Реактор для получения синтез-газа



Реактор для получения синтез-газа
Реактор для получения синтез-газа
Реактор для получения синтез-газа

 


Владельцы патента RU 2580738:

Новиков Валерий Нилович (RU)

Изобретение относится к области химического машиностроения, а именно к каталитическому реактору для получения синтез-газа, который может быть использован в качестве инициирующих водородных добавок к основному топливу в двигатели внутреннего сгорания и в газотурбинных двигателях. Реактор содержит смесительно-распределительное пусковое устройство, тангенциальный ввод, искровую свечу, один или несколько каталитических блоков и погружной теплообменник, перед первым каталитическим блоком размещен пористый экран, на выходе газового потока из последнего каталитического блока расположен элемент высокотемпературной теплоизоляции, на боковой поверхности каталитического блока расположен слой высокотемпературной теплоизоляции, отделенный от охлаждающего теплообменника кольцевым зазором, при этом реактор выполнен в виде единого устройства без разъемных соединений. Изобретение обеспечивает повышение эффективности преобразования природного газа в синтез-газ, снижение тепловых потерь и повышение ресурса работы устройства и безопасности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области химического машиностроения, к каталитическому реактору для получения синтез-газа, а именно к устройству для осуществления каталитического парциального окисления природного газа, и может быть использовано для получения синтез-газа с целью его использования в качестве инициирующих водородных добавок к основному топливу в двигатели внутреннего сгорания и в газотурбинных двигателях.

Известен каталитический реактор (RU 2208475, B01J 8/04; С01B 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.

Недостатком этого устройства является высокая трудоемкость изготовления армированных пористых материалов, снижение общей каталитической активности в связи с использованием армирующих материалов, высокая температура синтез-газа, выходящего из реактора.

Известно устройство для генерации синтез-газа (RU 2446092, C01B 3/38, B01J 8/04, 25.06.2010), которое содержит смесительно-распределительное пусковое устройство, тангенциальный ввод, искровую свечу или электрический нагревательный элемент, один или несколько каталитических блоков и погружной теплообменник коридорного типа.

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 по теплу с каталитическим реактором.

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

Недостатком известного устройства является невысокий ресурс его из-за перегрева входящего в него устройства поджига рабочей смеси в процессе работы и возможная потеря герметичности разъемного фланцевого соединения смесительно-распределительного пускового устройства с цилиндрическим охлаждаемым корпусом в процессе работы реактора.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - создание компактного реактора с повышенной эффективностью, большим ресурсом работы и небольшой трудоемкостью.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении эффективности преобразования природного газа в синтез-газ за счет снижения тепловых потерь и включения в общую систему охлаждения двигателя, повышения ресурса работы, безопасности.

Указанный результат достигается тем, что в реакторе для получения синтез-газа, содержащем смесительно-распределительное пусковое устройство с тангенциальным вводом, искровую свечу, один или несколько каталитических блоков и погружной теплообменник, перед первым каталитическим блоком размещен пористый экран, на выходе газового потока из последнего каталитического блока расположен элемент высокотемпературной теплоизоляции, при этом на боковой поверхности каталитического блока расположен слой высокотемпературной теплоизоляции, отделенный от погружного теплообменника кольцевым зазором, а каталитический блок выполнен из пористого материала, причем реактор выполнен в виде единого, интегрированного по теплу устройства без разъемных соединений.

В пусковом устройстве расположена система запуска реактора с газовой горелкой вихревого типа, состоящей из конического распределителя со стабилизатором пламени и содержащей охлаждаемую искровую свечу.

Вышеуказанные и иные аспекты и преимущества настоящего изобретения раскрыты в нижеследующем подробном его описании, приводимом со ссылками на чертежи, на которых изображены: на фиг. 1 - представлена конструкция заявляемого реактора, поперечный разрез; на фиг. 2 - поперечный разрез по плоскости А-А.

Реактор для получения синтез-газа (фиг. 1) содержит герметичный охлаждаемый корпус цилиндрической формы с расположенными в нем: смесительно-распределительным пусковым устройством 1 с тангенциальным вводом рабочих реагентов 2, искровой свечой 3, одним или несколькими каталитическими блоками 4, теплообменником 5 для нагрева рабочих реагентов, погружным теплообменником 6 для снижения температуры искровой свечи 3 и снижения температуры синтез-газа. Для контроля и регулирования режимов работы реактора в его конструкции введено как минимум три термопары; термопара 7 в переднем (лобовом) слое катализатора, термопара 8 на выходе из каталитического блока 4, термопара 9, в теплоносителе (тосоле) на выходе из погружного теплообменника 6. Перед каталитическим блоком 4 установлен пористый экран 10. На выходе из каталитического блока 4 на некотором расстоянии расположен элемент высокотемпературной теплоизоляции 11. На боковой поверхности каталитического блока 4 расположен слой высокотемпературной теплоизоляции 12, отделенный от погружного теплообменника 6 с зазором 13. Для обеспечения устойчивого запуска в пусковое устройство введен элемент стабилизации 14 в виде перпендикулярно установленных пластин в количестве не менее 3 перед пористым экраном 10.

В конструкции реактора имеются патрубки для ввода природного газа 15, для ввода воздуха 16, для входа охлаждающей жидкости 17, а также патрубки для вывода охлаждающей жидкости 18 и синтез-газа 19.

Устройство работает следующим образом.

При запуске реактора рабочие реагенты: природный газ и воздух подают через патрубки 15 и 16 в смесительно-распределительное пусковое устройство 1 с коэффициентом избытка воздуха равным 1,0÷1,2. В корпусе пускового устройства 1 поданные с тангенциальной закруткой через тангенциальный ввод 2 рабочие реагенты перемешиваются до однородного состояния, стабилизируются на элементе стабилизации 14, который представляет собой набор пластин, установленных перпендикулярно к пористому экрану 10. Газовый стабилизированный поток подается в зону искровой свечой 3, где смесь загорается. Продукты сгорания разогревают каталитический блок 4 до начала реакции парциального окисления (450-600°C). По термопаре 7, установленной в зоне лобового слоя катализатора, при достижении температуры 450-600°C система управления реактором (на фиг. не показана) изменяет состав газовых реагентов на входе в реактор до коэффициента избытка воздуха в пределах 0,26-0,32. На разогретом катализаторе каталитического блока 4 при заданном коэффициенте избытка воздуха происходит реакция парциального окисления природного газа при рабочей температуре 750-950°C. В погружном теплообменнике 6 за счет подаваемой через патрубок 17 охлаждающей жидкости температура синтез-газа снижается до величины 100÷150°C и синтез-газ подается через патрубок 19 в камеру сгорания двигателя, а охлаждающая жидкость через патрубок 18 поступает в систему охлаждения двигателя внутреннего сгорания. При выходе на рабочий режим двигателя внутреннего сгорания часть выхлопных газов двигателя может подаваться в реактор вместе со смесью природный газ-воздух через патрубок 15, обеспечивая режим смешанной воздушно-пароуглекислотной конверсии. Теплообменник 5 обеспечивает предварительный нагрев рабочих газов, входящих в реактор через патрубки 15 и 16. При этом тепло в теплообменник 5 при работе реактора поступает со стороны каталитического блока 4, разогретого до высоких температур. Погружной теплообменник 6 выполняет при этом несколько функций: снижает рабочую температуру синтез-газа с целью увеличения наполняемости цилиндров двигателей внутреннего сгорания и исключения уменьшения мощности, обеспечения безопасности при установке на транспортное средство. При использовании в качестве охладителя жидкости из системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания появляется дополнительная функция по запуску двигателя внутреннего сгорания в холодное время года, т.к. в период запуска двигателя охлаждающая жидкость будет прогрета, а в камеру сгорания двигателя будет поступать теплый синтез-газ. Зазор 13 обеспечивает проход горячего синтез-газа от каталитического блока 4 до погружного теплообменника 6 вдоль слоя высокотемпературной теплоизоляции 12. Наличие горячего синтез-газа в зазоре 13 снижает тепловой поток от высокотемпературной теплоизоляции 12 в сторону погружного теплообменника 6, что снижает тепловые потери каталитического блока 4 и повышает эффективность реактора. Элемент стабилизации 14 обеспечивает устойчивый поджиг газовоздушной смеси при запуске реактора. В реакторе могут быть использованы один или несколько каталитических блоков, расположенных последовательно. Для уменьшения тепловых потерь перед каталитическим блоком 4 устанавливают пористый экран 10, а на выходе из каталитического блока 4 размещают элемент высокотемпературной теплоизоляции 11.

Реактор может быть изготовлен следующим образом.

При изготовлении реактора для получения синтез-газа можно применять отечественные материалы. Смесительно-распределительное пусковое устройство выполнено в виде усеченного конуса с тангенциальным вводом газовых реагентов, при этом в режиме запуска устройство служит в качестве газовой горелки с электрическим поджигом, а в режиме генерации синтез-газа - распределительным устройством.

Каталитический блок 4 является отечественной разработкой, изготовленный из сплава на основе никеля. Комплектующие реактора - искровая свеча 3, высокотемпературные термопары 7, 8 и низкотемпературная термопара 9, исходные материалы для высокотемпературной теплоизоляции 11, 12 являются серийной отечественной продукцией, которая присутствует на отечественном рынке. Пористый экран 10 может быть изготовлен из сетки из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Все остальные составные части реактора также могут быть изготовлены из нержавеющей стали 12Х18Н10Т методом гибки, токарно-фрезерной обработки и аргоно-дуговой сварки на типовом механическом участке.

Был изготовлен опытный образец реактора, который опробован в реальных условиях на автомобиле «Баргузин», и отработал более 1000 моточасов. При этом показал высокую эффективность работы: предлагаемое устройство позволяет топливо (природный газ) конвертировать в водородсодержащий синтез-газ. В режиме парциального окисления содержание водорода в синтез-газе составляет до 33%.

Конструкция предлагаемого реактора за счет усовершенствования позволяет создать компактный реактор с хорошими динамическими и ресурсными характеристиками. Реактор может использоваться как в режиме парциального окисления топлива, так и в режиме смешанной воздушно-пароуглекислотной конверсии, что очень важно при его применении совместно с двигателями внутреннего сгорания. Использование режима смешанной конверсии позволяет снизить рабочую температуру реактора и соответственно повысить ресурс, а также уменьшить риск выпадения сажи на переходных режимах и повысить содержание водорода в синтез-газе за счет использования окислителей в виде паров воды и углекислого газа.

1. Реактор, для получения синтез-газа, содержащий смесительно-распределительное пусковое устройство, тангенциальный ввод, искровую свечу, один или несколько каталитических блоков и погружной теплообменник, отличающийся тем, что перед первым каталитическим блоком размещен пористый экран, на выходе газового потока из последнего каталитического блока расположен элемент высокотемпературной теплоизоляции, при этом на боковой поверхности каталитического блока расположен слой высокотемпературной теплоизоляции, отделенный от охлаждающего теплообменника кольцевым зазором, а реактор выполнен в виде единого устройства.

2. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что в пусковом устройстве расположена система запуска реактора с газовой горелкой вихревого типа, состоящей из конического распределителя со стабилизатором пламени и содержащей охлаждаемую искровую свечу.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу получения катализатора, пригодного для применения в способе парового риформинга. Способ включает стадии: (i) распыление взвеси, содержащей измельченное соединение-катализатор, содержащее один или большее количество каталитических металлов, выбранных из группы, включающей Ni, Cu, Pt, Pd, Rh, Ru и Au, на поверхность сформованной подложки, содержащей оксид подложки, выбранный из группы, включающей оксид алюминия, диоксид церия, оксид магния, диоксид титана или диоксид циркония, алюминат кальция или алюминат магния и их смеси, в баковом устройстве для нанесения покрытий с получением формованного материала подложки с покрытием, содержащего каталитический металл в поверхностном слое, в котором содержание твердых веществ во взвеси находится в диапазоне 10-60 масс.

Изобретение относится к области атомной энергетики и предназначено для использования в паротурбинных установках АЭС с системой сжигания водорода с кислородом с содержанием недоокисленного водорода в основном потоке рабочего тела под давлением после системы сжигания перед поступлением в турбину.

Изобретение относится к химической промышленности. Мембранный модуль содержит множество трубчатых мембранных элементов для переноса кислорода, вступающего в контакт со стороной ретентата мембранных элементов.

Изобретение относится к протонпроводящей мембране, содержащей катализатор дегидрирования и смешанный оксид металлов формулы (II) где молярное отношение а:b составляет от 4,8 до 6, предпочтительно от 5,3 до 6, с находится в интервале от 0 до 0,5b, и у является таким числом, что формула (II) является незаряженной, например 0≤y≤1,8.

Изобретение относится к способу синтеза углеводородов. Способ включает следующие стадии: (a) получение потока синтез-газа, обогащенного водородом, в генераторе синтез-газа, содержащем установку парового риформинга метана (SMR) и (или) установку автотермического риформинга (ATR), (b) каталитическое превращение указанного потока синтез-газа, обогащенного водородом, с получением указанных углеводородов, содержащих по меньшей мере нафту, (c) возврат по меньшей мере части указанной нафты в указанный генератор синтез-газа с получением улучшенного потока синтез-газа, обогащенного водородом, и (d) подача указанного улучшенного потока синтез-газа, обогащенного водородом, полученного на стадии (с), для превращения согласно стадии (b) для увеличения количества синтетического дизельного топлива в упомянутых углеводородах.

Изобретение относится к экстракции легких фракций нефти и/или топлива из природного битума из нефтеносного сланца и/или нефтеносных песков. В способе природный битум экстрагируют путем водной сепарации из нефтеносного сланца и/или нефтеносных песков при образовании твердого остатка, летучие углеводороды отгоняют из природного битума перегонкой, при этом остается нерастворимый нефтяной кокс, включающий до 10% серы, газообразные углеводороды от перегонки разделяют путем фракционной конденсации на легкие фракции нефти, сырую нефть и различные топлива.

Изобретения могут быть использованы в химической и металлургической промышленности. Мембранная трубка для диффузионного выделения водорода из водородсодержащих газовых смесей содержит пористую трубку (S) из металлокерамического сплава, а также содержащую палладий или выполненную из палладия мембрану (M), которая покрывает наружную сторону металлокерамической трубки (S).

Изобретение относится к химической промышленности. Процесс диссоциации сероводорода на водород и серу проводят в плазме безэлектродного разряда при удельных энерговкладах в диапазоне 0,5-1,0 эВ/мол.

Изобретение относится к способу получения корочкового катализатора, включающему стадии: (i) пропитка обожженной подложки, содержащей алюминат металла, раствором, содержащим ацетат никеля, при температуре ≥40°C и сушка пропитанной подложки, (ii) обжиг сухой пропитанной подложки, чтобы образовать оксид никеля на поверхности подложки, и (iii), необязательно, повторение этапов (i) и (ii) на подложке, покрытой оксидом никеля.

Способ получения выварочной поваренной соли путем размыва резервуаров под хранение газа артезианской водой. Размывают резервуар водой расходом 100-250 м3/час, отбирают рассол из резервуара с дальнейшей закачкой в утилизационные скважины, а по достижении концентрации рассола NaCl 300 г/дм3 - 316 г/дм3 направляют на солезавод, где часть неочищенного рассола пойдет в первый аппарат четырехкорпусной вакуум-выпарной установки для содово-каустической очистки для очистки от ионов Са2+ и Mg2+ и очищенный рассол идет в емкость очищенного рассола и насосом подается в первый корпус выпарной установки, а шламовые стоки направляются на установку.

Изобретение относится к способу и устройству для окисления реагентов в водной реакционной среде с использованием газообразного молекулярного кислорода. Способ окисления материала в окислительном реакторе, включающем внешний циркуляционный контур, имеющий приспособление для увеличения давления во внешнем контуре, включает стадии: a) измерение концентрации кислорода в реакторе, b) выведение объема водной среды из реактора и измерение концентрации кислорода в этом объеме, c) введение кислорода в объем в растворенном виде и обеспечение достаточным временем пребывания для достижения желательного концентрации кислорода, где количество введенного кислорода определяют путем измерения растворенного кислорода в реакторе и его давления и измерения плотности объема и концентрации кислорода в незаполненном объеме, d) введение объема обратно в реактор при повышенном давлении и через устройство Вентури в жидкостный распределитель, e) образование циркуляционной схемы в реакторе, в результате чего повышенная концентрация кислорода поддерживается в водной среде в нижней части реактора, и где внешний циркуляционный контур поддерживают под давлением во время проведения стадий c), d) и е).

Изобретение относится к сернокислотному производству и может быть использовано для утилизации отходящих сернистых газов предприятий цветной металлургии. Исходный сернистый газ с содержанием SO2 0,5-1,2 об.% нагревают в теплообменнике до температуры 250-300°С.

Изобретение относится к способу синтеза метанола в изотермических реакторах. Способ включает получение питающего потока свежего газа при риформинге или газификации, подачу свежего газа в замкнутую систему синтеза, конверсию свежего газа в метанол в каталитической среде, при этом тепло напрямую отводят из каталитической среды, в результате среда является изотермической, конденсацию метанола, при этом получают жидкий метанол-сырец и рециркулирующий газ, который направляют в рециркуляционную систему в замкнутой системе синтеза, причем каталитическая среда включает множество изотермических каталитических слоев, часть питающего потока свежего газа смешивают с рециркулирующим газом, при этом получают газообразную смесь свежего газа и рециркулирующего газа и часть газообразной смеси направляют между первым и вторым каталитическим слоем среды, газообразную смесь свежего газа и рециркулирующего газа смешивают с потоком, выходящим из первого каталитического слоя, при этом получают питающий поток второго каталитического слоя.

Изобретение относится к каталитической системе, подходящей для проведения частичного каталитического окисления при малой продолжительности контакта, для получения синтез-газа и, возможно, водорода.

Системы и устройства для перемешивания, охлаждения и распределения многофазных текучих смесей в реакторе, при этом внутриреакторное устройство настоящего изобретения обеспечивает не только улучшенное перемешивание и распределение текучей среды по поверхности каждого лежащего ниже слоя катализатора, но также имеет другие преимущества, включающие: уменьшенную высоту смесительной тарелки; облегченное техническое обслуживание, сборку и разборку; сниженную материалоемкость при производстве.

Изобретение относится к системам и устройству для контакта и распределения многофазной текучей среды. Распределяющее текучую среду устройство для реактора включает сопловую тарелку, множество каналов, прикрепленных и проходящих вертикально от верхней поверхности сопловой тарелки, и сопло для распределения текучей среды, расположенное в каждом канале.

Изобретение относится к реактору для парциального окисления углеводородного сырья. Реактор включает внешний корпус со средством вывода продуктов реакции из реактора и с хотя бы одним средством ввода сырья или компонентов сырья в размещенную внутри реактора с зазором с внешним корпусом катализаторную гильзу, заполненную катализатором и включающую средства вывода продуктов из ее нижней части.

Изобретение относится к области гетерогенного катализа, а именно каталитическому мультиканальному реактору для проведения гетерогенных реакций, сопровождающихся эндотермическим тепловым эффектом, например паровой конверсии углеводородов с целью получения водородсодержащего газа.

Изобретение представляет устройство распределения текучей среды для соединения с трубопроводом или газоходом для текучей среды с целью улучшения распределения текущей вниз полифазной смеси, включающей в себя одну газовую фазу и одну жидкую фазу выше одного слоя катализатора гранулированного твердого каталитического материала.

Изобретение относится к способу взаимодействия одной или нескольких текучих сред. Способ включает прохождение одной или нескольких текучих сред в камеру из расположенной выше тарелки, при этом камера имеет одну или несколько боковых стенок, содержащих отверстие, а расположенная выше тарелка имеет слив, и создание канала наружу из камеры, соединяющий соответствующий слив с соответствующим отверстием, для увеличения времени и площади контакта внутри канала и камеры.

Изобретение относится к области химической технологии и, более конкретно, к электролизу воды, и предлагает способ получения потока газа путем прохождения потока воздуха по ионной поверхности, применимый при производстве электроэнергии. Способ получения потока газа, содержащего аммиак, водород и углеводород, при котором поток влажного воздуха приводят в контакт с поверхностью слоя твердого катализатора и ионной водной поверхностью, образованной под воздействием металлических электродов, активизированных электрическим током; после прохождения через полупроницаемый барьер, где указанный поток взаимодействует с ильменитом, содержащимся на поверхности барьера, при температуре в диапазоне от 12 до 80°С и давлении окружающей среды или в вакууме, с получением потока газа. Устройство для получения газового потока содержит цилиндрическую трубку (1), горизонтально расположенную, с двумя противоположными отверстиями (2) и (3) меньшего диаметра; анод из проволоки (4), подсоединенный к положительному полюсу источника питания с помощью соединительного провода; катод (5), состоящий из обмотки вокруг анода, подсоединенный к отрицательному полюсу источника питания, при этом анод и катод погружены в электролит, расположенный в нижней части трубки и покрывающий электроды; и пористый керамический барьер (6) вблизи отверстия (2). Изобретение позволяет получить водородсодержащий газ непосредственно на месте, а также усовершенствовать технологию и уменьшить вредное воздействие на окружающую среду. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 1 ил., 10 пр.
Наверх