°С через трубку для ввода пара 4 подают из парогенератора 5 перегретый пар с температурой 400°С. Горючий газ, выходящий из реактора, через термостойкий шланг 6 поступает в газоанализатор 7. Концентрация водорода в полученном горючем газе составляет 45%, теплотворная способность горючего газа равна 23 МДж/м3.

Пример 4.

В реактор 1, помещенный в печь 2, загружают углеродсодержащее вещество - антрацит с оксидами железа в соотношении 10:3. Производят нагрев реактора без доступа кислорода, регистрируя температуру термопарой 3. При достижении температуры антрацитом 350°С через трубку для ввода пара 4 подают из парогенератора 5 перегретый пар с температурой 350°С. Горючий газ, выходящий из реактора, через термостойкий шланг 6 поступает в газоанализатор 7. Концентрация водорода в полученном горючем газе составляет 45%.

Пример 5.

В реактор 1, помещенный в печь 2, загружают углеродсодержащее вещество - антрацит с оксидами железа в соотношении 10:3. Производят нагрев реактора без доступа кислорода, регистрируя температуру термопарой 3. При достижении температуры антрацитом 300°С через трубку для ввода пара 4 подают из парогенератора 5 перегретый пар с температурой 300°С. Горючий газ, выходящий из реактора, через термостойкий шланг 6 поступает в газоанализатор 7. Концентрация водорода в полученном горючем газе составляет 20%, таким образом можно сделать вывод о нецелесообразности нагрева до температур ниже 350°С из-за малого выхода водорода.

Способ позволяет получить горючий газ с содержанием водорода 40-90% в зависимости от исходного сырья.

Способ получения горючего газа, обогащенного водородом, включающий нагревание углеродсодержащего вещества с оксидами железа, подачу перегретого пара, отличающийся тем, что нагревают углеродсодержащее вещество с оксидами железа в соотношении 10:(2,5-3,5) в реакторе без доступа кислорода до температуры 350-500°С, подают перегретый пар с той же температурой и получают горючий газ с концентрацией водорода 40-90% в зависимости от исходного сырья, причем в качестве углеродсодержащего вещества используют антрацит, или полукокс торфа, или полукокс древесины.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области производства среднетемпературного кокса металлургического назначения и к области производства синтез-газа для последующего его использования в химической промышленности или энергетике.

Изобретение относится к торфоперерабатывающей промышленности и может быть использовано в малой энергетике и жилищно-коммунальном хозяйстве. .

Изобретение относится к области получения газообразного топлива из древесного сырья и может быть использовано для получения тепла, электроэнергии и жидкого топлива.

Изобретение относится к области экологически чистой термохимической переработки вторичных древесных и растительных ресурсов, в частности древесного опила или торфа в энергетических установках для получения карбидной нефти и высококалорийного газа.

Изобретение относится к области термической переработки измельченных древесных отходов или брикетированного торфа в экологически чистых газогенераторных установках с паровоздушным дутьем в лесном, торфяном, сельском и др.

Изобретение относится к торфоперерабатывающей промышленности, а именно к термохимическому получению газа из торфа. .

Изобретение относится к малогабаритным установкам для получения из твердых топлив газа, пригодного для сжигания в бытовых устройствах, в том числе, и для отопления помещения.

Изобретение относится к способу производства газа, пригодного для выработки энергии из угля. .

Изобретение относится к способу и к системам, в которых скомпонованы процесс газификации угля с процессом прямого производства железа на основе угля

Изобретение относится к способу дозированного извлечения от мелко- до крупнозернистого твердого вещества или смеси твердых веществ из накопительного бункера с устройством для образования псевдоожиженного слоя в области выгрузки или же в дозировочной камере дозирующего бункера, а также к соответствующему устройству для осуществления способа

Изобретение относится к горному делу и может быть применено в подземной газификации бурого угля в тонких и средней мощности пластах. Способ включает осушение угольного пласта, нагнетание в реакционный канал окислителя по вертикальным дутьевым скважинам, отсос из него продуктов газификации через газоотводящие скважины и минимизацию давления в реакционном канале. При этом дополнительно бурят две вертикальные скважины до почвы угольного пласта и соединенные с ними две вертикальные скважины длиной 100-140 м на границах отрабатываемого участка газифицируемого угольного пласта на расстоянии 50-60 м друг от друга, а также нагнетательные скважины по центру данного участка пласта с шагом 15-20 м. В качестве окислителя используют атмосферный воздух с добавкой парокислородной смеси в количестве 20000-50000 м3/ч, поддерживают температуру огневого забоя на уровне 550-700°С, а управляют огневым забоем последовательным переключением на нагнетательную скважину, к которой подходит огневой забой, а также путем изменения количества нагнетаемого окислителя. Технический результат заключается в обеспечении устойчивого горения в огневом забое фильтрационного канала и повышении калорийности энергетического газа при подземной газификации тонких и средней мощности пластов бурого угля. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области переработки твердых бытовых и промышленных отходов с получением в качестве конечного продукта синтез-газа. Способ разрушения углеродо- и азотосодержащего сырья включает подачу углеродо- и азотосодержащего сырья в цилиндрический корпус, нагревание его, создание разрежения во внутренней полости корпуса, вывод газа и выгрузку зольного остатка. Внутреннюю полость корпуса предварительно прогревают перед подачей сырья в канал загрузки, поступающее непрерывно из канала загрузки сырье перемещают с помощью шнека и последовательно направляют в камеру начального разложения, нагревая до температуры 120-340°C с давлением 600-500 КПа, образовавшуюся влагу и первичный пиролизный газ отводят через газоотводную сетку в камеру дожига, подавая в нее дозировано кислород в составе воздуха до получения оксидов CO, NO, далее сырье подвергают разрушению сначала в первой зоне при температуре 340-1000°C и давлении 600-700 КПа, а затем во второй зоне при температуре 1700°C и давлении 900-700 КПа, при этом разрежение в зонах регулируют изменением разрежения в трубках контура разрежения, принадлежащих соответствующей зоне, кислород в составе воздуха в ствол корпуса подают через окно зольного канала. Изобретение позволяет увеличить степень разрушения сырья. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу непрерывного получения синтез-газа непосредственной газификацией углеродных фракций, содержащихся в нефтеносных песках и/или нефтеносных сланцах, в вертикальной технологической камере (2) с зоной кальцинирования и зоной окисления, где кальцинированные фракции, богатые углеродом, окисляются содержащим кислород газом. Газообразные продукты реакции отбирают в верхней части вертикальной технологической камеры (2), которая выполнена в форме вертикальной шахтной печи, через которую сыпучий материал, который сам по себе не окисляется, проходит непрерывно сверху вниз. Содержащий кислород газ (10) вводят, по меньшей мере, частично ниже зоны окисления, таким образом продвигая возрастающий газовый поток. Сыпучий материал снабжен, по меньшей мере, частично компонентом натуральной инертной горной породы нефтеносных песков и/или нефтеносного сланца. Добавление щелочных веществ преобразует при восстановительных условиях газообразные серосодержащие соединения, которые были получены при температурах свыше 400°C из компонентов нефтеносных песков и/или нефтеносного сланца, путем химической реакции в твердые серосодержащие соединения, которые, по меньшей мере, частично отводятся с газообразными продуктами реакции и при температурах выше 300°C удаляются из газовой фазы посредством отделения мелкозернистых материалов. Способ является подходящим с экологической точки зрения и энергосберегающим, при этом не создает больших количеств загрязненных остатков. 17 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к реакторам плазменной газификации или витрификации материалов, которые имеют реакционные слои из углеродсодержащего материала, способу формирования и поддержания углеродсодержащего слоя и исходному материалу для формирования углеродсодержащего изделия для использования среди частиц углеродсодержащего слоя. Реактор содержит реакционный сосуд, содержащий углеродсодержащий слой и имеющий одну или несколько плазменных горелок для создания повышенной температуры внутри слоя, реакционный сосуд, имеющий одно или несколько впускных отверстий для загружаемого материала над слоем для закладки перерабатываемого материала снаружи сосуда на слой, одно или несколько газоотводящих отверстий над слоем для выхода газообразных продуктов из сосуда и одно или несколько отверстий для шлака на дне слоя для выхода расплавленного шлака и металлов из сосуда, и углеродсодержащий слой, содержащий массу частиц, которые содержат углерод и имеют различный размер и форму, оставляющие пустоты между частицами, и с прочностью частиц, достаточной для сохранения пустот между частицами под давлением перерабатываемого материала на слой, и масса частиц, содержащих углерод, имеет по меньшей мере 25% содержания углерода в частицах, отличных от кокса, выбранных из группы, состоящей из деревянных брусков из природной древесины, блоков, содержащих углеродсодержащую пыль и одно или несколько связующих веществ, и их смесей. Способ формирования и поддержания углеродсодержащего слоя с компонентами, заменяющими кокс, включает формирование некоторого числа некоксовых компонентов, формирование первоначального углеродсодержащего слоя количеством частиц кокса, осуществление процесса пиролиза с углеродсодержащим слоем и восполнение углеродного материала в процессе пиролиза. Изобретение обеспечивает минимизацию использования кокса. 5 н. и 26 з.п. ф-лы, 3 табл., 9 ил.

Изобретение относится к химической промышленности и охране окружающей среды. Способ включает предварительную обработку и хранение биомассы, газификацию биомассы в газификаторе, охлаждение, промывку и удаление пыли из сырого газа газификации, хранение свежего газа. В газификаторе используют внешний источник тепла и регулируют температуру реакции в интервале 1300-1750°С. Полученный в газификаторе сырой синтез-газ вводят в башенный охладитель и двухстадийный бойлер-утилизатор отходящего тепла. Охлажденный сырой газ подвергают обработке с помощью промывки и электроосаждения. Полученный свежий газ сохраняют в газгольдере. Изобретение позволяет улучшить качество сырого газа. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к газификатору биомассы с неподвижным слоем на основе микроволновой плазмы и способу газификации биомассы и твердых отходов в синтез-газ высокого качества. Газификатор содержит вертикально расположенный корпус, блок мониторинга и устройство генерации микроволновой плазмы. На корпусе газификатора обеспечены впуск для материала и топлива, выпуск для полученного газа, впуск для кислорода/пара и выпуск для шлака в нижней его части. Корпус газификатора содержит свободную зону в своей верхней части и зону неподвижного слоя в своей нижней части. Блок мониторинга расположен вблизи выпуска для синтез-газа. Устройство генерации микроволновой плазмы расположено на корпусе газификатора. При осуществлении способа газификации подают биомассу в газификатор через питающее устройство, газифицируют ее в зоне с неподвижным слоем, давая высокотемпературный топочный газ, позволяют топочному газу течь вверх для теплообмена с новоподаваемой биомассой в зоне подачи газификатора и реагировать с паром, распыляемым из нижней форсунки кислорода/пара и с плазменным окислителем, генерируемым первым микроволновым генератором плазмы, с получением синтез-газа, позволяют синтез-газу течь вверх в свободную зону, где смолу в синтез-газе крекируют, а углеводороды в синтез-газе превращают в присутствии плазмы, генерируемой вторым микроволновым генератором плазмы, позволяют коксовым остаткам падать вниз в зону неподвижного слоя и выделять тепловую энергию для поддержания температуры зоны неподвижного слоя, а также выпускают шлаки из выпуска для шлаков и осуществляют мониторинг температуры и компонентов синтез-газа, чтобы поддерживать параметры процесса в заданном интервале. Изобретение обеспечивает газификацию с высокой эффективностью и экономичностью. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх