Способ микроволновый конверсии метан-водяной смеси в синтез-газ


 


Владельцы патента RU 2513622:

Общество с ограниченной ответственностью "Плазма-про" (RU)

Изобретение относится к области химии. Метан-водяную смесь разделяют на два потока. Один поток газа направляют в устройство для подачи воды, смешивают с водным аэрозолем, затем соединяют с другим потоком и подают смесь на вход в центральный электрод микроволнового плазматрона, осуществляя регулирование расхода потоков. В струе метан-водяной смеси формируют микроволновый плазменный факел. Изобретение позволяет упростить процесс. 1 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для генерации микроволновых плазменных факелов с целью углекислотной и паровой и комбинированной конверсии метана в синтез-газ.

Известен способ паровой конверсии, который включает контактирование исходного сырья в смеси с водяным паром с двухслойным катализатором. В каждом слое подобраны составы специализированных катализаторов и условия проведения процесса. Способ позволяет увеличить производительность процесса, снизить коксоотложения и использовать тяжелое сырье, содержащее ароматические углеводороды (RU 93033867 А1, 20.10.1995).

Недостатком известного способа являются сложность производства.

Техническим результатом предложенного решения является возможность получения водородсодержащего газа из смеси метана с углекислым газом и водяным аэрозолем с помощью простого в изготовлении и не включающего дорогостоящих механических и электронных устройств. Данный способ подачи воды в плазму позволяет отказаться от прогрева внутреннего электрода микроволнового факела.

Технический результат достигается тем, что способ конверсии углеводородно-водяной смеси в синтез-газ осуществляется тем, что рабочий газ разделяют на два потока, при этом один поток газа направляют в устройство для подачи воды, смешивают с водным аэрозолем, затем соединяют с другим потоком и подают смесь на вход в центральный электрод микроволнового плазматрона с формированием в струе углеводородно-водяной смеси микроволнового плазменного факела, при этом осуществляют регулирование расхода обоих потоков рабочего газа, обеспечивая необходимые параметры конечного продукта.

На чертеже представлено устройство, реализующее предложенный способ.

Паровая конверсия метана в синтез-газ по реакции

СН4+H2O→3H2+СО

привлекательна тем, что отличается наибольшим удельным выходом продукта и наибольшим выходом водорода. Однако проведение этой сильно эндоэргической реакции требует большой затраты энергии как для нагрева реакционной зоны, так и парообразования и нагрева паропровода для ввода пара в реактор. Кроме того, это вызывает большие технические трудности.

Предлагаемый способ проведения конверсии не требует предварительного парообразования и его транспортировки, на что идет основная подводимая энергия. Причем основная энергия непроизводительно (бесполезно) идет на нагрев стенок реактора, парообразователя и паропровода. Настоящий метод отличается тем, что вода в виде аэрозоля, генерируемого небулайзером, поступает вместе с рабочим газом в реактор в жидкой фазе. Нагрев же и испарение воды непосредственно в реакторе требует несравнимо меньшей энергии.

В качестве рабочего газа может использоваться не только метан, но и различные смеси газов. Например, при добавлении к метану углекислого газа реализуется углекислотная, паровая и комбинированная конверсии метана в синтез-газ.

Способ конверсии метан-водяной смеси в синтез-газ осуществляется тем, что рабочий газ разделяют на два потока, при этом один поток газа направляют в устройство для подачи воды, смешивают с водным аэрозолем, затем соединяют с другим потоком и подают смесь на вход в центральный электрод микроволнового плазматрона с формированием в струе метан-водяной смеси микроволнового плазменного факела, при этом осуществляют регулирование расхода обоих потоков рабочего газа, обеспечивая необходимые параметры конечного продукта. Регулирование потоков осуществляют с помощью установки соответствующих регулирующих устройств (на чертеже не показано).

Представляемый способ использует устройство для генерации микроволновых плазменных факелов, поскольку энерговклад в микроволновый разряд наиболее эффективен с экономической точки зрения, поскольку реакционная зона оторвана от стенок реактора.

Устройство содержит прямоугольный резонатор 1, коаксиальный резонатор внешнего электрода 2, продолжение внешнего электрода коаксиального волновода сетку 3, рабочую камеру 4, смотровые окна 5, плазму микроволнового разряда 6, магнетрон 7, устройство подачи воды 8 (небулайзер ультразвукового или компрессорного типа).

На чертеже приведен вариант устройства, в котором используется магнетрон 7 с частотой микроволнового излучения 2.45 ГГц, средней мощностью Р=600 - 1500 Вт.

Плазмотрон работает следующим образом. Газ подается через центральный

электрод. На входе центрального электрода находится система подачи воды, при этом часть рабочего газа подается напрямую в центральный электрод, а часть газа проходит через небулайзер (8) и в виде водного аэрозоля поступает в центральный электрод. При включении системы питания магнетрона 7 на выходе сопла получают плазменный факел 6.

После запуска магнетрона 7 микроволновое излучение начинает накапливаться в системе прямоугольный резонатор 1 - коаксиальный тракт. По мере работы магнетрона и накопления микроволновой энергии напряженность поля на конце сопла возрастает и, в некоторый момент времени, достигает пробойной величины. При этом на конце сопла в струе рабочего газа образуется пробой и формируется область газоразрядной плазмы. Эта плазма в силу своей высокой проводимости фактически становится продолжением внутреннего электрода коаксиальной линии, и электромагнитная волна теперь может распространяться дальше по коаксиалу, до конца области, занятой плазмой, где вновь обеспечиваются пробойные условия для прилегающей области. Таким образом, в струе рабочего газа формируется плазменный факел, длина которого может достигать десятков сантиметров. Поскольку даже при не очень мощных магнетронах напряженность электрического поля на конце сопла за счет накопления микроволновой энергии в коаксиальном резонаторе может достигать значительной величины, возможна работа устройства в широком спектре газов и их смесей.

Способ конверсии метан-водяной смеси в синтез-газ, характеризующийся тем, что рабочий газ разделяют на два потока, при этом один поток газа направляют в устройство для подачи воды, смешивают с водным аэрозолем, затем соединяют с другим потоком и подают смесь на вход в центральный электрод микроволнового плазматрона, осуществляя регулирование расхода потоков, причем в струе метан-водяной смеси формируют микроволновый плазменный факел.



 

Похожие патенты:

Способ получения синтез-газа для производства аммиака, в котором сырьевой природный газ конвертируют в установке первичной конверсии и в установке вторичной конверсии при давлении по меньшей мере 35 бар; продуктовый синтез-газ на выходе из установки вторичной конверсии охлаждают и подвергают каталитической среднетемпературной конверсии, превращая СО в СО2 и Н2, и ниже по потоку от реактора среднетемпературной конверсии из синтез-газа удаляют диоксид углерода с помощью физической абсорбции.

Изобретение относится к водородной энергетике и может быть использовано для получения водорода. Устройство содержит нижнюю реакционную камеру (1) с гидрореакционной гетерогенной композицией, состоящей из алюминиевой пудры (2) и воды (12), верхнюю камеру (3), сочлененную с нижней камерой (1), которую через заливочное окно (6) заполняют водным раствором кристаллогидрата метасиликата натрия (5).

Изобретение относится к области химии. Горячий водород, образующийся в результате реакции термохимического окисления алюминия водой, пропускают через слой пленки сверхвысокомолекулярного полиэтилена при давлении 1 атм.

Настоящее изобретение относится к системе и способу производства химической потенциальной энергии и может быть использовано в производстве эффективного топлива, которое можно было бы использовать в чистых энергетических процессах, при которых не образуются и не выделяются парниковые газы и другие загрязнители окружающей среды.

Изобретение относится к области химии. Способ получения водорода включает получение синтез-газа в установке парового риформинга углеводородной загрузки, паровую конверсию полученного синтез-газа с получением потока водорода, содержащего метан и диоксид углерода, улавливание диоксида углерода, присутствующего в потоке, улавливание и возврат на паровой риформинг метана, CO и CO2, присутствующих в потоке водорода.

Изобретение относится к области химии. Согласно первому варианту для получения водорода железные стержни изолируют от стенок реактора 1 и подают на них высоковольтный потенциал от трансформатора Тесла 14.

Изобретение относится к способу и установке для получения синтез-газа (S) из твердых частиц (C) углерода, причем указанные частицы (C) углерода получают посредством пиролиза, газификация частиц (C) углерода происходит в результате непрямого нагрева частиц (C) углерода в присутствии технологического газа (P) в том же самом пространстве реактора, где находятся частицы (C) углерода, при этом непрямой нагрев осуществляют с помощью теплового излучения от горелок (Br1-Brn), расположенных в реакторе (1), а синтез-газ (S), образовавшийся во время газификации, выпускают из указанного пространства.

Изобретение может быть использовано для систем подъема затонувших объектов, в средствах дистанционного экстренного перекрытия нефте- и газопроводов, в средствах выброса и распыления специальных жидкостей при нейтрализации аварийных выделений газов и веществ на производствах, приведения в действие различных пневматических устройств, для средств пожаротушения.

Настоящее изобретение относится к получению водородсодержащего газа и может быть использовано в промышленности при переработке отходящих продуктов процесса Фишера-Тропша в присутствии пористой мембранно-каталитической системы.

Изобретение относится к технологиям малотоннажной утилизации непромышленных газов в газовой промышленности. Изобретение касается малотоннажной установки по утилизации ресурсов малых месторождений природного газа, состоящей из последовательно соединенных очистительного модуля, теплообменника предварительного нагрева, теплообменника-рекуператора для тепловой обработки сырья, реактора плазмохимического синтеза для образования водородно-сажевой смеси, теплообменника-рекуператора для закалки, теплообменника-охладителя для охлаждения смеси, циклона для выделения и подачи в рукавный фильтр для сбора с последующей подачей в гранулятор и конденсатор, гранулятора для гранулирования частиц сажи при увлажнении водой из конденсатора и последующей подачи в сушильный барабан, конденсатора для подачи воды в гранулятор и конденсации воды с подачей водородной смеси в компрессор, сушильного барабана для осушки и выделения, компрессора для сжатия водорода и подачи в мембранный блок для обогащения и последующего выделения.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению наночастиц металлов. Предварительно подготовленную суспензию зародышевых наночастиц металла вводят в ростовую среду, содержащую водный раствор соединения металла концентрацией 10-5-10-3 М, восстанавливающий агент концентрацией 10-5-10-2 М, стабилизирующий агент концентрацией 10-3-1,0 М и термочувствительный агент концентрацией 0,1-10 мас.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к аппаратам для проведения физико-химических процессов в движущемся слое катализатора, и может быть использовано в химической, пищевой, фармацевтической, строительной отраслях промышленности при измельчении и смешивании компонентов конечного продукта.

Изобретение относится к системе, использующей тепловую энергию солнечного происхождения совместно с микроволнами и плазмами для получения, главным образом, моноксида углерода (СО) и водорода (Н2) из углеродных соединений (биомассы, бытовых отходов, осадка сточных вод, ископаемого угля).

Изобретение относится к способу получения фотокаталитических покрытий диоксида титана на стекле, а также к составам, используемым для получения таких покрытий. .

Изобретение относится к физико-химическим способам получения ультрадисперсных порошков (нанопорошков) и покрытий из электропроводящих материалов, основанным на газофазном синтезе нанопорошка.

Изобретение относится к способам получения кристаллических алюмосиликатов, с помощью которых производится удовлетворение потребностей использующих их по прямому назначению соответствующих отраслей промышленного производства, а именно: электротехнической, химической, а также к устройствам для осуществления такого рода технологий.

Изобретение относится к способу плазменно-химического осаждения из газовой фазы для нанесения покрытия или удаления материала с внутренней поверхности полого изделия.

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения уксусной кислоты, который включает следующие стадии: (а) карбонилирование метанола и/или его реакционноспособного производного моноксидом углерода в первой реакционной зоне, включающей жидкую реакционную смесь, содержащую катализатор карбонилирования и промоторный металл для катализатора карбонилирования, метилиодид, метилацетат, уксусную кислоту и необязательно воду, где в жидкой реакционной смеси находятся в равновесии по меньшей мере первый растворимый каталитический материал с промоторным металлом и второй растворимый каталитический материал с промоторным металлом, причем среди материалов, находящихся в равновесии, первый каталитический материал с промоторным металлом является наименее промоторно активным; (б) отвод из упомянутой первой реакционной зоны жидкой реакционной смеси совместно с растворенными и/или захваченными моноксидом углерода и другими газами; (в) необязательное пропускание упомянутой отводимой жидкой реакционной смеси через одну или несколько последующих реакционных зон для израсходования по меньшей мере части растворенного и/или захваченного моноксида углерода; (г) направление упомянутой жидкой реакционной смеси со стадии (б) и необязательной стадии (в) на одну или несколько стадий разделения однократным равновесным испарением с получением паровой фракции, которая включает способные конденсироваться компоненты и отходящий газ низкого давления, причем способные конденсироваться компоненты содержат получаемую уксусную кислоту, метилиодид, метилацетат и необязательную воду, а отходящий газ низкого давления содержит моноксид углерода и другие газы, растворенные и/или захваченные отводимой жидкой реакционной смесью; и жидкой фракции, которая включает катализатор карбонилирования, промоторный металл для катализатора карбонилирования и уксусную кислоту как растворитель; (д) возврат жидкой фракции со стадии разделения однократным равновесным испарением в первую реакционную зону; (е) определение (I) концентрации первого каталитического материала с промоторным металлом и/или (II) отношения концентрации первого каталитического материала с промоторным металлом к концентрации второго каталитического материала с промоторным металлом, находящихся в равновесии между собой, содержащихся в жидкой реакционной смеси на любой из стадий с (а) по (г) и/или присутствующих в жидкой фракции на стадии (д); и (ж) поддержание (I) и/или (II) ниже предопределенного значения.

Изобретение относится к области фотокатализа и может быть использовано для проведения гетерогенных фотокаталитических реакций, а также для очистки воздуха от органических примесей.

Изобретение относится к получению полимерных биосовместимых покрытий на поверхности частиц и может быть использовано в фармакологии, медицине, ветеринарии, косметологии для создания систем векторной доставки лекарственных и биологически активных веществ.

Изобретение относится к устройству для обработки потока жидкости микроволновым излучением. Устройство содержит: сосуд, имеющий боковую стенку и противоположные первую и вторую торцевые стенки, определяющие, по существу, цилиндрическую камеру, при этом первая торцевая стенка расположена на заданном расстоянии d1 от второй торцевой стенки; трубопровод для протекания жидкости, при этом трубопровод проходит через первую торцевую стенку в направлении второй торцевой стенки сосуда, при этом камера и трубопровод являются, по существу, соосными, и при этом трубопровод является, по существу, прозрачным для микроволнового излучения; и источник микроволнового излучения, входное отверстие для микроволнового излучения в боковой стенке сосуда. При этом источник микроволнового излучения содержит магнетрон, который отстоит от боковой стенки камеры, и антенну, которая проходит из магнетрона через входное отверстие для микроволнового излучения и в камеру сосуда для пропускания микроволнового излучения с длиной волны λ внутрь камеры, причем расстояние d1, по существу, равно целочисленному кратному λ/2, так что камера представляет собой микроволновой резонатор, входное отверстие для микроволнового излучения смещено от центра относительно длины камеры (d1), и дистальный (свободный) конец антенны расположен на заданном расстоянии d3 выступа из боковой стенки камеры, меньшем или равном λ/4 и большем или равном 3λ/16. Также изобретение относится к способу, использующему данное устройство. Предлагаемое устройство позволяет эффективно переносить энергию микроволнового излучения к обрабатываемому флюиду. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх