Способ определения количества свободного углерода при конверсии углеводородов в конверторах

Изобретение относится к способам получения водорода в местах его применения, минуя стадию его хранения, и касается способа определения количества свободного углерода при конверсии углеводородов в конверторах. Способ включает отбор проб и определение количества углерода на катализаторе, отбор проб производят из газовой фазы на выходе из конвертора, затем анализируют состав отобранной газовой фазы, далее на основании содержания проб определяется массовая доля находящегося в них водорода и по формуле рассчитывается количество свободного углерода, по величине массовой доли водорода. Изобретение обеспечивает упрощение способа определения количества свободного углерода при конверсии углеводородов в конверторах, позволяет не только использовать способ в процессе непрерывной работы конвертора на любых режимах, но и с достаточной точностью дает определить массовые доли свободного углерода в составе синтез-газа. 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к способам получения водорода в местах его применения, минуя стадию его хранения, например, при организации процесса конверсии моторного углеводородного топлива.

При эксплуатации существующих конверторов для получения синтез-газа из моторного топлива их необходимо периодически останавливать для удаления из рабочего объема выделившегося свободного углерода (сажи) и замены потерявших активность катализаторов. В связи с этим возникает серьезная проблема, связанная с определением допустимой длительности непрерывной работы конверторов до их остановки.

В настоящее время наиболее распространенным способом определения закоксовывания катализаторов является взвешивание массы катализаторов до и после работы, что требует остановки конвертора и его разгрузки [Шигабиев Т.Н., Яновский Л.С., Галимов Ф.Н., Иванов В.Ф. Физический и химический хладоресурс углеводородных топлив. Казань: Мастер Лайн, 2000 г.].

Другим способом определения количества свободного углерода является оценка роста перепада давления на слое катализатора, но этот метод не имеет однозначной интерпретации, поскольку рост перепада давления на слое катализатора может быть вызван и разрушением гранул катализатора в процессе работы, поэтому также может потребоваться разгрузка конвертора [Шигабиев Т.Н., Яновский Л.С., Галимов Ф.Н., Иванов В.Ф. Физический и химический хладоресурс углеводородных топлив. Казань: Мастер Лайн, 2000 г.].

Известны способы определения количества свободного углерода в потоке газа на выходе из различных устройств по измерению ослабления параллельного пучка зондирующего оптического излучения [патент РФ №2441218 «Способ определения дисперсности и концентрации частиц в аэрозольном облаке», МПК G01N 15/02, опубл. 27.01.2012] или по степени почернения фильтровального материала [а.с. СССР №482659 «Способ определения концентрации сажи», МПК G01N 21/12, опубл. 30.08.1975]. Однако точность замера концентрации сажи этими способами является низкой, особенно в области высоких концентраций.

Способ определения концентрации сажи по а.с. «Устройство для определения концентрации сажи» [а.с. СССР №731356, МПК G01N 15/00, опубл. 30.04.1980] при сжигании сажи до CO2 выбирается в качестве прототипа, так как он имеет наибольшее число существенных признаков, совпадающих с существенными признаками заявляемого изобретения.

Серьезным недостатком способа определения свободного углерода прототипа является то, что невозможно определить содержание углерода в режиме реального времени в процессе работы конвертора. По данному способу требуется проведение длительных технологических операций: остановка конвертора, отбор пробы катализатора, помещение его в специально изготовленный реактор и нагрев его до температуры 500-600°С, проведение цикла дожигания углерода с обеспечением циркуляции воздуха с помощью насоса и с последующей подачей газа в газоанализатор для определения содержания CO2 и по концентрации CO2 определить количество углерода в катализаторе.

Технический результат заявляемого способа состоит в упрощении способа определения свободного углерода в конверторах, за счет определения, в режиме реального времени, наличия свободного углерода без разборки конвертора путем проведения газового анализа с использованием предлагаемой расчетной модели.

В предлагаемом способе определения количества свободного углерода при конверсии углеводородов в конверторах, включающем отбор проб и определение количества углерода на катализаторе, согласно настоящему изобретению отбор проб производят из газовой фазы на выходе из конвертора, затем анализируют состав отобранной газовой фазы, далее на основании содержания проб определяется массовая доля находящегося в них водорода и рассчитывается количество свободного углерода, по величине массовой доли водорода.

Таким образом, наш патентуемый способ позволяет не только использовать его в процессе непрерывной работы конвертора на любых режимах, но и, с достаточной точностью, дает определить массовые доли свободного углерода в составе синтез-газа.

Суть предлагаемого способа состоит в отборе газовой пробы из конвертора в процессе его работы и составлении материального баланса компонентов, находящихся в газовой пробе, на основании которого расчетным путем оценивается количество выделившегося углерода. Для определения состава газовой пробы может использоваться, например, хроматографический, масс-спектрометрический и другие методы. Как показали эксперименты, массовая доля водорода в составе газовых проб в случае появления в конверторе углерода всегда превышает массовую долю водорода, которая должна бы образоваться из топлива, участвующего в процессе паровой конверсии. Это объясняется тем, что некоторая часть топлива подвергается термическому разложению с выделением из него водорода совместно с углеродом.

Определение содержания углерода в конверторе производится следующим образом. По данным анализа газовой пробы оцениваются объемные доли всех газовых компонентов ri. С их помощью определяется величина среднего молекулярного веса газовой пробы как μm=Σriμi, где μi - молекулярные веса компонентов и определяются массовые доли компонентов gi как

При реализации паровой конверсии дизельного топлива и керосина выделение водорода определяется его наличием в воде и топливе, вступившем в реакцию паровой конверсии. При этом кислород, содержащийся в воде и топливе, входит в состав окислов CO и CO2, в которые также поступает и углерод из топлива. При использовании массовых долей gCO и определяются находившиеся в них массовые доли кислорода go2 и углерода gc как:

На основании полученной величины определяется массовая доля воды , участвовавшая в процессе паровой конверсии как , которая дает возможность оценить массовую долю водорода , поступившего из воды в газовую пробу.

При производившейся оценке количества водорода, выделившегося из топлива при паровой конверсии , использовалась брутто-формула летнего дизельного топлива Л-02-62 ГОСТ 305-82 и керосина ТС-1, которые для расчетов можно принять одинаковыми и соответствующими СН2. В этом случае массовая доля топлива, участвующего в реализации паровой конверсии оценивалась как , а массовая доля образовавшегося при этом водорода определялась как

Таким образом, суммарная доля водорода, выделившегося в результате паровой конверсии равна

Как уже отмечалось, массовая доля водорода в составе газовых проб в случае появления в конверторе свободного углерода (кокса) всегда превышала

Количество этого топлива и углерода определялись величиной разности , где - массовая доля водорода в синтез-газе.

С использованием величины оценивалась доля топлива, подвергавшегося термическому разложению, и количество выделившегося при этом из него твердого углерода как и

Сущность заявляемого изобретения и возможность его практической реализации поясняется приведенным ниже описанием и чертежами.

Фиг. 1 - схема опытного конвертора.

Фиг. 2 - поверхность ленточного гофрированного катализатора (а) и гранулы катализатора НИАП 04-02 с частицами кокса после 90 минут испытаний (б).

1 - конвертор с катализатором;

2 - ленточный электронагреватель;

3 - наружная теплоизоляция;

4 - внутренняя теплоизоляция;

5 - узлы подачи смеси паров топлива с водяным паром и выхода синтез-газа;

6 - каналы подачи смеси паров топлива с парами воды;

7 - термопара.

Экспериментальная проверка предлагаемого способа оценки количества свободного углерода, выделяющегося в продуктах конверсии углеводородов при непрерывной работе конверторов без их остановки, осуществлялась с использованием созданного для этой цели опытного конвертора (см. Фиг. 1)

Нагрев теплопередающей стенки конвертора 1 производился ленточным электронагревателем 2, намотанным на внешнюю поверхность стенки. На наружную поверхность конвертора 1 поверх ленточного электронагревателя 2 была нанесена высокотемпературная изоляция 3. Аналогичная теплоизоляция была размещена во внутреннем канале 4 конвертора. Входные и выходные узлы 5 конвертора по своей конструкции не отличаются друг от друга. Любые из них могли использоваться как для подачи смеси паров топлива с парами воды через два тангенциальных канала 6, так и для удаления образовавшегося синтез-газа. В каждом из указанных узлов были установлены хромель-алюмелевые термопары 7.

При проведении экспериментов с использованием рассмотренного опытного конвертора 1 подача в него топлива и воды производилась в виде их паровой смеси, которая предварительно готовилась в испарителе (на чертеже не указан). Чтобы исключить наличие неиспаренных капель топлива в паровой смеси, ее нагрев в испарителе осуществлялся до температур не ниже 400°С, так как для применяемого дизельного топлива марки Л-02-62 ГОСТ 305 конец его кипения соответствует 365°С.

Для выполнения поставленной задачи использовались 5 различных типов катализаторов, которые охватывают весь диапазон данных по выделению свободного углерода в зависимости от типов применявшихся катализаторов, среди которых были промышленные катализаторы, созданные в НИАП и ГИАП, и в РНЦ «Прикладная химия». Параметры режимов испытаний образцов промышленных катализаторов и состав полученного синтез-газа приведены в Таблице 1.

Применявшийся опытный конвертор, схема которого представлена на Фиг. 1, был изготовлен из стали 12X18Н10Т с применением стандартных труб 63,5×2 и 50×3,5. При этом общая длина конвертора составляла 500 мм. Анализируя полученные экспериментальные результаты, следует учитывать, что при применении хроматографического метода определения составов газовых проб статистическая погрешность не превышала 2%.

Анализируя результаты, приведенные в Таблице 1, следует отметить данные, относящиеся к испытаниям катализатора, изготовленного из никелевой сетки. Они свидетельствуют, что зафиксированное с использованием этого катализатора количество свободного углерода в составе синтез-газа не превышает статистической погрешности, равной 2%. Самые лучшие результаты, которые были получены при исследовании всех образцов катализаторов относятся к гофрированному ленточному катализатору. Этот катализатор был изготовлен с использованием ленты из нержавеющей стали марки Х15Ю5 с толщиной 0,1 мм. На нее наносилась подложка из окиси алюминия, а на подложку - каталитическое никелевое покрытие. После специальной термообработки лента гофрировалась и разрезалась на нужную ширину. Ленточный гофрированный катализатор обладал высокой теплопроводностью и высокой жаростойкостью, высокой стойкостью к тепловым ударным нагрузкам и высокой каталитической активностью. Результаты испытаний ленточного гофрированного катализатора представлены в Таблице 2. Все испытания осуществлялись без разборки конвертора и без замены катализатора.

Анализируя приведенные в Таблице 2 результаты испытаний, необходимо отметить, что только при испытаниях ленточного гофрированного катализатора метод оценки наличия в конверторе углерода (кокса) зафиксировал его отсутствие. Только в данном случае разность , определявшая появление водорода совместно с углеродом в результате термического разложения части топлива оказалась не только незначительной, но и отрицательной. Доказательство отсутствия углерода в конверторе было получено после окончания испытаний ленточного гофрированного катализатора при его визуальном осмотре.

На Фиг. 2 представлена фотография участка поверхности ленточного гофрированного катализатора (а) и для сравнения приведена фотография (б) катализатора НИАП 04-02, гранулы которого покрыты коксом, а в свободном пространстве между гранулами образовалось большое количество углерода.

Результаты, полученные при экспериментальных исследованиях, проведенных с применением опытного конвертора с целью доказательства возможности практического использования патентуемого способа определения количества свободного углерода в конверторах с использованием газового анализа, позволяют сделать следующие выводы:

1. Величины массовых концентраций свободного углерода, которые можно определить с использованием предлагаемого нового способа в составе синтез-газа при выходе конверторов на стационарный режим, позволяют оценить активность выбранных катализаторов, а также их влияние на выделение нежелательного углерода.

2. Определение количества, выделяющегося свободного углерода в процессе непрерывной работы конверторов без их остановки, позволяют оценить допустимые периоды их эксплуатации без замены потерявших активность катализаторов.

Таким образом, достигается технический результат заявляемого способа, а именно упрощение способа определения количества свободного углерода при конверсии углеводородов в конверторах.

Способ определения количества свободного углерода при конверсии углеводородов в конверторах, включающий отбор проб и определение количества углерода на катализаторе, отличающийся тем, что отбор проб производят из газовой фазы на выходе из конвертора, затем анализируют состав отобранной газовой фазы, далее на основании содержания проб определяют массовую долю находящегося в них водорода, а количество свободного углерода определяют по величине массовой доли водорода по формуле: , где:

- доля топлива, подвергавшегося термическому разложению, ;

, где - массовая доля водорода в синтез-газе по результатам газового анализа;

- - суммарная доля водорода, выделившегося в результате паровой конверсии, ;

- - массовая доля водорода, поступившего из воды в газовую пробу;

- - массовая доля образовавшегося водорода из массовой доли топлива, участвующего в реализации паровой конверсии.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области автомобилестроения, в частности к системам двигателя с датчиком влажности. Представлены способы и системы эксплуатации двигателя с емкостным датчиком влажности.

Изобретение относится к технологии получения высокочувствительного резистивного газового сенсора на озон на основе оксидных пленок в системе In2O3-SnO2. Способ получения наноструктурированного газового сенсора на озон включает совместную кристаллизацию растворов солей или их соосаждение, при этом в качестве исходных реагентов используют растворы солей-прекурсоров (SnSO4, In(NO3)3*xH2O), получают оксидные порошки методом золь-гель совместной кристаллизации и соосаждения, после чего полученные порошки прокаливают при 120-400°С и обжигают при 650°С до получения твердого раствора на основе In2O3 с размером ОКР ~ 27-29 нм, затем приготавливают пасту со связующим на основе этилцеллюлозы [С6Н7O2(ОН)3-x(ОС2Н5)x]n и скипидара, причем в первой серии к навеске порошка добавляют 10 мас.% этилцеллюлозы и 5 мл скипидара, а для второй серии порошок смешивают с 30 мас.% этилцеллюлозы и 8 мл скипидара, затем после интенсивного перемешивания полученную пасту наносят на корундовые подложки трафаретной печатью, после чего образцы обжигают при 700°С в течение 5 часов на первом этапе и затем при 1100°С в течение 3 часов.

Изобретение относится к устройствам для определения влажности зерна. Каждый зерновой бункер содержит блок сбора данных, соединенный с множеством емкостных кабелей для измерения влажности, причем каждый содержит множество сенсорных узлов, расположенных вдоль него с шагом.

Изобретение относится к детекторному устройству, а именно к детекторам для спектрометров, которые могут быть использованы для обнаружения таких веществ как взрывчатка, наркотики, отравляющих веществ кожно-нарывного и нервнопаралитического действия и т.п.

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля и позволяет обнаруживать дефекты малых размеров и глубокого залегания в сварных швах, соединяющих, преимущественно, неферромагнитные материалы.

Группа изобретений относится к оборудованию для проведения исследований в области медицины и физиологии. Коннектор для хронической стимуляции электровозбудимых клеток содержит основание и крышку, выполненные с возможностью герметичного соединения друг с другом, микроэлектродную матрицу, выполненную в виде массива из металлических микроэлектродов, сформированных на подложке, с чашей для культуры клеток и с контактными площадками по периметру, соединенными посредством токопроводящих дорожек с микроэлектродами, и плату с отверстием, с выступом, с прижимными пружинными контактами, соединенными токопроводящими дорожками.

Изобретение относится к способу контроля состояния впитывания впитывающего изделия, содержащему предоставление блока регистратора, получение состояния впитывания впитывающего изделия и запись данных, указывающих полученное состояние впитывания впитывающего изделия, в блок регистратора, причем получение состояния впитывания впитывающего изделия и запись данных, указывающих полученное состояние впитывания впитывающего изделия, в блок регистратора выполняются непрерывно в течение периода контроля впитывающего изделия.

Использование: для определения адгезионной прочности несплошных наноструктурированных покрытий. Сущность изобретения заключается в том, что способ определения адгезионной прочности покрытий к подложке включает выбор области покрытия, проведение воздействия на выбранную область, регистрацию данных о воздействии, анализируя которые судят об адгезионной прочности покрытий к подложке, при выборе области покрытия выделяют ряд участков покрытия, содержащих в совокупности по меньшей мере семь одиночных одномерных пьезоэлектрических нанообъектов, на каждый из выбранных участков проводят воздействие электрическим полем в режиме силовой микроскопии пьезоотклика, при этом регистрируют в виде изображения топографии участков и изображения пьезоотклика, визуально анализируя которые выявляют наличие ступенчатых переходов на изображениях пьезоотклика, которые характеризуют разделение одиночных одномерных пьезоэлектрических нанообъектов выбранных участков на часть нанообъектов, жестко закрепленную на подложке, и часть нанообъектов, незакрепленную на подложке, по изображениям топографии выбранных участков определяют общее количество содержащихся на участках нанообъектов и по изображениям пьезоотклика определяют количество нанообъектов на участках, характеризующихся ступенчатым переходом, по отношению (А) между общим количеством выявленных нанообъектов и количеством нанообъектов, характеризующихся ступенчатым переходом, судят об адгезионной прочности всего покрытия, при А<0,3 определяют отсутствие адгезионной прочности, при А>0,7 определяют максимальную адгезионную прочность.

Изобретение предназначено для экспрессного анализа «на месте» жидких и твердых продуктов по концентрации их газов-маркеров. Устройство для экспресс-анализа качества продуктов включает один пьезосенсор с чувствительным пленочным покрытием для сорбции газов-маркеров, встроенный в держатель крышки ячейки детектирования, и устройства для возбуждения колебаний, фиксирования и отображения сигналов пьезосенсора.

Группа изобретений относится к области наружного диагностического контроля технических параметров подземного трубопровода и уровня его коррозионной защищенности от влияния окружающей среды.

Использование: для определения эффективных зарядов ионов в жидких металлических растворах. Сущность изобретения заключается в том, что способ определения эффективного заряда ионов в жидких металлических растворах включает получение исследуемого жидкого металлического раствора в результате контактного плавления образцов, составляющих эвтектическую систему, при одновременном пропускании электрического тока, отличающийся тем, что в процессе роста жидкой прослойки электрический ток пропускают в направлении, ускоряющем рост жидкой прослойки по сравнению с бестоковым, диффузионным, режимом, а сила тока уменьшается обратно пропорционально квадратному корню из времени, чем достигается псевдодиффузионный режим роста жидкой прослойки, при котором протяженность жидкой прослойки растет пропорционально квадратному корню из времени, что позволяет определить эффективные заряды ионов в полученном жидком металлическом растворе путем сравнения скорости роста жидкой прослойки в псевдодиффузионном и диффузионном режимах. Технический результат: обеспечение возможности повышения точности определения эффективных зарядов ионов в жидких металлических растворах. 3 ил.

Изобретение относится к способу определения частиц сажи в выхлопной струе газотурбинного двигателя (ГТД) в полете. Для осуществления способа измеряют в полете ток нейтрализации с электростатических разрядников самолета электрических зарядов, генерируемых частицами сажи в выхлопной струе газа ГТД, определяют расход газа через сопло двигателя, измеряют значение электризации аэрозолей атмосферы за счет соприкосновения их с поверхностями самолета, определяют среднее значение плотности электрического заряда струи газа на всех режимах полета, определяют содержание частиц сажи в струе по градуированным зависимостям «чисел дымности» от среднего значения плотности электрического заряда и влияния аэрозолей атмосферы. Обеспечивается повышение эффективности определения содержания частиц сажи в выхлопной струе газа ГТД при различных метеорологических условиях. 2 ил., 1 пр.

Группа изобретений относится к области регистрации электропроводных частиц в жидкости, текущей в трубе со скоростью. Сущность изобретений заключается в том, что устройство для регистрации электропроводных частиц в жидкости, текущей в трубе со скоростью, дополнительно содержит блок самотестирования, предназначенный для осуществления автоматически или по внешнему запросу систематического количественного контроля функций обработки сигналов блока обработки сигналов и/или систематического количественного контроля передающих катушек и/или улавливающих катушек и/или для осуществления по внешнему запросу калибровки блока обработки сигналов посредством калибровочного эталона, устанавливаемого вместо передающих и/или улавливающих катушек. Технический результат – повышение надежности результатов измерений. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к устройствам и материалам для обнаружения и определения концентрации паров гидразина в атмосфере или пробе воздуха (химическим сенсорам) и может быть использовано в медицине, биологии, экологии и различных отраслях промышленности. Электрический сенсор на пары гидразина содержит диэлектрическую подложку, на которой расположены электроды и чувствительный слой, меняющий фотопроводимость в результате адсорбции паров гидразина, состоящий из структуры графен-полупроводниковые нанокристаллы в виде квантовых точек, фотопроводимость которой уменьшается при адсорбции молекул гидразина на поверхность полупроводниковых нанокристаллов пропорционально концентрации паров гидразина в пробе, при этом полупроводниковые нанокристаллы выполнены в виде полупроводниковых нанопластинок в развернутом состоянии. Технический результат – снижение порога чувствительности, расширение динамического диапазона определения концентрации паров гидразина и увеличение срока службы сенсора. 10 ил.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам визуализации методом магнитоиндукционной томографии. Способ включает в себя получение доступа к множеству результатов измерения характеристик катушки, полученных для образца с помощью одной катушки, которую возбуждают радиочастотной (РЧ) энергией от источника РЧ-энергии, при этом каждый из множества результатов измерения характеристик катушки получен с помощью одной катушки в одном из множества отдельных местоположений относительно образца и соотнесения данных о положении катушки с каждым из множества результатов измерения характеристик катушки. Данные о положении катушки указывают на положение и ориентацию одной катушки относительно образца для каждого результата измерения характеристик катушки, получение доступа к модели, определяющей отношение между результатами измерения характеристик катушки, полученными с помощью одной катушки, и электромагнитной характеристикой образца, и создание трехмерного графика электромагнитных характеристик образца. Система содержит устройство с катушкой, устройство перемещения, вычислительную систему. Устройство с катушкой содержит одну катушку, имеющую множество концентрических проводящих витков, каждый из которых имеет отличный радиус, соединенную с источником радиочастотной (РЧ) энергии. При этом одна катушка выполнена с возможностью получения результата измерения потерь в катушке. Устройство перемещения выполнено с возможностью расположения одной катушки относительно образца во множестве отдельных местоположений относительно образца. Вычислительная система содержит один или несколько процессоров и одно или несколько запоминающих устройств, хранящих машиночитаемые команды, которые при их исполнении одним или несколькими процессорами вызывают выполнение операций одним или несколькими процессорами. Операции включают: получение доступа к множеству результатов измерения потерь в катушке, полученных для образца с помощью одной катушки, возбуждаемой радиочастотной (РЧ) энергией от источника РЧ-энергии, при этом каждый из множества результатов измерения потерь в катушке получен с помощью одной катушки в одном из множества отдельных местоположений относительно образца, соотнесение данных о положении катушки, указывающих на положение и ориентацию одной катушки относительно образца для каждого результата измерения потерь в катушке, с каждым из множества результатов измерения потерь в катушке, получение доступа к модели, определяющей отношение между результатами измерения характеристик катушки, полученными с помощью одной катушки, и удельной проводимостью образца, создание трехмерного графика удельной проводимости образца с помощью модели, основанной по меньшей мере частично на множестве результатов измерения потерь в катушке и данных о положении катушки, связанных с каждым результатом измерения характеристик катушки. В систему входят также один или несколько материальных постоянных машиночитаемых носителей, хранящих машиночитаемые команды, которые при их исполнении одним или несколькими процессорами вызывают выполнение операций для магнитоиндукционной томографии образца одним или несколькими процессорами. Использование группы изобретений позволяет расширить арсенал средств для магнитоиндукционной томографии. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к способам получения водорода в местах его применения, минуя стадию его хранения, и касается способа определения количества свободного углерода при конверсии углеводородов в конверторах. Способ включает отбор проб и определение количества углерода на катализаторе, отбор проб производят из газовой фазы на выходе из конвертора, затем анализируют состав отобранной газовой фазы, далее на основании содержания проб определяется массовая доля находящегося в них водорода и по формуле рассчитывается количество свободного углерода, по величине массовой доли водорода. Изобретение обеспечивает упрощение способа определения количества свободного углерода при конверсии углеводородов в конверторах, позволяет не только использовать способ в процессе непрерывной работы конвертора на любых режимах, но и с достаточной точностью дает определить массовые доли свободного углерода в составе синтез-газа. 2 ил., 1 табл.

Наверх