WO2012141621A1 - Method for producing hydrogen - Google Patents
Method for producing hydrogen Download PDFInfo
- Publication number
- WO2012141621A1 WO2012141621A1 PCT/RU2012/000332 RU2012000332W WO2012141621A1 WO 2012141621 A1 WO2012141621 A1 WO 2012141621A1 RU 2012000332 W RU2012000332 W RU 2012000332W WO 2012141621 A1 WO2012141621 A1 WO 2012141621A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- carbon
- reaction medium
- hydrogen
- zone
- dissociation
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
- C01B3/22—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds
- C01B3/24—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/57—Gasification using molten salts or metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/72—Other features
- C10J3/82—Gas withdrawal means
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0266—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a decomposition step
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0903—Feed preparation
- C10J2300/0906—Physical processes, e.g. shredding, comminuting, chopping, sorting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
- C10J2300/093—Coal
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
- C10J2300/0946—Waste, e.g. MSW, tires, glass, tar sand, peat, paper, lignite, oil shale
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0953—Gasifying agents
- C10J2300/0956—Air or oxygen enriched air
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0953—Gasifying agents
- C10J2300/0959—Oxygen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0953—Gasifying agents
- C10J2300/0969—Carbon dioxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0953—Gasifying agents
- C10J2300/0973—Water
- C10J2300/0976—Water as steam
Definitions
- the invention relates to methods for the production of hydrogen, and in particular to methods for producing hydrogen from raw materials containing carbon and hydrogen and can be used in metallurgy, energy, chemical industry, for the production of automotive hydrogen fuel.
- Raw materials containing carbon and hydrogen are understood as oil and products of its processing, natural and associated gas, coal, shale, and other materials containing carbon and hydrogen.
- a known method for the production of hydrogen including the supply of raw materials containing carbon and hydrogen and an oxidizing agent to the catalyst, the removal of reaction products (RU 2 201 392, C01B 3/38).
- the specified method requires a catalyst, which complicates and increases the cost of hydrogen production.
- the closest in technical essence and the achieved result is a method for the production of hydrogen from raw materials containing carbon and hydrogen, including the formation of a reaction medium from a liquid metal with a temperature above 1200 ° C, with a gas space above its surface, supplying a raw material containing carbon to the reaction medium and hydrogen and an oxidizing agent (RU N ° 2 322 385, ⁇ 01 ⁇ 3/32).
- This method provides a high degree of conversion of raw materials containing carbon and hydrogen to hydrogen without the use of a catalyst.
- An object of the invention is to obtain substantially pure hydrogen without the operation of separating the gas mixture.
- almost pure hydrogen is meant a gas containing at least 90% H 2 by weight.
- An additional object of the invention is the simultaneous production of hydrogen to obtain a second gas stream containing carbon monoxide (CO).
- the reaction medium consists of two interconnected zones: zones of dissociation of raw materials containing carbon and hydrogen and zones of carbon oxidation, gas space above these zones deleno, supplying a feedstock containing carbon and hydrogen to the reaction medium is carried out in the dissociation zone, the oxidant is supplied to the reaction medium in the carbon oxidation zone, the gaseous reaction products are removed separately from the dissociation zone and the carbon oxidation zone, the carbon content in the reaction medium is higher than 0.5% by mass, the liquid metal of the reaction medium has a lower affinity for oxygen than carbon.
- oxidizing agent air, oxygen, water vapor or drop moisture, carbon dioxide can be used. All these types of oxidizing agent can be used both separately from each other, and together in various combinations.
- any metal with a lower affinity for oxygen than carbon can be used, in which the solubility of carbon at a temperature above 1200 ° C is more than 0.5% by weight.
- any materials with different ratios of hydrogen and carbon can be used.
- Other elements may be contained in the feed.
- the process is as follows.
- a reaction medium is formed from liquid metal, for example, by melting it or by pouring a preliminary molten metal.
- the reaction medium which is the dissociation zone, feed materials containing carbon and hydrogen are fed.
- an oxidizing agent is supplied.
- Raw materials containing carbon and hydrogen can be supplied in various states, in gaseous, liquid, pasty or solid form.
- the feed can be carried out in various combinations through the upper, lower or lateral surface of the reaction medium in the dissociation zone.
- the oxidizing agent can be supplied in various combinations through the upper, lower or lateral surface of the reaction medium in the zone of carbon oxidation.
- raw materials containing carbon and hydrogen and an oxidizing agent can be fed into the reaction medium as a single stream or dispersed in the corresponding zones.
- the resulting hydrogen is removed from the reaction medium into the gas space in the dissociation zone.
- the resulting carbon monoxide (CO) is removed from the reaction medium into the gas space above the oxidation zone. That is, in the dissociation zone, carbonization of the liquid metal with carbon occurs during the thermal dissociation of raw materials containing carbon and hydrogen, and in the oxidation zone, this carbon is oxidized.
- the zones of the reaction medium are interconnected, carbon is transferred from the dissociation zone to the oxidation zone in the reaction medium due to diffusion, due to mixing, for example, with raw materials containing carbon and hydrogen, an oxidizing agent, and gaseous reaction products.
- the separation of the gas space above the zones of oxidation and dissociation provides two non-miscible streams of gaseous reaction products: a stream of hydrogen and a stream formed during the interaction of the oxidizing agent with carbon, which are removed separately from each other.
- the separation of the gas space can be complete when not only the gas space is separated, but also partially the zones of carbon dissociation and oxidation, and partially when only the partial gas space is separated. It is important that the pelvic fluxes from the zones of dissociation and oxidation of carbon are not mixed.
- the process is only possible if the carbon content in the reaction medium is higher than 0.5% by weight. That is, for example, iron can be used as a reaction medium, but copper, for example, cannot be used, since carbon dissolves in iron, but practically none in copper. With a lower carbon content in the reaction medium, it is not possible to efficiently transfer the raw materials formed by thermal decomposition containing carbon and hydrogen carbon from the dissociation zone to the oxidation zone.
- the oxidizing agent will oxidize the metal of the reaction medium, which will lead to the consumption of metal and, ultimately, to the impossibility of the process. The same will happen if the metal has a greater affinity for oxygen than carbon. That is, for example, iron can be used as a reaction medium, but aluminum, magnesium, calcium, for example, cannot be used, since iron at process temperatures has a lower affinity for oxygen than carbon, and aluminum, magnesium, and calcium are larger.
- the temperature of the liquid metal should be above 1200 ° C. If the temperature is lower, the degree of dissociation of raw materials containing carbon and hydrogen will decrease, which will reduce the amount of hydrogen produced.
- the dimensions of the dissociation and oxidation zones depend on a number of parameters: temperature, feed rate and depth, method and place of introduction of raw materials containing carbon and hydrogen and / or an oxidizing agent into the reaction medium, geometry of the reaction space and other parameters.
- the intensity of the oxidizing agent supply to the reaction medium can be several m 3 per 1 ton of metal in the oxidation zone per minute, for example 1 or 5.
- reaction medium in a substantially horizontal direction. This contributes to a more efficient transfer of carbon from the dissociation zone to the oxidation zone, equalization of temperature in these zones.
- Such circulation can be carried out by electromagnetic stirring of the reaction medium, by mechanical or pneumatic stirring. It is also possible to periodically change the pressure over one or both zones to transfer liquid metal from one zone to another and vice versa. It is also possible to feed a feed containing carbon and hydrogen and / or an oxidizing agent by misaligned jets through the side surface of the reaction medium so that it circulates in a substantially horizontal direction.
- the carbon content in the liquid metal of the reaction medium should be higher than 0.5% by weight at temperatures above 1200 ° C. There are a lot of such metals, but the most simple and cheap is to use an alloy consisting mainly of iron as a reaction medium.
- the feedstock containing carbon and hydrogen and / or the oxidizing agent is preheated, it is easier to maintain the temperature of the reaction medium. It is advisable that the feedstock containing carbon and hydrogen and / or the oxidizing agent be preheated with the heat of the gaseous reaction products.
- the amount of oxidizing agent supplied to the reaction medium is substantially sufficient to oxidize the carbon supplied to it to carbon monoxide (CO).
- CO carbon monoxide
- a sufficient amount of oxidizing agent for this does not imply strict equality at every moment of time, but on the whole, such a ratio should be maintained. This will ensure the maintenance of carbon in the reaction medium at a level that allows the implementation of the process. If the amount of oxidizing agent is less, then the metal of the reaction medium will be saturated with carbon above the limit of its solubility in the metal, carbon will accumulate in the reaction medium in the form of solid carbon, partially removed with gaseous reaction products, which will reduce their quality. Otherwise, the carbon content will decrease and, ultimately, will become lower than 0.5% by mass, which will make the process impossible.
- a liquid metal reaction medium needs to be periodically updated. Updating can be carried out both by replacing part of the reaction medium, and by completely replacing it. This may be necessary if the feedstock containing carbon and hydrogen contains sulfur, and the production of gaseous reaction products with a low sulfur content is required.
- sulfur dissolves in the metal.
- gaseous reaction products contain less sulfur.
- the sulfur concentration in the metal will increase and there will be no effect of reducing the sulfur content in gaseous reaction products due to the dissolution of sulfur in the metal.
- part or all of the reaction medium is renewed by draining the used metal and adding a sulfur-free metal.
- the molten metal may be subjected to sulfur removal by any known method and then reused.
- the reaction medium is formed from an alloy containing 97% iron and 3% carbon (hereinafter, percent by weight is meant).
- the temperature of the reaction medium is 1450 ° C.
- the dissociation zone of the reaction medium has dimensions (length / width / height) of 1000/1000/1000 mm.
- the carbon oxidation zone of the reaction medium has dimensions (length / width / height) of 500/1000/1000 mm. These zones are interconnected. Above the reaction medium, the gas space is divided above these zones by a partition from refractories, which is buried 100 mm into the reaction medium. In the gas space above both zones pressure is maintained close to atmospheric.
- Raw materials containing carbon and hydrogen are fed through the side surface of the dissociation zone below the surface of the reaction medium by 700 mm in an amount of 500 m 3 / hour (hereinafter, the volume of gases is given for normal conditions) by jet.
- An oxidizing agent oxygen
- oxidizing agent oxygen
- carbon in an amount of about 268 kilograms is dissolved in the reaction medium.
- Carbon monoxide is partially directed into radiation pipes located in the gas space above the reaction medium, where it is burned, ensuring the temperature of the reaction medium is maintained.
- the remaining carbon monoxide is sent to a gas cooler (boiler), then to a gas turbine to produce electricity, the combustion products are cooled together with the gaseous products after the radiation pipes.
- the heat generated during cooling of carbon monoxide and its combustion products is used to produce steam in the boiler.
- Carbon dioxide after the boiler is captured and partially sent to produce solid carbon dioxide (dry ice), partially pumped into underground storage. This process scheme provides zero emissions of carbon dioxide into the atmosphere when using raw materials containing carbon and hydrogen.
- Example 2 Example 2
- the reaction medium is formed from an alloy containing 98% cobalt and 2% carbon.
- the temperature of the reaction medium is 1550 ° C.
- the dissociation zone of the reaction medium has dimensions (length / width / height) of 30/20/50 mm.
- the zone of carbon oxidation of the reaction medium has dimensions (length / width / height) 40/20/50 mm. These zones are interconnected.
- Above the reaction medium the gas space is divided above these zones by a partition of refractories. In the gas space above the dissociation zone and the oxidation zone, an increased pressure of 2 atm is maintained.
- Raw materials containing carbon and hydrogen (fuel oil) are fed through the lower surface of the dissociation zone in an amount of 300 grams / hour.
- the carbon content in fuel oil is 85%, hydrogen - 15%.
- carbon (graphite) is supplied to the reaction medium in an amount of 300 grams / hour.
- An oxidizing agent carbon dioxide - C0 2
- Carbon in an amount of about 555 grams is dissolved in the reaction medium.
- Electromagnetic stirring of the reaction medium is carried out, including in the horizontal direction, and dissolved carbon is delivered to the carbon oxidation zone.
- Partial carbon monoxide afterburning products in a heat exchanger heat the raw materials containing carbon and hydrogen to 400 ° C and then are sent as fuel to the burners. If it is necessary to obtain pure carbon monoxide together with hydrogen, it is not burned above the reaction medium, and the temperature of the reaction medium is maintained from an external source of electric heating.
- the reaction medium is formed from an alloy containing 96% iron and 4% carbon.
- the temperature of the reaction medium is 1500 ° C.
- the dissociation zone of the reaction medium has dimensions (length / width / height) of 500/300/800 mm.
- the dissociation zone and the carbon oxidation zone are interconnected. Above the reaction medium, the gas space is divided above these zones by a partition of refractories. In the gas space above the dissociation zone and oxidation zones is supported pressure close to atmospheric.
- Raw materials containing carbon and hydrogen are fed through the lower upper zone of dissociation in an amount of 100 m 3 / h.
- the oxidizing agent oxygen
- the oxidizing agent is fed into the reaction medium in the zone of carbon oxidation through the side in the amount of 25 m 3 / hour in each oxidation zone.
- oxygen oxygen
- the reaction medium including in the horizontal direction, to accelerate the transfer of carbon and the dissociation zone to the oxidation zones, the pressure is increased periodically (every 30 seconds by 30 seconds) in the gas space above the dissociation zone. water pillar.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
The invention relates to the production of practically pure hydrogen from a raw material containing carbon and hydrogen, without an operation involving separation of the gas mixture. In addition a second gaseous stream containing carbon monoxide (СО) is obtained at the same time as the hydrogen is obtained. The aforementioned technical result is achieved in that the reaction medium of liquid metal at a temperature above 1200°С consists of two zones connected to one another: a dissociation zone and a carbon oxidation zone, the gas space above these zones is separate, the raw material containing carbon and hydrogen is fed to the reaction mixture in the dissociation zone, an oxidizing agent is fed to the reaction medium in the carbon oxidation zone, gaseous reaction products are removed separately from the dissociation zone and the carbon oxidation zone, the carbon content in the reaction mixture is maintained above 0.5 wt.%, and the liquid metal of the reaction medium has less affinity for oxygen than carbon does.
Description
Способ производства водорода. Method for the production of hydrogen.
Изобретение относится к способам производства водорода, а именно к способам производства водорода из сырья, содержащего углерод и водород и может применяться в металлургии, энергетике, химической промышленности, для производства автомобильного водородного топлива. The invention relates to methods for the production of hydrogen, and in particular to methods for producing hydrogen from raw materials containing carbon and hydrogen and can be used in metallurgy, energy, chemical industry, for the production of automotive hydrogen fuel.
Под сырьем, содержащим углерод и водород понимается нефть и продукты ее переработки, природный и попутный газ, уголь, сланцы, и другие материалы, содержащие углерод и водород. Raw materials containing carbon and hydrogen are understood as oil and products of its processing, natural and associated gas, coal, shale, and other materials containing carbon and hydrogen.
Известен способ производства водорода, включающий подачу сырья, содержащего углерод и водород и окислителя к катализатору, отвод продуктов реакции (RU 2 201 392, С01В 3/38). A known method for the production of hydrogen, including the supply of raw materials containing carbon and hydrogen and an oxidizing agent to the catalyst, the removal of reaction products (RU 2 201 392, C01B 3/38).
Указанный способ требует наличия катализатора, что усложняет и удорожает производство водорода. The specified method requires a catalyst, which complicates and increases the cost of hydrogen production.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ производства водорода из сырья, содержащего углерод и водород, включающий образование реакционной среды из жидкого металла с температурой выше 1200 °С, с газовым пространством над ее поверхностью, подачу в реакционную среду сырья, содержащего углерод и водород и окислителя (RU N° 2 322 385, С01В 3/32). The closest in technical essence and the achieved result is a method for the production of hydrogen from raw materials containing carbon and hydrogen, including the formation of a reaction medium from a liquid metal with a temperature above 1200 ° C, with a gas space above its surface, supplying a raw material containing carbon to the reaction medium and hydrogen and an oxidizing agent (RU N ° 2 322 385, С01В 3/32).
Этот способ обеспечивает высокую степень конверсии сырья, содержащего углерод и водород в водород без использования катализатора. This method provides a high degree of conversion of raw materials containing carbon and hydrogen to hydrogen without the use of a catalyst.
Недостатком известного способа является то, что водород производится в смеси с другими газами, основными из которых являются СО, С02 и Н20. Для дальнейшего использования водорода необходимо его отделение от этих газов. The disadvantage of this method is that hydrogen is produced in a mixture with other gases, the main of which are CO, C0 2 and H 2 0. For further use of hydrogen, it is necessary to separate it from these gases.
Технической задачей изобретения является получение практически чистого водорода без операции разделения газовой смеси. Под практически чистым водородом понимается газ, содержащий не менее 90 % Н2 по массе. An object of the invention is to obtain substantially pure hydrogen without the operation of separating the gas mixture. Under almost pure hydrogen is meant a gas containing at least 90% H 2 by weight.
Дополнительной задачей изобретения является одновременное с получением водорода получение второго газового потока, содержащего окись углерода (СО). An additional object of the invention is the simultaneous production of hydrogen to obtain a second gas stream containing carbon monoxide (CO).
Эта задача решается тем, что в известном способе производства водорода из сырья, содержащего углерод и водород, включающим образование реакционной среды из жидкого металла с температурой выше 1200 °С, с газовым пространством над ее поверхностью, подачу в реакционную среду сырья, содержащего углерод и водород и окислителя, согласно предлагаемому изобретению реакционная среда состоит из двух соединенных между собой зон: зоны диссоциации сырья, содержащего углерод и водород и зоны окисления углерода, газовое пространство над этими зонами разделено, подачу сырья, содержащего углерод и водород в реакционную среду осуществляют в зоне диссоциации, окислитель подают в реакционную среду в зоне окисления углерода,
отводят газообразные реакционные продукты отдельно из зоны диссоциации и зоны окисления углерода, поддерживают содержание углерода в реакционной среде выше 0,5 % по массе, жидкий металл реакционной среды имеет меньшее сродство к кислороду, чем углерод. This problem is solved by the fact that in the known method for the production of hydrogen from raw materials containing carbon and hydrogen, including the formation of a reaction medium from a liquid metal with a temperature above 1200 ° C, with a gas space above its surface, supplying a raw material containing carbon and hydrogen to the reaction medium and an oxidizing agent, according to the invention, the reaction medium consists of two interconnected zones: zones of dissociation of raw materials containing carbon and hydrogen and zones of carbon oxidation, gas space above these zones deleno, supplying a feedstock containing carbon and hydrogen to the reaction medium is carried out in the dissociation zone, the oxidant is supplied to the reaction medium in the carbon oxidation zone, the gaseous reaction products are removed separately from the dissociation zone and the carbon oxidation zone, the carbon content in the reaction medium is higher than 0.5% by mass, the liquid metal of the reaction medium has a lower affinity for oxygen than carbon.
В качестве окислителя может использоваться воздух, кислород, пары воды или капельная влага, двуокись углерода. Все эти типы окислителя могут использоваться как отдельно друг от друга, так и вместе в различных сочетаниях. As an oxidizing agent, air, oxygen, water vapor or drop moisture, carbon dioxide can be used. All these types of oxidizing agent can be used both separately from each other, and together in various combinations.
В качестве жидкого металла может использоваться любой металл с меньшим сродством к кислороду, чем углерод, в котором растворимость углерода при температуре выше 1200 °С больше 0,5 % по массе. As the liquid metal, any metal with a lower affinity for oxygen than carbon can be used, in which the solubility of carbon at a temperature above 1200 ° C is more than 0.5% by weight.
В качестве сырья, содержащего углерод и водород могут использоваться любые материалы с различным соотношением в них водорода и углерода. В сырье могут содержаться и другие элементы. As raw materials containing carbon and hydrogen, any materials with different ratios of hydrogen and carbon can be used. Other elements may be contained in the feed.
Процесс осуществляется следующим образом. The process is as follows.
Образуют реакционную среду из жидкого металла, например, путем его расплавления или путем заливки предварительного расплавленного. В одну часть реакционной среды, являющейся зоной диссоциации, подают сырье, содержащего углерод и водород. В другую, являющейся зоной окисления углерода, подают окислитель. A reaction medium is formed from liquid metal, for example, by melting it or by pouring a preliminary molten metal. In one part of the reaction medium, which is the dissociation zone, feed materials containing carbon and hydrogen are fed. In another, which is a zone of carbon oxidation, an oxidizing agent is supplied.
Сырье, содержащее углерод и водород может подаваться в различных состояниях, в газообразном, жидком, пастообразном или твердом виде. Подача может осуществляться в различных сочетаниях через верхнюю, нижнюю или боковую поверхность реакционной среды в зоне диссоциации. Raw materials containing carbon and hydrogen can be supplied in various states, in gaseous, liquid, pasty or solid form. The feed can be carried out in various combinations through the upper, lower or lateral surface of the reaction medium in the dissociation zone.
Окислитель может подаваться в различных сочетаниях через верхнюю, нижнюю или боковую поверхность реакционной среды в зоне окисления углерода. The oxidizing agent can be supplied in various combinations through the upper, lower or lateral surface of the reaction medium in the zone of carbon oxidation.
И сырье, содержащее углерод и водород и окислитель могут подаваться в реакционную среду в виде одного потока или рассредоточено по соответствующим зонам. And raw materials containing carbon and hydrogen and an oxidizing agent can be fed into the reaction medium as a single stream or dispersed in the corresponding zones.
При подаче сырья, содержащего углерод и водород в реакционную среду происходит их термическое разложение: CmHn— mC + n/2H2. When raw materials containing carbon and hydrogen are fed into the reaction medium, they are thermally decomposed: C m H n - mC + n / 2H 2 .
Образующийся водород удаляется из реакционной среды в газовое пространство на зоной диссоциации. The resulting hydrogen is removed from the reaction medium into the gas space in the dissociation zone.
Углерод растворяется в жидком металле. Carbon dissolves in liquid metal.
Окислитель подается в реакционную среду в зоне окисления углерода. Если окислителем является, например, кислород, то в зоне окисления протекает реакция: 2С + 02 = 2 СО. The oxidizing agent is fed into the reaction medium in the zone of carbon oxidation. If the oxidizing agent is, for example, oxygen, then the reaction proceeds in the oxidation zone: 2C + 0 2 = 2 CO.
Образующаяся окись углерода (СО) удаляется из реакционной среды в газовое пространство над зоной окисления.
To есть, в зоне диссоциации происходит науглероживание жидкого металла углеродом, образующимся при термической диссоциации сырья, содержащего углерод и водород, а в зоне окисления - окисление этого углерода. The resulting carbon monoxide (CO) is removed from the reaction medium into the gas space above the oxidation zone. That is, in the dissociation zone, carbonization of the liquid metal with carbon occurs during the thermal dissociation of raw materials containing carbon and hydrogen, and in the oxidation zone, this carbon is oxidized.
Зоны реакционной среды соединены между собой, перенос углерода из зоны диссоциации в зону окисления осуществляется в реакционной среде за счет диффузии, за счет перемешивания, например, сырьем, содержащим углерод и водород, окислителем, газообразными реакционными продуктами. The zones of the reaction medium are interconnected, carbon is transferred from the dissociation zone to the oxidation zone in the reaction medium due to diffusion, due to mixing, for example, with raw materials containing carbon and hydrogen, an oxidizing agent, and gaseous reaction products.
Разделение газового пространства над зонами окисления и диссоциации обеспечивает получение двух не смешивающийся потоков газообразных реакционных продуктов: потока водорода и потока, образующегося при взаимодействии окислителя с углеродом, которые отводятся отдельно друг от друга. Причем разделение газового пространства может быть полным, когда разделяется не только газовое пространство, но и частично зоны диссоциации и окисления углерода, так и частичным, когда осуществляют только частичное разделение газового пространства. Важно, чтобы при этом тазовые потоки из зон диссоциации и окисления углерода не смешивались. The separation of the gas space above the zones of oxidation and dissociation provides two non-miscible streams of gaseous reaction products: a stream of hydrogen and a stream formed during the interaction of the oxidizing agent with carbon, which are removed separately from each other. Moreover, the separation of the gas space can be complete when not only the gas space is separated, but also partially the zones of carbon dissociation and oxidation, and partially when only the partial gas space is separated. It is important that the pelvic fluxes from the zones of dissociation and oxidation of carbon are not mixed.
Процесс возможен только в том случае, если содержание углерода в реакционной среде выше 0,5 % по массе. То есть, в качестве реакционной среды можно использовать, например, железо, но нельзя использовать, например, медь, так как углерод в железе растворяется, а в меди практически нет. При более низком содержании углерода в реакционной среде невозможно обеспечить эффективный перенос образующегося при термическом разложении сырья, содержащего углерод и водород углерода из зоны диссоциации в зону окисления. Кроме того при температурах выше 1200 °С при содержании углерода в реакционной среде ниже 0,5 % по массе окислитель будет окислять металл реакционной среды, что приведет к расходованию металла и, в конечном счете, к невозможности осуществления процесса. Это же произойдет, если металл имеет большее сродство к кислороду, чем углерод. То есть, в качестве реакционной среды можно использовать, например, железо, но нельзя использовать, например, алюминий, магний, кальций, так как железо при температурах процесса имеет меньшее сродство к кислороду, чем углерод, а алюминий, магний, кальций большее. The process is only possible if the carbon content in the reaction medium is higher than 0.5% by weight. That is, for example, iron can be used as a reaction medium, but copper, for example, cannot be used, since carbon dissolves in iron, but practically none in copper. With a lower carbon content in the reaction medium, it is not possible to efficiently transfer the raw materials formed by thermal decomposition containing carbon and hydrogen carbon from the dissociation zone to the oxidation zone. In addition, at temperatures above 1200 ° C with a carbon content in the reaction medium below 0.5% by weight, the oxidizing agent will oxidize the metal of the reaction medium, which will lead to the consumption of metal and, ultimately, to the impossibility of the process. The same will happen if the metal has a greater affinity for oxygen than carbon. That is, for example, iron can be used as a reaction medium, but aluminum, magnesium, calcium, for example, cannot be used, since iron at process temperatures has a lower affinity for oxygen than carbon, and aluminum, magnesium, and calcium are larger.
Если содержание углерода снижается, увеличивают подачу сырья, содержащего углерод и водород и/или уменьшают подачу окислителя. При увеличении содержания углерода уменьшают подачу сырья, содержащего углерод и водород и/или увеличивают подачу окислителя. If the carbon content is reduced, increase the supply of raw materials containing carbon and hydrogen and / or reduce the supply of oxidizing agent. With an increase in carbon content, the supply of raw materials containing carbon and hydrogen is reduced and / or the supply of oxidizing agent is increased.
Температура жидкого металла должна быть выше 1200 °С. Если температура будет ниже, степень диссоциации сырья, содержащего углерод и водород снизится, что уменьшит количество произведенного водорода. The temperature of the liquid metal should be above 1200 ° C. If the temperature is lower, the degree of dissociation of raw materials containing carbon and hydrogen will decrease, which will reduce the amount of hydrogen produced.
При уменьшении температуры реакционной среды можно увеличить подачу сырья, содержащего углерод и водород и окислителя. Можно также использовать тепло от внешнего источника. При росте температуры можно производить обратные действия. By reducing the temperature of the reaction medium, it is possible to increase the supply of raw materials containing carbon and hydrogen and an oxidizing agent. You can also use heat from an external source. With increasing temperature, the opposite can be done.
Размеры зон диссоциации и окисления зависят от ряда параметров: температуры, интенсивности подачи и глубины, способа и места ввода сырья, содержащего углерод и водород и/или окислителя в реакционную среду, геометрии реакционного пространства и
других параметров. Интенсивность подачи окислителя в реакционную среду может составлять несколько м3 на 1 тонну металла в зоне окисления в минуту, например 1 или 5. При реализации процесса важно обеспечить, чтобы газообразные реакционные продукты зоны диссоциации и зоны окисления выходили в газовое пространство над реакционной средой отдельно друг от друга. Этого можно добиться, рассчитав геометрические размеры реакционной среды, используя известные методы расчета или определив их экспериментально. The dimensions of the dissociation and oxidation zones depend on a number of parameters: temperature, feed rate and depth, method and place of introduction of raw materials containing carbon and hydrogen and / or an oxidizing agent into the reaction medium, geometry of the reaction space and other parameters. The intensity of the oxidizing agent supply to the reaction medium can be several m 3 per 1 ton of metal in the oxidation zone per minute, for example 1 or 5. When implementing the process, it is important to ensure that the gaseous reaction products of the dissociation zone and the oxidation zone exit separately into the gas space above the reaction medium from friend. This can be achieved by calculating the geometric dimensions of the reaction medium, using known calculation methods, or by determining them experimentally.
Примеры схем реализации процесса приведены на Фиг.1 и Фиг.2. Возможны и другие варианты. Использованные обозначения: Examples of process implementation schemes are shown in FIG. 1 and FIG. 2. Other options are possible. Notation Used:
1 - зона диссоциации, 2 - зона окисления углерода (1 и 2 соединены друг с другом), 1 - zone of dissociation, 2 - zone of carbon oxidation (1 and 2 are connected to each other),
3 - газовое пространство над зоной диссоциации, 4 - газовое пространство над зоной окисления углерода (3 и 4 разделены друг от друга). 3 - gas space above the dissociation zone, 4 - gas space above the carbon oxidation zone (3 and 4 are separated from each other).
Иногда, для интенсификации процесса целесообразно дополнительно осуществлять циркуляцию реакционной среды по существу в горизонтальном направлении. Это способствует более эффективному переносу углерода из зоны диссоциации в зону окисления, выравниванию температуры в этих зонах. Такую циркуляцию можно осуществить путем электромагнитного перемешивания реакционной среды, путем ее механического или пневматического перемешивания. Также можно периодически изменяя давление над одной или обеими зонами перемещать жидкий металл из одной зоны в другую и обратно. Можно также осуществлять подачу сырья, содержащего углерод и водород и/или окислителя несоосными струями через боковую поверхность реакционной среды, чтобы осуществлялась ее циркуляция по существу в горизонтальном направлении. Sometimes, to intensify the process, it is advisable to further circulate the reaction medium in a substantially horizontal direction. This contributes to a more efficient transfer of carbon from the dissociation zone to the oxidation zone, equalization of temperature in these zones. Such circulation can be carried out by electromagnetic stirring of the reaction medium, by mechanical or pneumatic stirring. It is also possible to periodically change the pressure over one or both zones to transfer liquid metal from one zone to another and vice versa. It is also possible to feed a feed containing carbon and hydrogen and / or an oxidizing agent by misaligned jets through the side surface of the reaction medium so that it circulates in a substantially horizontal direction.
Наиболее технически просто поддерживать в газовом пространстве над реакционной средой давление близкое к атмосферному. It is most technically simple to maintain a pressure close to atmospheric in the gas space above the reaction medium.
Иногда полезно поддерживать в газовом пространстве над реакционной средой давление выше атмосферного. Это позволяет, например, транспортировать газовые реакционные потоки по трубопроводам без дополнительной компрессии. It is sometimes useful to maintain a pressure above atmospheric in the gas space above the reaction medium. This makes it possible, for example, to transport gas reaction flows through pipelines without additional compression.
Также полезно поддерживать в газовом пространстве над реакционной средой над зоной диссоциации и зоной окисления углерода различные давления. Это полезно в случае, например, когда водород транспортируется по трубопроводам, а газообразный реакционный продукт из зоны окисления используется сразу, например, сжигается для получения тепла. It is also useful to maintain various pressures in the gas space above the reaction medium above the dissociation zone and the carbon oxidation zone. This is useful in the case, for example, when hydrogen is transported through pipelines, and the gaseous reaction product from the oxidation zone is used immediately, for example, it is burned to produce heat.
Содержание углерода в жидком металле реакционной среды должно быть выше 0,5 % по массе при температуре выше 1200 °С. Таких металлов достаточно много, но наиболее просто и дешево в качестве реакционной среды использовать сплав, состоящий в основном из железа. The carbon content in the liquid metal of the reaction medium should be higher than 0.5% by weight at temperatures above 1200 ° C. There are a lot of such metals, but the most simple and cheap is to use an alloy consisting mainly of iron as a reaction medium.
Если сырье, содержащее углерод и водород и/или окислитель предварительно нагревать, упрощается поддержание температуры реакционной среды.
Целесообразно сырье, содержащее углерод и водород и/или окислитель предварительно нагревать теплом газообразных реакционных продуктов. If the feedstock containing carbon and hydrogen and / or the oxidizing agent is preheated, it is easier to maintain the temperature of the reaction medium. It is advisable that the feedstock containing carbon and hydrogen and / or the oxidizing agent be preheated with the heat of the gaseous reaction products.
Иногда желательно в реакционную среду дополнительно подавать углерод. Это позволяет при необходимости поддерживать требуемую концентрацию углерода в реакционной среде. Также дополнительно подавая углерод можно увеличить образование газообразных реакционных продуктов из зоны окисления. Кроме того, дополнительная подача углерода позволяет увеличить температуру реакционной среды. It is sometimes desirable to add carbon to the reaction medium. This allows you to maintain the required concentration of carbon in the reaction medium if necessary. Also, by additionally supplying carbon, the formation of gaseous reaction products from the oxidation zone can be increased. In addition, the additional supply of carbon can increase the temperature of the reaction medium.
Количество подаваемого в реакционную среду окислителя по существу достаточно для окисления подаваемого в нее углерода до окиси углерода (СО). Имеется в виду углерод, образующийся при диссоциации сырья, содержащего углерод и водород и (если он подается) дополнительно подаваемый углерод. Достаточное для этого количество окислителя не предполагает строгого равенства в каждый момент времени, но в целом такое соотношение должно выдерживаться. Это обеспечит поддержание углерода в реакционной среде на уровне, обеспечивающем возможность реализации процесса. Если количество окислителя будет меньше, то постепенно произойдет насыщение металла реакционной среды углеродом выше предела его растворимости в металле, углерод будет накапливаться в реакционной среде в виде твердого углерода, частично удаляться с газообразными реакционными продуктами, что снизит их качество. В обратном случае, содержание углерода будет снижаться и, в конечном случае, станет ниже 0,5 % по массе, что сделает невозможным осуществление процесса. The amount of oxidizing agent supplied to the reaction medium is substantially sufficient to oxidize the carbon supplied to it to carbon monoxide (CO). This refers to carbon formed during the dissociation of raw materials containing carbon and hydrogen and (if supplied) additionally supplied carbon. A sufficient amount of oxidizing agent for this does not imply strict equality at every moment of time, but on the whole, such a ratio should be maintained. This will ensure the maintenance of carbon in the reaction medium at a level that allows the implementation of the process. If the amount of oxidizing agent is less, then the metal of the reaction medium will be saturated with carbon above the limit of its solubility in the metal, carbon will accumulate in the reaction medium in the form of solid carbon, partially removed with gaseous reaction products, which will reduce their quality. Otherwise, the carbon content will decrease and, ultimately, will become lower than 0.5% by mass, which will make the process impossible.
В ряде случаев нужно реакционную среду из жидкого металла периодически обновлять. Обновление может осуществляться как путем замены части реакционной среды, так и путем ее полной замены. Это может потребоваться в случае, если сырье, содержащее углерод и водород содержит серу, а требуется получение газообразных реакционных продуктов с низким содержанием серы. Попадая вместе с сырьем, содержащим углерод и водород в реакционную среду, сера растворяется в металле. При этом газообразные реакционные продукты содержат меньше серы. Постепенно концентрация серы в металле будут расти и эффекта уменьшения содержания серы в газообразных реакционных продуктах за счет растворения серы в металле не будет. В этом случае часть или вся реакционная среда обновляется путем слива использованного металла и добавки металла, не содержащего серу. Слитый металл может быть подвергнут операции очистки от серы любым известным способом и затем вновь использоваться. In some cases, a liquid metal reaction medium needs to be periodically updated. Updating can be carried out both by replacing part of the reaction medium, and by completely replacing it. This may be necessary if the feedstock containing carbon and hydrogen contains sulfur, and the production of gaseous reaction products with a low sulfur content is required. Once together with the raw materials containing carbon and hydrogen in the reaction medium, sulfur dissolves in the metal. However, gaseous reaction products contain less sulfur. Gradually, the sulfur concentration in the metal will increase and there will be no effect of reducing the sulfur content in gaseous reaction products due to the dissolution of sulfur in the metal. In this case, part or all of the reaction medium is renewed by draining the used metal and adding a sulfur-free metal. The molten metal may be subjected to sulfur removal by any known method and then reused.
Использование такого приема позволяет вместе с основной задачей изобретения решить дополнительную: очистить от серы газообразные реакционные продукты. Using this technique, together with the main objective of the invention, it is possible to solve the following: to purify sulfur from gaseous reaction products.
В случае, когда нужно обеспечить высокую производительность способа можно иметь в реакционной среде несколько зон диссоциации и/или несколько зон окисления углерода. In the case when it is necessary to ensure high productivity of the method, it is possible to have several dissociation zones and / or several carbon oxidation zones in the reaction medium.
Иногда полезно газообразные реакционные продукты из зоны диссоциации и/или из зоны окисления углерода частично дожигать в газовом пространстве над реакционной
средой. Это позволяет поддерживать температуру реакционной среды на нужном уровне без использования дополнительных источников тепла. Sometimes it is useful to gaseous reaction products from the dissociation zone and / or from the carbon oxidation zone to partially burn in the gas space above the reaction Wednesday. This allows you to maintain the temperature of the reaction medium at the desired level without the use of additional heat sources.
Можно газообразные реакционные продукты из зоны диссоциации и/или из зоны окисления углерода частично сжигать для подогрева реакционной среды извне, например, в радиационных трубах. It is possible to partially burn gaseous reaction products from the dissociation zone and / or from the carbon oxidation zone to heat the reaction medium from the outside, for example, in radiation tubes.
Пример. Example.
Реакционную среду образуют из сплава, содержащего 97 % железа и 3 % углерода (здесь и далее имеются в виду проценты по массе). Температура реакционной среды составляет 1450 °С. Зона диссоциации реакционной среды имеет размеры (длинах/ширина/высота) 1000/1000/1000 мм. Зона окисления углерода реакционной среды имеет размеры (длина/ширина/высота) 500/1000/1000 мм. Эти зоны соединены между собой. Выше реакционной среды газовое пространство разделено над этими зонами перегородкой из огнеупоров, которая заглублена в реакционную среду на 100 мм. В газовом пространстве над обеими зонами поддерживается давление близкое к атмосферному. Сырье, содержащее углерод и водород (природный газ) подают через боковую поверхность зоны диссоциации ниже уровня поверхности реакционной среды на 700 мм в количестве 500 м3/час (здесь и далее объем газов приведен для нормальных условий) струей. Окислитель (кислород) подают в реакционную среду в зоне окисления углерода через нижнюю поверхность в количестве 250 м3/час. В результате термического разложения сырья, содержащего углерод и водород в зоне диссоциации образуется около 1000 м3/час водорода. Углерод в количестве около 268 килограмм растворяется в реакционной среде. За счет действия струи сырья, содержащего углерод и водород на реакционную среду происходит ее перемешивание, в том числе и в горизонтальном направлении и растворенный углерод доставляется в зону окисления углерода. В результате взаимодействия растворенного углерода с окислителем в зоне окисления образуется около 500 м3/час окиси углерода (СО). При таких расходах сырья, содержащего углерод и водород и окислителя концентрация углерода в реакционной среде поддерживается на уровне 3 %. Образующийся водород с температурой 1450 °С в теплообменнике нагревает сырье, содержащее углерод и водород перед его подачей в реакционную среду до 1100 °С. Охлажденный водород компремируется и передается на хранение в резервуары, из которых осуществляется заправка автомобильного транспорта. Окись углерода частично направляется в радиационные трубы, расположенные в газовом пространстве над реакционной средой, где сжигается, обеспечивая поддержание температуры реакционной среды. Остальная окись углерода направляется в охладитель газов (котел), затем в газовую турбину для производства электроэнергии, продукты сжигания охлаждаются вместе с газообразными продуктами после радиационных труб. Образующееся при охлаждении окиси углерода и продуктов ее горения тепло используется для производства пара в котле. Двуокись углерода после котла улавливается и частично направляется для производства твердой двуокиси углерода (сухого льда), частично закачивается в подземные хранилища. Такая схема процесса обеспечивает нулевые выбросы двуокиси углерода в атмосферу при использовании сырья, содержащего углерод и водород.
Пример 2. The reaction medium is formed from an alloy containing 97% iron and 3% carbon (hereinafter, percent by weight is meant). The temperature of the reaction medium is 1450 ° C. The dissociation zone of the reaction medium has dimensions (length / width / height) of 1000/1000/1000 mm. The carbon oxidation zone of the reaction medium has dimensions (length / width / height) of 500/1000/1000 mm. These zones are interconnected. Above the reaction medium, the gas space is divided above these zones by a partition from refractories, which is buried 100 mm into the reaction medium. In the gas space above both zones pressure is maintained close to atmospheric. Raw materials containing carbon and hydrogen (natural gas) are fed through the side surface of the dissociation zone below the surface of the reaction medium by 700 mm in an amount of 500 m 3 / hour (hereinafter, the volume of gases is given for normal conditions) by jet. An oxidizing agent (oxygen) is fed into the reaction medium in the zone of carbon oxidation through the lower surface in an amount of 250 m 3 / h. As a result of thermal decomposition of raw materials containing carbon and hydrogen, about 1000 m 3 / h of hydrogen is formed in the dissociation zone. Carbon in an amount of about 268 kilograms is dissolved in the reaction medium. Due to the action of the jet of raw materials containing carbon and hydrogen on the reaction medium, it is mixed, including in the horizontal direction, and dissolved carbon is delivered to the carbon oxidation zone. As a result of the interaction of dissolved carbon with an oxidizing agent, about 500 m 3 / h of carbon monoxide (CO) is formed in the oxidation zone. At such costs of raw materials containing carbon and hydrogen and an oxidizing agent, the concentration of carbon in the reaction medium is maintained at a level of 3%. The resulting hydrogen at a temperature of 1450 ° C in a heat exchanger heats the feed containing carbon and hydrogen before being fed into the reaction medium to 1100 ° C. Cooled hydrogen is compressed and transferred to storage tanks, from which the refueling of vehicles is carried out. Carbon monoxide is partially directed into radiation pipes located in the gas space above the reaction medium, where it is burned, ensuring the temperature of the reaction medium is maintained. The remaining carbon monoxide is sent to a gas cooler (boiler), then to a gas turbine to produce electricity, the combustion products are cooled together with the gaseous products after the radiation pipes. The heat generated during cooling of carbon monoxide and its combustion products is used to produce steam in the boiler. Carbon dioxide after the boiler is captured and partially sent to produce solid carbon dioxide (dry ice), partially pumped into underground storage. This process scheme provides zero emissions of carbon dioxide into the atmosphere when using raw materials containing carbon and hydrogen. Example 2
Реакционную среду образуют из сплава, содержащего 98 % кобальта и 2 % углерода. Температура реакционной среды составляет 1550 °С. Зона диссоциации реакционной среды имеет размеры (длинах/ширина/высота) 30/20/50 мм. Зона окисления углерода реакционной среды имеет размеры (длина/ширина/высота) 40/20/50 мм. Эти зоны соединены между собой. Выше реакционной среды газовое пространство разделено над этими зонами перегородкой из огнеупоров. В газовом пространстве над зоной диссоциации и зоной окисления поддерживается повышенное давление, равное 2 атм. Сырье, содержащее углерод и водород (мазут) подают через нижнюю поверхность зоны диссоциации в количестве 300 грамм/час. Содержание углерода в мазуте составляет 85 %, водорода - 15 %. Дополнительно в реакционную среду подают углерод (графит) в количестве 300 грамм/час. Окислитель (двуокись углерода - С02) подают в реакционную среду в зоне окисления углерода через верхнюю поверхность в количестве 1035 литров/час. В результате термического разложения сырья, содержащего углерод и водород в зоне диссоциации образуется около 500 литров/час водорода. Углерод в количестве около 555 грамм растворяется в реакционной среде. Производится электромагнитное перемешивание реакционной среды, в том числе и в горизонтальном направлении и растворенный углерод доставляется в зону окисления углерода. В результате взаимодействия растворенного углерода с окислителем в зоне окисления образуется около 1035 литров/час окиси углерода (СО). Газовые потоки от зон диссоциации и зоны окисления не смешиваются и отводятся отдельно друг от друга. При таких расходах сырья, содержащего углерод и водород и окислителя концентрация углерода в реакционной среде поддерживается на уровне 2 %. Образующийся водород с температурой 1550 °С в теплообменнике нагревает окислитель перед его подачей в реакционную среду до 1000 °С. Охлажденный водород передается на хранение в резервуары. Окись углерода из зоны окисления частично дожигается кислородом в газовом пространстве над реакционной средой над зоной окисления. Продукты частичного дожигания окиси углерода в теплообменнике нагревают сырье, содержащее углерод и водород до 400 °С и затем направляются в качестве топлива в горелки. При необходимости получения вместе с водородом чистой окиси углерода дожигание ее над реакционной средой не производится, а поддержание температуры реакционной среды осуществляется от внешнего источника электрического нагрева. The reaction medium is formed from an alloy containing 98% cobalt and 2% carbon. The temperature of the reaction medium is 1550 ° C. The dissociation zone of the reaction medium has dimensions (length / width / height) of 30/20/50 mm. The zone of carbon oxidation of the reaction medium has dimensions (length / width / height) 40/20/50 mm. These zones are interconnected. Above the reaction medium, the gas space is divided above these zones by a partition of refractories. In the gas space above the dissociation zone and the oxidation zone, an increased pressure of 2 atm is maintained. Raw materials containing carbon and hydrogen (fuel oil) are fed through the lower surface of the dissociation zone in an amount of 300 grams / hour. The carbon content in fuel oil is 85%, hydrogen - 15%. Additionally, carbon (graphite) is supplied to the reaction medium in an amount of 300 grams / hour. An oxidizing agent (carbon dioxide - C0 2 ) is fed into the reaction medium in the zone of carbon oxidation through the upper surface in an amount of 1035 liters / hour. As a result of thermal decomposition of raw materials containing carbon and hydrogen in the dissociation zone, about 500 liters / hour of hydrogen are formed. Carbon in an amount of about 555 grams is dissolved in the reaction medium. Electromagnetic stirring of the reaction medium is carried out, including in the horizontal direction, and dissolved carbon is delivered to the carbon oxidation zone. As a result of the interaction of dissolved carbon with an oxidizing agent, about 1035 liters / hour of carbon monoxide (CO) is formed in the oxidation zone. The gas flows from the dissociation zones and the oxidation zone do not mix and are diverted separately from each other. At such costs of raw materials containing carbon and hydrogen and an oxidizing agent, the concentration of carbon in the reaction medium is maintained at a level of 2%. The resulting hydrogen with a temperature of 1550 ° C in a heat exchanger heats the oxidizer before it is fed into the reaction medium to 1000 ° C. Chilled hydrogen is transferred to storage tanks. Carbon monoxide from the oxidation zone is partially burned with oxygen in the gas space above the reaction medium above the oxidation zone. Partial carbon monoxide afterburning products in a heat exchanger heat the raw materials containing carbon and hydrogen to 400 ° C and then are sent as fuel to the burners. If it is necessary to obtain pure carbon monoxide together with hydrogen, it is not burned above the reaction medium, and the temperature of the reaction medium is maintained from an external source of electric heating.
Пример 3. Example 3
Реакционную среду образуют из сплава, содержащего 96 % железа и 4 % углерода. Температура реакционной среды составляет 1500 °С. Зона диссоциации реакционной среды имеет размеры (длинах/ширина/высота) 500/300/800 мм. Имеется две зоны окисления углерода реакционной среды, расположенные с двух сторон зоны диссоциации. Каждая из зон окисления имеет размеры (длина/ширина высота) 200/300/700 мм. Зона диссоциации и зоны окисления углерода соединены между собой. Выше реакционной среды газовое пространство разделено над этими зонами перегородкой из огнеупоров. В газовом пространстве над зоной диссоциации и зонами окисления поддерживается
давление, близкое к атмосферному. Сырье, содержащее углерод и водород (природный газ) подают через нижнюю верхнюю зоны диссоциации в количестве 100 м3/час. Окислитель (кислород) подают в реакционную среду в зоны окисления углерода через боковую в количестве 25 м3/час в каждую зону окисления. В результате термического разложения в зоне диссоциации образуется около 200 м /час водорода. Углерод в количестве около 53,6 кг растворяется в реакционной среде. Для перемешивания реакционной среды, в том числе и в горизонтальном направлении для ускорения переноса углерода и зоны диссоциации в зоны окисления, в газовом пространстве над зоной диссоциации периодически (каждые 30 секунд на 30 секунд) увеличивают давление на 30 мм. вод. столба. В результате взаимодействия растворенного углерода с окислителем в зонах окисления образуется около 100 м3/час окиси углерода (СО). При таких расходах сырья, содержащего углерод и водород и окислителя концентрация углерода в реакционной среде поддерживается на уровне 4 %. Образующийся водород с температурой 1500 °С в теплообменнике нагревает сырье, содержащее углерод и водород перед его подачей в реакционную среду до 1400 °С. Окись углерода с температурой 1500 °С в теплообменнике нагревает окислитель до 1400 °С. Охлажденный водород и окись углерода используются в химической промышленности для производства метанола. При такой организации процесса в реакционной среде нет дефицита тепла и нет нужды в дополнительных источниках тепла.
The reaction medium is formed from an alloy containing 96% iron and 4% carbon. The temperature of the reaction medium is 1500 ° C. The dissociation zone of the reaction medium has dimensions (length / width / height) of 500/300/800 mm. There are two zones of carbon oxidation of the reaction medium, located on both sides of the dissociation zone. Each of the oxidation zones has dimensions (length / width height) 200/300/700 mm. The dissociation zone and the carbon oxidation zone are interconnected. Above the reaction medium, the gas space is divided above these zones by a partition of refractories. In the gas space above the dissociation zone and oxidation zones is supported pressure close to atmospheric. Raw materials containing carbon and hydrogen (natural gas) are fed through the lower upper zone of dissociation in an amount of 100 m 3 / h. The oxidizing agent (oxygen) is fed into the reaction medium in the zone of carbon oxidation through the side in the amount of 25 m 3 / hour in each oxidation zone. As a result of thermal decomposition, about 200 m / h of hydrogen is formed in the dissociation zone. Carbon in the amount of about 53.6 kg is dissolved in the reaction medium. To mix the reaction medium, including in the horizontal direction, to accelerate the transfer of carbon and the dissociation zone to the oxidation zones, the pressure is increased periodically (every 30 seconds by 30 seconds) in the gas space above the dissociation zone. water pillar. As a result of the interaction of dissolved carbon with an oxidizing agent, about 100 m 3 / h of carbon monoxide (CO) is formed in the oxidation zones. At such costs of raw materials containing carbon and hydrogen and an oxidizing agent, the concentration of carbon in the reaction medium is maintained at 4%. The resulting hydrogen at a temperature of 1500 ° C in a heat exchanger heats the raw material containing carbon and hydrogen before it is fed into the reaction medium to 1400 ° C. Carbon monoxide with a temperature of 1500 ° C in a heat exchanger heats the oxidizer to 1400 ° C. Chilled hydrogen and carbon monoxide are used in the chemical industry to produce methanol. With this organization of the process, there is no heat deficiency in the reaction medium and there is no need for additional heat sources.
Claims
Формула изобретения. Claim.
ПЛ . Способ производства водорода из сырья, содержащего углерод и водород, включающий образование реакционной среды из жидкого металла с температурой выше 1200 °С, с газовым пространством над ее поверхностью, подачу в реакционную среду сырья, содержащего углерод и водород и окислителя, отличающийся тем, что реакционная среда состоит из двух соединенных между собой зон: зоны диссоциации сырья, содержащего углерод и водород и зоны окисления углерода, газовое пространство над этими зонами разделено, подачу сырья, содержащего углерод и водород в реакционную среду осуществляют в зоне диссоциации, окислитель подают в реакционную среду в зоне окисления углерода, отводят газообразные реакционные продукты отдельно из зоны диссоциации и зоны окисления углерода, поддерживают содержание углерода в реакционной среде выше 0,5 % по массе, жидкий металл реакционной среды имеет меньшее сродство к кислороду, чем углерод. Sub. A method of producing hydrogen from a raw material containing carbon and hydrogen, including the formation of a reaction medium from a liquid metal with a temperature above 1200 ° C, with a gas space above its surface, supplying a raw material containing carbon and hydrogen and an oxidizing agent to the reaction medium, characterized in that the reaction the medium consists of two interconnected zones: zones of dissociation of raw materials containing carbon and hydrogen and zones of carbon oxidation, the gas space above these zones is divided, the supply of raw materials containing carbon and hydrogen in the stock medium is carried out in the dissociation zone, the oxidizing agent is fed into the reaction medium in the carbon oxidation zone, the gaseous reaction products are removed separately from the dissociation zone and the carbon oxidation zone, the carbon content in the reaction medium is maintained above 0.5% by mass, the liquid metal of the reaction medium is less affinity for oxygen than carbon.
П.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют циркуляцию реакционной среды по существу в горизонтальном направлении. A.2. The method according to claim 1, characterized in that the reaction medium is circulated in a substantially horizontal direction.
П.З. Способ по п.1, отличающийся тем, что в газовом пространстве над реакционной средой поддерживают давление близкое к атмосферному. P.Z. The method according to claim 1, characterized in that a pressure close to atmospheric is maintained in the gas space above the reaction medium.
П.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в газовом пространстве над реакционной средой поддерживают давление выше атмосферного. A.4. The method according to claim 1, characterized in that in the gas space above the reaction medium pressure is maintained above atmospheric.
П.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в газовом пространстве над реакционной средой над зоной диссоциации и зоной окисления углерода давления различны. A.5. The method according to claim 1, characterized in that in the gas space above the reaction medium above the dissociation zone and the carbon oxidation zone, the pressures are different.
П.6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве реакционной среды используют сплав, состоящий в основном из железа. A.6. The method according to claim 1, characterized in that an alloy consisting mainly of iron is used as the reaction medium.
П.7. Способ по п.1, отличающийся тем, что сырье, содержащее углерод и водород и/или окислитель предварительно нагревают. A.7. The method according to claim 1, characterized in that the feedstock containing carbon and hydrogen and / or an oxidizing agent is preheated.
П.8. Способ по п.1 и 7, отличающийся тем, что сырье, содержащее углерод и водород и/или окислитель предварительно нагревают теплом газообразных реакционных продуктов. A.8. The method according to claim 1 and 7, characterized in that the feedstock containing carbon and hydrogen and / or an oxidizing agent is preheated with the heat of the gaseous reaction products.
П.9. Способ по п.1, отличающийся тем, что в реакционную среду дополнительно подают углерод. A.9. The method according to claim 1, characterized in that carbon is additionally supplied to the reaction medium.
П.10. Способ по п.1 и 9, отличающийся тем, что количество подаваемого в реакционную среду окислителя по существу достаточно для окисления подаваемого в нее углерода до окиси углерода (СО).
металла периодически обновляют. A.10. The method according to claim 1 and 9, characterized in that the amount of oxidant supplied to the reaction medium is substantially sufficient to oxidize the carbon supplied to it to carbon monoxide (CO). metal periodically updated.
П.12. Способ по п.1., отличающийся тем, что реакционная среда состоит нескольких зон диссоциации и/или нескольких зон окисления углерода. A.12. The method according to claim 1, characterized in that the reaction medium consists of several zones of dissociation and / or several zones of carbon oxidation.
П.13. Способ по п.1., отличающийся тем, что газообразные реакционные продукты из зоны диссоциации и/или из зоны окисления углерода частично дожигаются в газовом пространстве над реакционной средой. A.13. The method according to claim 1, characterized in that the gaseous reaction products from the dissociation zone and / or from the carbon oxidation zone are partially burned in the gas space above the reaction medium.
П.14. Способ по п.1., отличающийся тем, что газообразные реакционные продукты из зоны диссоциации и/или из зоны окисления углерода частично сжигаются для подогрева реакционной среды извне.
A.14. The method according to claim 1, characterized in that the gaseous reaction products from the dissociation zone and / or from the carbon oxidation zone are partially burned to heat the reaction medium from the outside.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011111356 | 2011-03-28 | ||
RU2011111356/05A RU2011111356A (en) | 2011-03-28 | 2011-03-28 | HYDROGEN PRODUCTION METHOD |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2012141621A1 true WO2012141621A1 (en) | 2012-10-18 |
Family
ID=47009570
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/RU2012/000332 WO2012141621A1 (en) | 2011-03-28 | 2012-04-26 | Method for producing hydrogen |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2011111356A (en) |
WO (1) | WO2012141621A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106744679A (en) * | 2016-12-29 | 2017-05-31 | 云南靖创液态金属热控技术研发有限公司 | Hydrogen production process and mechanism |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2186524A1 (en) * | 1972-05-30 | 1974-01-11 | Siderurgie Fse Inst Rech | Continuous reducing gas prodn - by injecting hydrocarbon and oxygen into different parts of an agitated molten metal bath |
SU680634A3 (en) * | 1976-02-04 | 1979-08-15 | Айзенверк-Гезельшафт Максимилиансхютте Мбх (Фирма) | Method of obtaining hydrogen and carbon monoxide from hydrocarbons |
US6110239A (en) * | 1996-05-31 | 2000-08-29 | Marathon Ashland Petroleum Llc | Molten metal hydrocarbon gasification process |
-
2011
- 2011-03-28 RU RU2011111356/05A patent/RU2011111356A/en not_active Application Discontinuation
-
2012
- 2012-04-26 WO PCT/RU2012/000332 patent/WO2012141621A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2186524A1 (en) * | 1972-05-30 | 1974-01-11 | Siderurgie Fse Inst Rech | Continuous reducing gas prodn - by injecting hydrocarbon and oxygen into different parts of an agitated molten metal bath |
SU680634A3 (en) * | 1976-02-04 | 1979-08-15 | Айзенверк-Гезельшафт Максимилиансхютте Мбх (Фирма) | Method of obtaining hydrogen and carbon monoxide from hydrocarbons |
US6110239A (en) * | 1996-05-31 | 2000-08-29 | Marathon Ashland Petroleum Llc | Molten metal hydrocarbon gasification process |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106744679A (en) * | 2016-12-29 | 2017-05-31 | 云南靖创液态金属热控技术研发有限公司 | Hydrogen production process and mechanism |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011111356A (en) | 2012-10-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106103746B (en) | The operating method of oxygen blast furnace | |
KR101267572B1 (en) | Gaseous transfer in multiple metal bath reactors | |
JP6717629B2 (en) | Method for supplying hydrogen-containing reducing gas to blast furnace shaft | |
JP5935605B2 (en) | Steelworks operating method and carbon dioxide gas decomposition apparatus | |
KR101858075B1 (en) | Method and apparatus for separation of offgas in the combustion of particular metals | |
KR20180109064A (en) | Method for supplying hydrogen-containing reducing gas to the blast furnace shaft | |
TWI803522B (en) | Method for producing hot synthesis gas, in particular for use in blast furnace operation | |
JP6538281B2 (en) | Method of decomposing and recycling carbon dioxide using a hot blast furnace | |
EP4263878B1 (en) | Smart hydrogen production for dri making | |
US9005570B2 (en) | Method for treating a carbon dioxide-containing waste gas from an electrofusion process | |
US6488905B2 (en) | Destruction of waste gas | |
RU2726175C1 (en) | Methods and systems for increasing carbon content in cancellous iron in reducing furnace | |
JP2024050662A (en) | Method for producing reduced iron | |
US2337551A (en) | Process of producing gas mixtures for synthetic purposes | |
JP2012513358A (en) | Utilization of a degassing gas mixture from a degasser associated with a syngas production unit and plant for its implementation | |
US20140124705A1 (en) | Oxy-fuel combustion | |
CN103842759B (en) | There is the metallurgical technology device of efficient Waste Heat Reuse | |
WO2012141621A1 (en) | Method for producing hydrogen | |
EP4032991A1 (en) | Smart hydrogen production for dri making | |
JP2009120896A (en) | How to use blast furnace gas | |
US20170082284A1 (en) | Combustion Of Lithium At Different Temperatures And Pres-sures And With Gas Surpluses Using Porous Tubes As Burners | |
US984605A (en) | Method of producing nitrogen and carbon dioxid from gaseous products of combustion. | |
US3399970A (en) | Recovery of sulfur from sour gas by the split-flow process | |
US1011014A (en) | Process of manufacturing oxids of nitrogen. | |
KR20140085827A (en) | Catalytic Reforming Process and Equipment to Maximize the Utilization of the Sensible Heat Recovered from High-Temperature Molten Slag |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 12770684 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 12770684 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |