RU146143U1

RU146143U1 - CATALYTIC REACTOR FOR PRODUCING HYDROGEN AND CARBON NANOMATERIALS

Info

Publication number: RU146143U1
Application number: RU2013152041/05U
Authority: RU
Inventors: Геннадий Георгиевич Кувшинов; Максим Викторович Попов; Евгений Алексеевич Соловьев; Василий Викторович Шинкарев
Priority date: 2013-11-21
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2014-10-10

Abstract

Каталитический реактор для получения водорода и углеродных наноматериалов, состоящий из внешнего и внутреннего кварцевого стаканов, отличающийся тем, что он снабжен металлическим устройством крепления стаканов со штуцерами ввода и вывода газов и отверстиями, при этом внешний стакан выполнен из нержавеющей стали.A catalytic reactor for producing hydrogen and carbon nanomaterials, consisting of external and internal quartz glasses, characterized in that it is equipped with a metal device for attaching glasses with gas inlet and outlet fittings and openings, while the external glass is made of stainless steel.

Description

Полезная модель относится к области химической промышленности, водородной энергетики и служит для каталитического производства водорода и углеродных наноматериалов.The utility model relates to the field of chemical industry, hydrogen energy and serves for the catalytic production of hydrogen and carbon nanomaterials.

На сегодняшний день актуальной задачей для развития малой водородной энергетики является разработка технологии, позволяющей получать водородсодержащее топливо с высокой концентрацией водорода без примесей оксидов углерода. Таким способом является каталитическое разложение углеводородов, в ходе которого образуется водород и нановолокнистый углерод [Kuvshinov G.G., Parmon V.N., Sadykov V.A., Sobyanin V.A. New catalysts and catalytic processes to produce hydrogen and syngas from natural gas and other light hydrocarbons // Studies in Surface Science and Catalysis, 1998, vol. 119. p. 677].Today, the urgent task for the development of small hydrogen energy is the development of technology that allows to obtain hydrogen-containing fuel with a high concentration of hydrogen without impurities of carbon oxides. This method is the catalytic decomposition of hydrocarbons, during which hydrogen and nanofiber carbon are formed [Kuvshinov G.G., Parmon V.N., Sadykov V.A., Sobyanin V.A. New catalysts and catalytic processes to produce hydrogen and syngas from natural gas and other light hydrocarbons // Studies in Surface Science and Catalysis, 1998, vol. 119. p. 677].

Для проведения процесса каталитического разложения углеводородов обычно используют реакторы, изготовленные из нержавеющей стали или кварцевого стекла.For carrying out the process of catalytic decomposition of hydrocarbons, reactors made of stainless steel or silica glass are usually used.

Известен каталитический реактор для получения водорода и углеродных наноматериалов, описанный в работе [Соловьев Е.А., Кувшинов Г.Г. Влияние состава катализатора на процесс получения водорода селективным каталитическим пиролизом пропана// Альтернативная энергетика и экология. - 2011. - №10. - С. 127-132], состоящий из кварцевого стакана с внутренним диаметром 28 мм и высотой 150 мм, который герметично присоединяется к металлической головке посредством накидной гайки с прокладкой из терморасширенного графита. Подаваемый в реактор исходный углеводородный газ поступает через входной штуцер и трубку ввода непосредственно в зону реакции. Продукты реакции удаляются в систему отвода газов через выходной штуцер. Газовые тракты присоединяются к штуцерами посредством накидных гаек и конических уплотнительных втулок, которые обеспечивают герметичное и механически прочное соединение. К штоку вибрационного привода реактор присоединяется посредством скобы. Данная конструкция реактора является наиболее эффективной при использовании в условиях повышенной механической нагрузки, возникающей в результате его вибрации. Кроме того, данный вариант реактора значительно упрощает процесс загрузки катализатора и выгрузки образующегося нановолокнистого углеродного материала.Known catalytic reactor for the production of hydrogen and carbon nanomaterials, described in [Soloviev EA, Kuvshinov GG The effect of the composition of the catalyst on the process of producing hydrogen by selective catalytic pyrolysis of propane // Alternative Energy and Ecology. - 2011. - No. 10. - S. 127-132], consisting of a quartz glass with an inner diameter of 28 mm and a height of 150 mm, which is hermetically attached to the metal head by means of a union nut with a lining of thermally expanded graphite. The feed hydrocarbon gas supplied to the reactor enters through the inlet fitting and the inlet pipe directly into the reaction zone. The reaction products are removed to the exhaust system through the outlet fitting. The gas paths are connected to the fittings by means of union nuts and conical sealing sleeves, which provide a tight and mechanically strong connection. The reactor is connected to the rod of the vibratory drive by means of a bracket. This reactor design is most effective when used in conditions of increased mechanical load resulting from its vibration. In addition, this version of the reactor greatly simplifies the process of loading the catalyst and unloading the resulting nanofiber carbon material.

Однако указанный реактор для получения водорода и углеродных наноматериалов не может работать при давлении выше атмосферного, поэтому не представляется возможным проводить процесс получения водорода и углеродных наноматериалов при давлениях выше атмосферного.However, the specified reactor for producing hydrogen and carbon nanomaterials cannot operate at a pressure above atmospheric, therefore, it is not possible to carry out the process of producing hydrogen and carbon nanomaterials at pressures above atmospheric.

Кроме того, известен каталитический реактор для получения водорода и углеродных наноматериалов, являющийся прототипом предлагаемой полезной модели, описание которого приводится в способе получения водорода и нановолокнистого углерода [патент RU №2312059 C1, опубл. 10.12.2007 Бюл. 34]. Каталитический реактор для получения водорода и углеродных наноматериалов, состоит из внешнего и внутреннего стакана, выполненных из кварцевого стекла, штуцеров входа и выхода газовых потоков. Каталитический реактор расположен в печи вертикально и работает в режиме виброожижения, при этом газ проходит через внешний стакан, при этом нагревается до нужной температуры, затем попадает в зону реакции внутреннего стакана через специальные отверстия.In addition, a catalytic reactor for producing hydrogen and carbon nanomaterials is known, which is a prototype of the proposed utility model, the description of which is given in the method for producing hydrogen and nanofibrous carbon [patent RU No. 2312059 C1, publ. 12/10/2007 Bull. 34]. A catalytic reactor for producing hydrogen and carbon nanomaterials consists of an external and internal glass made of quartz glass, gas inlet and outlet fittings. The catalytic reactor is located vertically in the furnace and operates in a vibratory fluidization mode, while the gas passes through an external glass, it is heated to the desired temperature, then it enters the reaction zone of the internal glass through special holes.

Однако в указанном каталитическом реакторе для получения водорода и углеродных наноматериалов невозможно проведение процесса получения водорода и углеродного наноматериала при давлениях выше атмосферного, так как с увеличением давления при повышенных температурах внутренний и внешний стаканы реактора для производства водорода и нановолокнистого углерода, выполненные из кварцевого стекла, могут деформироваться. В результате чего может произойти разгерметизация каталитического реактора, а также изменение фактора-формы внутреннего и внешнего стаканов, при трансформировании которого, изменится аэродинамика газовых потоков.However, in the specified catalytic reactor for the production of hydrogen and carbon nanomaterials, it is impossible to carry out the process of producing hydrogen and carbon nanomaterial at pressures higher than atmospheric, since with increasing pressure at elevated temperatures, the inner and outer glasses of the reactor for the production of hydrogen and nanofiber carbon made of silica glass can deform. As a result, depressurization of the catalytic reactor can occur, as well as a change in the factor form of the inner and outer glasses, during the transformation of which, the aerodynamics of gas flows will change.

Задачей (техническим результатом) предлагаемой полезной модели является обеспечение возможности получения водорода и углеродных наноматериалов под давлением выше атмосферного.The objective (technical result) of the proposed utility model is to provide the possibility of producing hydrogen and carbon nanomaterials at pressures above atmospheric.

Это достигается тем, что каталитический реактор для получения водорода и углеродных наноматериалов состоит из внешнего и внутреннего кварцевого стаканов, а также снабжен металлическим устройством крепления со штуцерами ввода и вывода газов и отверстиями, обеспечивающих уравновешивания давления между внутренним и внешним стаканами, при этом внешний стакан выполнен из нержавеющей стали.This is achieved by the fact that the catalytic reactor for producing hydrogen and carbon nanomaterials consists of external and internal quartz glasses, and is also equipped with a metal mounting device with gas inlet and outlet fittings and openings, providing pressure balancing between the internal and external glasses, while the external glass is made from stainless steel.

На чертеже приведен реактор для получения водорода и наноуглеродных материалов, состоящий из штуцера ввода газа (1), кварцевой трубки подачи углеводородного газа (2), кварцевого внутреннего стакана (3), термопарного кармана (4), металлического внешнего стакана (5), накидной гайки (6), металлического устройства крепления (7) внутреннего и внешнего стакана, выполненного в форме фланца или головки (на чертеже показана головка реактора) с отверстиями (8), накидной гайки (9), штуцера вывода газовых потоков (10), при этом штуцера ввода и вывода газовых потоков закреплены на металлическом устройстве крепления.The drawing shows a reactor for producing hydrogen and nanocarbon materials, consisting of a gas inlet fitting (1), a quartz tube for supplying hydrocarbon gas (2), a quartz inner cup (3), a thermocouple pocket (4), a metal outer cup (5), a nut (6), a metal fastener (7) of the inner and outer cup, made in the form of a flange or head (the head of the reactor is shown in the drawing) with holes (8), a union nut (9), a gas outlet fitting (10), this gas flow inlet and outlet fitting a device mounted on a metal mounting.

Каталитический реактор для получения водорода и углеродных наноматериалов работает следующим образом. Исходный углеводород по газопроводу через штуцер входа (1) и кварцевую трубку ввода (2) попадает в зону внутреннего стакана (3), на дно которого предварительно загружают катализатор, при этом происходит реакция с образованием водорода и наноуглеродного материала. Температура процесса контролируется термопарой, размещенной в термопарном кармане (4). С помощью накидных гаек (6, 9) внутренний стакан (3), как и внешний стакан (5), крепятся к металлическому устройству крепления (7) резьбовым соединением. Прореагировавший газ удаляется из реактора через штуцер выхода (10) расположенного на металлическом устройстве крепления. Реактор для получения водорода и углеродных наноматериалов располагается в печи горизонтально и может работать в режиме виброожижения при температуре 500-750°С и давлениях выше атмосферного.A catalytic reactor for producing hydrogen and carbon nanomaterials operates as follows. The initial hydrocarbon through the gas pipeline through the inlet fitting (1) and the quartz inlet tube (2) enters the zone of the inner glass (3), to the bottom of which the catalyst is preloaded, and the reaction with the formation of hydrogen and nanocarbon material occurs. The process temperature is controlled by a thermocouple placed in a thermocouple pocket (4). Using the union nuts (6, 9), the inner cup (3), as well as the outer cup (5), are attached to the metal fastener (7) by a threaded connection. The reacted gas is removed from the reactor through the outlet fitting (10) located on the metal fastener. The reactor for producing hydrogen and carbon nanomaterials is located horizontally in the furnace and can operate in the mode of vibration liquefaction at a temperature of 500-750 ° C and pressures above atmospheric.

Каталитический реактор для получения водорода и углеродных наноматериалов работает по принципу сообщающихся сосудов, т.е. давление газов внутри металлического стакана находится в равновесии с давлением газов внутри кварцевого стакана за счет перетекания газа через специальные отверстия (8), при этом не происходит деформация и разрушение кварцевого материала, вследствие чего реактор может работать при давлениях выше атмосферного.The catalytic reactor for producing hydrogen and carbon nanomaterials works on the principle of interconnected vessels, i.e. the gas pressure inside the metal cup is in equilibrium with the gas pressure inside the quartz cup due to the flow of gas through special openings (8), without deformation and destruction of the quartz material, as a result of which the reactor can operate at pressures above atmospheric.

Claims

A catalytic reactor for producing hydrogen and carbon nanomaterials, consisting of external and internal quartz glasses, characterized in that it is equipped with a metal device for attaching glasses with gas inlet and outlet fittings and openings, while the external glass is made of stainless steel.