Устройство нагрева реакционной зоны каталитического реактора

Авторы патента:

C01B3/38 - Неметаллические элементы; их соединения

B01J7/00 - Устройства для генерирования газов (получение смесей инертных газов B01J 19/14; генерирование специальных газов см. соответствующие подклассы, например C01B,C10J)

Владельцы патента RU 2677142:

Курочкин Андрей Владиславович (RU)

Изобретение относится к устройствам для осуществления эндотермических каталитических процессов, протекающих с получением водородсодержащего катализата: риформинга, ароматизации легкого углеводородного сырья, паровой конверсии углеводородов, и может найти применение в нефтегазовой промышленности. Предложено устройство, включающее каталитический нагреватель 1 в виде трубчатого элемента, заполненного катализатором окисления, отделенного водородселективной теплопроводящей перегородкой от реакционной зоны 3, газодувку 4, холодильник 5 и рекуперационный теплообменник 6. При работе устройства нагретое сырье 8 подают в реакционную зону 3, а продукты превращения 9 выводят. Часть водорода из реакционной зоны через водородселективную теплопроводящую перегородку поступает в слой катализатора окисления, где контактирует с кислородсодержащим газом, подаваемым с помощью газодувки 4 после нагрева в рекуперационном теплообменнике 6. Тепло, выделяющееся при окислении водорода, нагревает реакционную зону 3, а полученный отходящий газ 11, содержащий пары воды, образовавшиеся при окислении водорода, охлаждают в рекуперационном теплообменнике 6 и холодильнике 5, при необходимости сепарируя водный конденсат, и смешивают с воздухом 12 для восполнения химического расхода кислорода. Балансовый газ 13 выводят. Технический результат - повышение температуры нагрева, снижение расхода энергии и обеспечение взрывобезопасности устройства. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для осуществления эндотермических каталитических процессов, протекающих с получением водородсодержащего катализата таких как, например, риформинг, ароматизации легкого углеводородного сырья, паровая конверсия углеводородов и может найти применение в нефтегазовой промышленности.

Известна установка каталитической переработки легкого углеводородного сырья [RU 2565229, МПК C10G 35/04, опубл. 20.10.2015 г.], включающая нагреватель, реакторы, генератор теплоносителя, соединенный с реакторами, системы регенерации катализатора и утилизации газа регенерации.

Основным недостатком известной установки является низкая глубина превращения сырья из-за накопления в катализате продуктов реакции.

Известен способ комбинированного производства электроэнергии и получения обогащенного водородом газа паровым риформингом углеводородной фракции с подводом тепла посредством сжигания водорода по месту осуществления способа [RU 2425995, МПК F02C 6/04, опубл. 10.08.2011 г.], осуществляемый на установке, включающей реактор получения синтез-газа паровым риформингом, установленный на линии подачи водорода в качестве топлива в камеру сгорания газотурбинной установки, оснащенный устройством нагрева реакционной зоны, состоящим из внешней установки (устройства) для выделения водорода из синтез-газа (катализата), внутреннего устройства для сжигания водорода и системы подачи кислородсодержащего газа с линией ввода воздуха, включающей воздушный компрессор и устройство для циркуляции азота с рекуперационным теплообменником, холодильником, аппаратом воздушного охлаждения, сепаратором и газодувкой.

Недостатками данного устройства нагрева является сложность из-за большого количества оборудования, а также из-за необходимости использования высоких температур (1000-1200°С) в реакторе вследствие уменьшения глубины конверсии при снижении температуры.

Наиболее близким по технической сущности является система (устройство) нагрева материала для хранения водорода [US 2010/0061926 А1, МПК С01В 3/02, B01J 19/00 опубл. 11.03.2010 г.], которая включает устройство нагрева циркулирующего жидкого флюида-теплоносителя (каталитический нагреватель) за счет каталитического сжигания (окисления) кислородом воздуха части водорода, выделяемого из обратимо гидрируемого (насыщаемого водородом) материала (например, гидрида металла или адсорбента), расположенного внутри резервуара, при нагревании гидрируемого материала нагретым теплоносителем, который пропускают через каналы, расположенные в слое гидрируемого материала, отделенные от последнего теплопроводящей стенкой (перегородкой). Каталитический нагреватель заполнен катализатором окисления, соединен с резервуаром линией подачи части водорода, к которой примыкает линия подачи воздуха с газодувкой, линией подачи нагретого теплоносителя, на которой расположен циркуляционный насос, и линией подачи охлажденного теплоносителя, а также оснащен линией вывода влажного воздуха (отходящего газа), содержащего пары воды, образовавшиеся при окислении водорода.

Недостатками известного устройства являются: низкая температура нагрева гидрируемого материала, ограниченная термостабильностью теплоносителя, большой расход энергии на циркуляцию теплоносителя, взрывоопасность из-за соединения линии подачи воздуха с линией подачи водорода в каталитический нагреватель, что приводит к образованию взрывоопасной смеси водорода с воздухом. Известное устройство не применимо для нагрева реакционной зоны каталитического реактора эндотермических каталитических процессов, протекающих с образованием водорода в области температур 500°С и выше.

Задачами изобретения являются: повышение температуры нагрева, снижение расхода энергии и обеспечение взрывобезопасности устройства.

Техническим результатом является повышение температуры нагрева и снижение расхода энергии за счет исключения использования жидкого теплоносителя путем размещения в каталитическом реакторе каталитического нагревателя, отделенного от реакционной зоны водородселективной теплопроводящей перегородкой, а также обеспечение взрывобезопасности устройства за счет подачи кислородсодержащего газа непосредственно в слой катализатора окисления водорода. Дополнительных эффектом является повышение глубины превращения сырья в реакционной зоне каталитического реактора за счет удаления из зоны реакции одного из продуктов реакции - водорода.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве нагрева, включающем каталитический нагреватель с катализатором окисления, оснащенный линией вывода отходящего газа, а также линию подачи воздуха и газодувку, особенностью является то, что нагреватель размещен в реакционной зоне реактора, отделен от реакционной зоны водородселективной и теплопроводящей перегородкой, оснащен линией ввода кислородсодержащего газа, на которой расположен рекуперационный теплообменник, а на линии вывода отходящего газа размещены рекуперационный теплообменник, холодильник и газодувка, на входе в которую к линии вывода отходящего газа примыкает линия подачи воздуха, а на выходе - линия вывода балансового газа, образуя линию подачи кислородсодержащего газа.

Холодильник может быть оснащен системой сепарации и вывода водного конденсата. При недостатке тепла, выделяющегося при окисления водорода для поддержания температуры реакции, каталитический нагреватель может быть оснащен линией подачи топлива. На линии ввода кислородсодержащего газа может быть расположен пусковой нагреватель.

Каталитический нагреватель может быть выполнен, например, в виде трубчатых элементов с газопроницаемой стенкой, на которую нанесена водородселективная мембрана, например, палладийсодержащая, внутри которых размещен катализатор окисления. При этом реактор, теплообменники и газодувка могут быть изготовлены в любом исполнении, известном из уровня техники, работоспособном при термобарических условиях протекающих каталитических процессов.

Размещение в реакционной зоне реактора каталитического нагревателя, отделенного водородселективной и теплопроводящей перегородкой, позволяет, во-первых, передавать тепло в реакционную зону непосредственно через теплопроводящую перегородку, исключив использование жидкого теплоносителя и насоса для его циркуляции, за счет чего исключить расходование энергии на циркуляцию теплоносителя и повысить температуру нагрева реакционной зоны вследствие отсутствия ограничений по термостабильности теплоносителя, а, во-вторых, позволяет вывести из реакционной зоны через водородселективную перегородку по меньшей мере часть водорода, окислить его кислородсодержащим газом, а затем нагреть реакционную зону за счет тепла, выделяющегося при этом. Контакт водорода и кислорода в этом случае происходит в слое катализатора окисления, что исключает опасность взрыва и обеспечивает взрывобезопасность установки. Кроме того, из-за удаления водорода из зоны реакции, равновесие химического процесса смешается в сторону образования целевых продуктов, позволяя или повысить глубину протекания реакции или снизить температуру процесса, дополнительно уменьшая энергозатраты.

Предлагаемое устройство включает каталитический нагреватель, например, в виде трубчатого элемента, заполненного катализатором окисления 1, отделенного водородселективной теплопроводящей перегородкой 2 от реакционной зоны 3, газодувку 4, холодильник 5, рекуперационный теплообменник 6, и может быть оснащено пусковым нагревателем 7 (показан пунктиром).

При работе устройства нагретое сырье подают в реакционную зону 3 по линиям 8, а продукты превращения выводят по линиям 9. Часть водорода из реакционной зоны 3 через перегородку 2 поступает в слой катализатора окисления 1, где контактирует с кислородсодержащим газом, подаваемым по линии 10 с помощью газодувки 4 после нагрева в теплообменнике 6. Тепло, выделяющееся при окислении водорода, нагревает реакционную зону 3, а полученный отходящий газ выводят по линии 11, охлаждают в аппаратах 6 и 5, при необходимости сепарируя водный конденсат (не показано) и смешивают с воздухом, подаваемым по линии 12, для восполнения химического расхода кислорода. Балансовый газ выводят по линии 13. При недостатке тепла окисления водорода в каталитический нагреватель по линии 14 подают топливо (показано пунктиром).

Таким образом, предлагаемое устройство взрывобезопасно, позволяет повысить температуру нагрева, снизить расход энергии и может быть использовано в промышленности.

Устройство для нагрева реакционной зоны каталитического реактора, включающее каталитический нагреватель с катализатором окисления, оснащенный линией вывода отходящего газа, а также линию подачи воздуха и газодувку, отличающееся тем, что нагреватель размещен в реакционной зоне реактора, отделен от реакционной зоны водородселективной и теплопроводящей перегородкой, оснащен линией ввода кислородсодержащего газа, на которой расположен рекуперационный теплообменник, а на линии вывода отходящего газа размещены рекуперационный теплообменник, холодильник и газодувка, на входе в которую к линии вывода отходящего газа примыкает линия подачи воздуха, а на выходе - линия вывода балансового газа, образуя линию подачи кислородсодержащего газа.

Изобретение относится к области материаловедения и может быть использовано при изготовлении наноматериалов. Однородную смесь порошков наноалмазов в количестве 20-35 вес.

Способ детонационного синтеза наноалмазов // 2676614

Изобретение относится к нанотехнологии. В герметичную взрывную камеру помещают заряд взрывчатого вещества, содержащего исходный материал синтеза, например смесь тротила и гексогена, в форме диска с толщиной, близкой к критическому диаметру заряда, в ледяной оболочке.

Труба риформера и устройство для получения синтез-газа // 2676613

Изобретение относится к устройству и трубе риформера для получения синтез-газа, в частности для получения водорода. Устройство имеет трубу (10) риформера для направления течения эдуктов и по меньшей мере одного продукта реакции в объемных потоках с целью получения синтез-газа.

Сетчатая структура углеродного материала и способ для ее производства // 2676287

Изобретение может быть использовано при изготовлении углеродсодержащих композиционных и конструкционных материалов. Поверхность углеродного материала галогенируют путём его обработки галогенсодержащим газом от 1 с до 24 ч при температуре 0–600 °C.

Способ и система для производства жидкого углеводородного продукта с помощью процесса фишера-тропша с использованием синтез-газа, произведенного в реакторе риформинга на основе мембраны транспорта кислорода // 2676062

Изобретение относится к способам производства синтез-газа в системе риформинга на основе мембраны транспорта кислорода и жидкого углеводородного продукта с помощью процесса Фишера-Тропша.

Способ получения модифицированного активного угля // 2676044

Предложен способ модифицирования активного угля. Промышленный активный уголь промывают дистиллированной водой.

Способ получения и очистки синтез-газа // 2675892

Изобретение относится к способу получения и очистки синтез-газа, содержащего CO, H2, CO2, CH4, H2O и N2. Способ включает стадии получения CO- и H2-содержащего потока синтез-газа из углеводородсодержащего сырья, отделения по меньшей мере CO2 от потока синтез-газа и криогенного выделения CO из потока синтез-газа.

Водород-аккумулирующие материалы и способ их получения // 2675882

Изобретение относится к водородным технологиям и водородной энергетике. Водород-аккумулирующие материалы содержат следующие компоненты, мас.%: 97-75 MgH2 и 3-25 никель-графенового катализатора гидрирования, представляющего собой 10 или 25 мас.% наночастиц Ni размером 1-10 нм, равномерно закрепленных на графеновой поверхности.

Способ получения фуллеренов и устройство для его осуществления // 2675865

Изобретение относится к нанотехнологии. Углеродосодержащий материал обрабатывают в электрическом поле между электродом в виде иглы 1, подключенным к источнику высокого напряжения 2, и жидкостным проточным осадительным электродом 3.

Способ производства пористых металлоуглеродных материалов // 2675582

Изобретение может быть использовано при изготовлении электродов топливных элементов, двухслойных конденсаторов, литий-ионных или литий-полимерных батарей, а также катализаторов или адсорбентов.

Универсальная установка пожаротушения // 2676578

Изобретение относится к технике пожаротушения, а именно к установкам, применяемым при тушении загораний на промышленных и других предприятиях, а также в общественных и иных зданиях, на транспорте и других объектах.

Устройство и способ получения ацетилена и синтез-газа // 2673890

Изобретение относится к устройству для получения ацетилена и синтез-газа путем частичного окисления углеводородов кислородом. Устройство включает: реактор, снабженный блоком горелки с топочной камерой, для получения состава Z1, содержащего по меньшей мере ацетилен и замещенный ацетилен, первый скруббер, выполненный для смешивания состава Z1 с растворителем с получением состава Z2, второй скруббер, выполненный для смешивания состава Z2 с растворителем с получением состава Z3, первый отпарной аппарат, выполненный для отпаривания состава Z3 с получением состава Z4, содержащего замещенный ацетилен, ацетилен и растворитель, а также для выделения ацетилена, первую колонну, выполненную для частичной дегазации состава Z4 под давлением от 1,0 до 1,5 бар с получением состава Z5, состава Z10 и первой части А1 растворителя, второй отпарной аппарат, в который можно подавать состав Z5 для отпаривания состава Z9 с получением второй части А2 растворителя и состава Z6, третий отпарной аппарат, выполненный для отпаривания растворителя из первого скруббера с получением состава Z9, причем для подачи состава Z9 во второй отпарной аппарат третий отпарной аппарат соединен со вторым отпарным аппаратом.

Способы и системы переработки природного газа // 2664802

Изобретение относится к способу окислительной конденсации метана для получения углеводородных соединений, содержащих по меньшей мере два атома углерода (соединения C2+).

Газогенератор непрерывного действия // 2654462

Изобретение относится к газогенератору непрерывного действия. При этом газогенератор характеризуется тем, что в цилиндрической части корпуса установлен поршень со штоком, на верхнем торце которого установлен магнит и закреплен гибкий трос, соединенный с электроприводом подъемного механизма; на крышке корпуса газогенератора установлена штанга с закрепленными на ней датчиками нижнего и верхнего положения уровня топлива, а на верхнем торце штанги установлен стопорный механизм; сбоку от корпуса газогенератора установлен механизм загрузки топлива, включающий в себя бункер, соединенный с корпусом газогенератора шнековым каналом, причем конец канала, присоединенный к бункеру, содержит приводной шнек, шток которого соединен с валом электродвигателя, а конец канала, присоединенный к корпусу газогенератора, - электромеханическую заслонку, снабженную электроприводом; выходы датчиков нижнего и верхнего положения уровня топлива подключены к измерительным входам блока управления, а силовые выходы последнего подключены соответственно к электроприводу подъемного механизма, стопорному механизму, электродвигателю приводного шнека и электроприводу электромеханической заслонки.

Химический реактор сжатия // 2640079

Изобретение относится к химическому машиностроению в области переработки углеводородного сырья и может быть использовано в производстве для получения синтез-газа, синтетической нефти, топлива для двигателей внутреннего сгорания.

Способ получения водородсодержащего газа для производства метанола и устройство для его осуществления // 2632846

Группа изобретений относится к способу получения водородсодержащего газа для производства метанола из углеводородных газов (метана, природного газа, попутных нефтяных газов, сланцевых газов) и устройству для осуществления способа, и могут быть использованы в химической, нефте- и газохимической отраслях промышленности, в том числе при создании малотоннажных газохимических производств.

Реактор и способ для получения сероводорода // 2623766

Группа изобретений относится к неорганической химии и может быть использована для получения сероводорода с содержанием сульфанов, не превышающим 600 млн-1. Для получения сероводорода путем проведения экзотермической реакции серы с водородом при повышенных температуре и давлении обеспечивают наличие расплава (3) серы в нижней части (2) реактора (1).

Импульсный газогенератор // 2622137

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для генерирования газов, и может быть использовано для наддува подушек безопасности, авиажелобов для эвакуации пассажиров, спасательных плотов и т.п.

Реактор и способ для получения сероводорода // 2621755

Генератор синтез-газа // 2612632

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Генератор синтез-газа содержит цилиндрический корпус 1, внутри которого с кольцевым зазором установлена камера сгорания 2.

Установка для получения синтез-газа с каталитическим нагревателем // 2677146

Изобретение относится к установкам получения синтез-газа паровым риформингом и может найти применение в нефтегазовой промышленности. Предложена установка, включающая риформер 1 с реакционной зоной 2, заполненной катализатором парового риформинга 4, в котором размещен каталитический нагреватель 3 с водородселективной теплопроводящей перегородкой и катализатором окисления 4, рекуперационный теплообменник 5, а также систему подачи кислородсодержащего газа с газодувкой 6, холодильником 7 и теплообменником 8. При работе установки водно-углеводородную сырьевую смесь 9 нагревают в холодильнике 7, рекуперационном теплообменнике 5 и направляют в риформер 1, где при контакте с катализатором 4 в реакционной зоне 2 образуется синтез-газ, выводимый через рекуперационный теплообменник 5. Водород из синтез-газа диффундирует через перегородку и в присутствии катализатора окисления 4 контактирует с кислородсодержащим газом, подаваемым с помощью газодувки 6 после нагрева в теплообменнике 8. Тепло, выделяющееся при окислении водорода, нагревает катализатор риформинга 4 в реакционной зоне 2, а полученный отходящий газ 12 охлаждают в теплообменнике 8 и холодильнике 7 и смешивают с воздухом 13 для восполнения кислорода, израсходованного на окисление водорода. После газодувки 6 выводят балансовый газ 14. Технический результат - повышение температуры нагрева, снижение расхода энергии и обеспечение взрывобезопасности, а также увеличение выхода и оптимизация состава синтез-газа. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.