RU2580738C1 - Reactor for producing synthesis gas - Google Patents
Reactor for producing synthesis gas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2580738C1 RU2580738C1 RU2015112511/05A RU2015112511A RU2580738C1 RU 2580738 C1 RU2580738 C1 RU 2580738C1 RU 2015112511/05 A RU2015112511/05 A RU 2015112511/05A RU 2015112511 A RU2015112511 A RU 2015112511A RU 2580738 C1 RU2580738 C1 RU 2580738C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- catalytic
- gas
- synthesis gas
- heat exchanger
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
Description
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.The invention relates to the field of chemical engineering, to a catalytic reactor for producing synthesis gas, and in particular to a device for carrying out the catalytic partial oxidation of natural gas, and can be used to produce synthesis gas for the purpose of its use as initiating hydrogen additives to the main fuel in internal combustion engines and in gas turbine engines.
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.Known catalytic reactor (RU 2208475,
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.The disadvantage of this device is the high complexity of the manufacture of reinforced porous materials, a decrease in the total catalytic activity due to the use of reinforcing materials, and the high temperature of the synthesis gas leaving the reactor.
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.A device for generating synthesis gas (RU 2446092, C01B 3/38,
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.The catalytic block is made in the form of axial blocks of alternating flat and corrugated heat-conducting metal-porous catalytic tapes with channels for the passage of gas flows. The submersible heat exchanger is heat integrated with the catalytic reactor.
Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа.The above device is the closest in technical essence to the claimed device and therefore is selected as a prototype.
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.A disadvantage of the known device is its low resource due to overheating of the ignition mixture ignition device included in it during operation and a possible loss of tightness of the detachable flange connection of the mixing and distribution starting device with a cylindrical cooled body during operation of the reactor.
Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - создание компактного реактора с повышенной эффективностью, большим ресурсом работы и небольшой трудоемкостью.The problem solved by the invention is the creation of a compact reactor with increased efficiency, a long service life and low labor intensity.
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.The technical result from the use of the invention is to increase the efficiency of conversion of natural gas to synthesis gas by reducing heat loss and inclusion in the overall engine cooling system, increasing the service life, safety.
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.This result is achieved by the fact that in the reactor for producing synthesis gas containing a mixing and distribution starting device with a tangential input, a spark plug, one or more catalytic units and an immersion heat exchanger, a porous screen is placed in front of the first catalytic unit, at the outlet of the gas stream from the last the catalytic block is an element of high temperature insulation, while on the side surface of the catalytic block is a layer of high temperature insulation, lenny by immersion exchanger annular gap, and the catalyst unit is made of porous material, wherein the reactor is designed as a single, integrated device without heat for detachable connections.
В пусковом устройстве расположена система запуска реактора с газовой горелкой вихревого типа, состоящей из конического распределителя со стабилизатором пламени и содержащей охлаждаемую искровую свечу.In the starting device there is a reactor starting system with a vortex-type gas burner, consisting of a conical distributor with a flame stabilizer and containing a cooled spark plug.
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.The above and other aspects and advantages of the present invention are disclosed in the following detailed description thereof, given with reference to the drawings, in which: 1 - presents the design of the inventive reactor, a cross section; in FIG. 2 is a transverse section along the plane AA.
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.The synthesis gas reactor (Fig. 1) contains a sealed cylindrical cooled case with the following located in it: a mixing and
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.In the design of the reactor there are nozzles for introducing
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
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.When starting up the reactor, working reagents: natural gas and air are supplied through
Реактор может быть изготовлен следующим образом.The reactor can be manufactured as follows.
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.In the manufacture of a reactor for the production of synthesis gas, domestic materials can be used. The mixing and distribution starting device is made in the form of a truncated cone with the tangential introduction of gas reagents, while in the starting mode the device serves as a gas burner with electric ignition, and in the synthesis gas generation mode, as a distribution device.
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.The
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%.A prototype reactor was made, which was tested in real conditions on a Barguzin automobile and worked out more than 1000 operating hours. At the same time, it showed high work efficiency: the proposed device allows you to convert fuel (natural gas) into hydrogen-containing synthesis gas. In the partial oxidation mode, the hydrogen content in the synthesis gas is up to 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.The design of the proposed reactor due to improvements allows you to create a compact reactor with good dynamic and resource characteristics. The reactor can be used both in the partial oxidation of fuel mode and in the mixed air-carbon-dioxide conversion mode, which is very important when used in conjunction with internal combustion engines. Using the mixed conversion mode allows to reduce the operating temperature of the reactor and, accordingly, increase the resource, as well as reduce the risk of soot precipitation during transient conditions and increase the hydrogen content in the synthesis gas through the use of oxidizing agents in the form of water vapor and carbon dioxide.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015112511/05A RU2580738C1 (en) | 2015-04-06 | 2015-04-06 | Reactor for producing synthesis gas |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015112511/05A RU2580738C1 (en) | 2015-04-06 | 2015-04-06 | Reactor for producing synthesis gas |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2580738C1 true RU2580738C1 (en) | 2016-04-10 |
Family
ID=55794256
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015112511/05A RU2580738C1 (en) | 2015-04-06 | 2015-04-06 | Reactor for producing synthesis gas |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2580738C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2775968C1 (en) * | 2018-10-01 | 2022-07-12 | Милена-Ольга Джойнт Инновейшн Эссетс Б.В. | Reactor for producing synthesis gas from fuel |
US11752481B2 (en) | 2018-10-01 | 2023-09-12 | Milena-Olga Joint Innovation Assets B.V. | Reactor for producing a synthesis gas from a fuel |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2208475C2 (en) * | 2001-04-26 | 2003-07-20 | Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН | Catalytic reactor for synthesis gas production |
US6641625B1 (en) * | 1999-05-03 | 2003-11-04 | Nuvera Fuel Cells, Inc. | Integrated hydrocarbon reforming system and controls |
RU2446092C2 (en) * | 2010-06-25 | 2012-03-27 | Учреждение Российской академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН | Onboard synthesis gas generator |
-
2015
- 2015-04-06 RU RU2015112511/05A patent/RU2580738C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6641625B1 (en) * | 1999-05-03 | 2003-11-04 | Nuvera Fuel Cells, Inc. | Integrated hydrocarbon reforming system and controls |
RU2208475C2 (en) * | 2001-04-26 | 2003-07-20 | Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН | Catalytic reactor for synthesis gas production |
RU2446092C2 (en) * | 2010-06-25 | 2012-03-27 | Учреждение Российской академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН | Onboard synthesis gas generator |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2775968C1 (en) * | 2018-10-01 | 2022-07-12 | Милена-Ольга Джойнт Инновейшн Эссетс Б.В. | Reactor for producing synthesis gas from fuel |
US11752481B2 (en) | 2018-10-01 | 2023-09-12 | Milena-Olga Joint Innovation Assets B.V. | Reactor for producing a synthesis gas from a fuel |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1787950B1 (en) | Fuel reformer and methods for using the same | |
RU2415073C2 (en) | Compact reforming reactor | |
CN103904350B (en) | The SOFC system auxiliary element of a kind of integrated heat exchange and catalytic reaction | |
GB2296719A (en) | Fuel reforming apparatus and electric power generating system | |
CN108474550A (en) | Method and apparatus for the flammability for adjusting fuel are discharged especially for the exhaust gas for reducing combustion apparatus | |
RU2008113706A (en) | METHOD FOR CREATING A HYDROGEN ENERGY CHEMICAL COMPLEX AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
JP2020509530A (en) | Starting burner for fuel cell system | |
JP5905933B2 (en) | Waste heat recovery device and waste heat recovery method | |
RU2624690C1 (en) | Gaz turbine installation and method of functioning of gas turbine installation | |
RU2580738C1 (en) | Reactor for producing synthesis gas | |
CN102782412B (en) | Device for providing hot exhaust gases | |
RU2010127226A (en) | DEVICE FOR PREPARATION OF ASSOCIATED OIL GASES FOR USE IN POWER PLANTS AND METHOD OF ITS OPERATION | |
RU2372277C1 (en) | Method of producing hydrogen and device to this end | |
EP1899642A1 (en) | Method for burning hydrogen and burner therefor | |
JP6633995B2 (en) | Fuel reforming engine system and operating method thereof | |
RU2286308C2 (en) | Radial type device for production of the synthesis gas | |
RU2440507C1 (en) | Device for pre-startup heating of engine, independent heating, generation of hydrogen-bearing gas and operating method of device | |
JPH07106881B2 (en) | Fuel cell reformer device | |
RU2465194C1 (en) | Synthesis gas generator reactor | |
RU110289U1 (en) | DEVICE FOR PRODUCING SYNTHESIS GAS | |
KR102407649B1 (en) | Auxiliary cooling water storage device and Energy generating device having the same | |
EP3410013B1 (en) | Combustion gas supply system | |
RU2446092C2 (en) | Onboard synthesis gas generator | |
RU2801525C1 (en) | Device for obtaining a hydrogen-containing mixture from ammonia | |
JP2003017095A (en) | Passive element for controlling transient temperature during fuel processor start-up. |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190407 |