RU157994U1

RU157994U1 - Устройство для получения водорода и углеродного наноматериала

Info

Publication number: RU157994U1
Application number: RU2015133283/05U
Authority: RU
Inventors: Александр Анатольевич Шибаев; Василий Викторович Шинкарев; Максим Викторович Попов; Евгений Алексеевич Соловьев
Priority date: 2015-08-07
Filing date: 2015-08-07
Publication date: 2015-12-20

Abstract

Устройство для получения водорода и углеродного наноматериала, состоящее из рамы, на которой установлена электропечь, внутри которой горизонтально помещен реактор, отличающееся тем, что снабжено гибкими шланг-рукавами входа и выхода, накрученными на патрубки входа и выхода, зафиксированными одним концом на реакторе, а другим на опорных подшипниках, закрепленных на раме, шатуном, соединяющим большой шкив, расположенный на раме, с малым шкивом, закрепленным на электрическом приводе, который зафиксирован на раме, ремнем привода, связывающим большой шкив с патрубком входа.

Description

Устройство относится к области химической промышленности, водородной энергетики и служит для каталитического производства водорода и углеродного наноматериала.

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 углеродный наноматериал [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].

Процесс каталитического разложения углеводородов обычно проводят в установках, снабженных главным образом трубчатым реактором, выполненным из нержавеющей стали.

Известно устройство для получения водорода и углеродного наноматериала, описанный в патенте РФ №2258031, С01В 31/02, В82В 3/00. Сущность работы заключается в том, что процесс разложения углеводородов на наноуглеродный материал проводят в реакторе горизонтального исполнения, в который непрерывно подают катализатор, содержащий переходные металлы подгруппы железа. Нагрев реактора осуществляется с помощью трубчатой печи, закрепленной на раме. Процесс проводят непрерывно при противоточном контактировании катализатора и углеводорода. Перемещение материала по длине осуществляется путем вибрирования реактора, с помощью шнека или транспортерной ленты. Перемешивание материала предотвращает агломерацию катализатора. Процесс проводят в непрерывном режиме в течение 5-360 мин. Процесс позволяет получать по очищенному материалу до 15 г/ч. Основным недостатком описанного устройства получения водорода и углеродного материала является низкая производительность.

Кроме того, известно устройство для получения водорода и углеродных наноматериалов, являющееся прототипом предлагаемой полезной модели, описание которого приводится в способе получения водорода и нановолокнистого углерода [патент RU №2462293 С1, опубл. 27.09.2012 Бюл. 27]. Устройство состоит из рамы, на которой закреплена электропечь, внутри которой горизонтально помещен реактор, и вибраторов, обеспечивающих вибрацию рамы, при этом за счет этого происходит перемещение углеродного материала от места загрузки исходного катализатора к месту выгрузки готового продукта. Сам реактор непрерывного действия включает в себя корпус в виде горизонтальной трубы, закрытой с двух сторон фланцами. Реакционное пространство разделено на секции поперечными перегородками, расположенными в нижней части реактора равномерно по всей его длине. Непрерывная подача катализатора в реактор осуществляется через патрубок ввода катализатора. Исходный углеводород подается в реактор через патрубок подачи газа, смешивается с реакционной смесью, проходя через горизонтальную трубу рециркуляции, и контактирует с виброожиженным слоем катализатора, на частицах которого происходит образование углеродного материала. Нагрев слоя катализатора до температуры реакции осуществляется с помощью электропечи. Выгрузка готового углеродного материала производится через нижний патрубок. Отвод газообразных продуктов производится через верхний патрубок.

Однако в указанном устройстве для получения водорода и углеродного наноматериала имеет место низкое взаимодействие углеводородного газа с катализатором за счет слабого перемешивания, осуществляемого вибрацией, вследствие чего наблюдается низкая производительность устройства.

Задачей (техническим результатом) предлагаемой полезной модели является увеличение производительности.

Задача достигается тем, что устройство для получения водорода и углеродного наноматериала состоит из рамы, на которой установлена электропечь, внутри которой горизонтально помещен реактор, а также снабжено гибкими шланг-рукавами входа и выхода, накрученными на патрубки входа и выхода, зафиксированными одним концом на реакторе, а другим на опорных подшипниках, закрепленных на раме, шатуном, соединяющим большой шкив, расположенный на раме, с малым шкивом, закрепленным на электрическом приводе, который зафиксирован на раме, ремнем привода, связывающим большой шкив с патрубком входа.

На чертеже приведено предполагаемое устройство, которое состоит из армированного гибкого шланг-рукава входа (1), патрубка входа (2), реактора (3), опорных подшипников (4, 5), рамы (на чертеже показано упрощенное изображение) (6), змеевика (7), сопла (8), электропечи (9), шланг-рукава выхода (10), патрубка выхода (11), электрического привода (12), большого шкива (13), шатуна (14), малого шкива (15), ремня привода (16).

Устройство для получения водорода и углеродного наноматериала работает следующим образом. Исходный углеводородный газ через гибкий шланг-рукав входа (1), накрученный на патрубок входа (2), который закреплен с одной стороны с реактором (3), а с противоположной стороны -подвижно с помощью опорного подшипника (4), зафиксированного на раме (6), при этом шланг-рукав входа (1) соединен со змеевиком (7), который обеспечивает прогрев газа. Далее углеводородный газ попадает в реактор (3) через сопло (8), где приобретает ускорение. В реакторе (3) происходит смешение новой порции углеводородного газа с прореагировавшим, при этом реактор (3) и змеевик (7) непосредственно нагреваются внутри электропечи (9), установленной на раме (6). В самом реакторе (3) происходит процесс пиролиза углеводородного газа на катализаторе, который предварительно загружают в реактор (3), при этом продуктами реакции являются газообразный водород и углеродный наноматериал как твердый продукт. Далее водород и непрореагировшая часть углеводородного газа удаляется из реактора через гибкий шланг-рукав выхода (10), накрученный на патрубок выхода (11), который закреплен с одной стороны с реактором (3), а с противоположной стороны - подвижно с помощью опорного подшипника (5), зафиксированного на раме (6). Вращение реактора - реверсивное, что позволяет сделать систему подачи углеводородного газа в реактор герметичным, при этом давление в реакторе может составлять до 100 атмосфер. Реверс обеспечивается конструкцией механизма, приводящего в движение реактор посредством передачи момента от электрического привода (12), закрепленного на раме (6). Большой шкив (13), закрепленный на раме (6) с возможностью вращения, совершает колебательные движения за счет передачи шатуном (14) вращения от малого шкива (15), закрепленного подвижно на электроприводе (12). Угол колебания большого шкива составляет 130 градусов. Вращение реактора обеспечено соединением ремнем привода (16) патрубка входа (2) с большим шкивом (13) с передаточным числом равным 3, при этом ректор (3) совершает оборот в 390 градусов, а затем меняет направление вращения.

Таким образом, осуществляется реверсное вращение реактора, которое приводит к интенсивному перемешиванию катализатора, находящегося внутри реактора, с углеводородным газом, что в итоге приводит к увеличению выхода водорода и углеродного наноматериала на единицу времени, что свидетельствует об увеличении производительности процесса.