RU2062402C1 - Каталитический нагревательный элемент - Google Patents
Каталитический нагревательный элемент Download PDFInfo
- Publication number
- RU2062402C1 RU2062402C1 RU94006577/06A RU94006577A RU2062402C1 RU 2062402 C1 RU2062402 C1 RU 2062402C1 RU 94006577/06 A RU94006577/06 A RU 94006577/06A RU 94006577 A RU94006577 A RU 94006577A RU 2062402 C1 RU2062402 C1 RU 2062402C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- pipe
- corrugated
- gas distribution
- catalytic
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/12—Radiant burners
- F23D14/18—Radiant burners using catalysis for flameless combustion
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Gas Burners (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Использование: в области энергетики, в частности для сжигания природных и сжиженных газов на каталитических нагревательных элементах, используемых для решения задач быта человека. Сущность изобретения: каталитический нагревательный элемент представляет собой газораспределительную трубку 1 с размещенными на ее поверхности распределителем 2 газа и слоем катализатора. Катализатор выполнен в виде проницаемых для газа армированных лент 3,4, навитых на трубу, в качестве армирующей подложки для катализатора используют металлическую cетку или порометалл. Армированные ленты 3,4, навитые на трубки, имеют плоскую и гофрированную формы и образуют каналы, расположенные на внешней поверхности трубки. Четные ряды навивки состоят из плоских лент 3, а нечетные - из гофрированных лент 4, причем витки последующего ряда перекрывают зазоры предыдущего. 5 з. п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к энергетике, к технике сжигания природных и сжиженных газов на каталитических нагревательных элементах, используемых для решения задач быта человека. Изобретение может быть использовано в производстве бытовых переносных обогревателей для нагрева помещений, обогревателей для обогрева теплиц, нагревателей для воды в водогрейных колонках и котлах малой мощности.
Известна каталитическая горелка [1] содержащая перфорированную трубу с пористым наружным покрытием. Поверх наружного покрытия расположена электрическая спираль, которая разогревает при запуске наружное покрытие, трубу и прилегающие слои катализатора.
Подлежащее окислению топливо подается по топливному патрубку внутрь перфорированной трубы.
Пары топлива через пористое покрытие поступают в предварительно разогретые слои катализатора, где окисляются с выделением тепла.
Существенными недостатками являются отсутствие его автономности из-за наличия электроподогрева, ограниченная мощность горелки, связанная с раздельной подачей топлива и окислителя и лимитирующей стадией диффузии кислорода из окружающего пространства к поверхности катализатора, сложность конструкции.
В следующем изобретении [2] осуществляется совместная подача воздуха и подлежащего окислению топлива в охлаждаемый через стенку реактор. Центральная часть реактора полая, через нее осуществляется транспорт исходных реагентов и продуктов реакции. Катализатор расположен в виде радиальных слоев. Cъем тепла из зоны реакции осуществляется через стенку реактора. Недостатками данного изобретения является низкая интенсивность передачи тепла через стенку реактора, возможность проскока реагирующего вещества по центру реактора, сложность конструкции.
В изобретении [3] для окисления органических веществ, содержащихся в воздухе, используются сотовые катализаторы, в которых каналы образованы плоскими и гофрированными каталитически активными пластинками. В качестве материала для пластин используются асбест или керамические материалы.
Недостатком изобретения является возможность использования устройства только для дожига низких концентраций органических веществ, а также использование нетеплопроводных материалов для приготовления подложки катализатора. Все это затрудняет использование данного изобретения для решения задач нагрева газов.
Наиболее близкой конструкцией к предлагаемой является [4] где приведено устройство излучающей горелки. Эта горелка содержит узел подачи газовоздушной смеси в камеру смешения. Из нее смесь через перфорации опорного листа и распределительные патрубки поступает в каталитическую насадку, предварительно разогретую до температуры начала реакции. В слое катализатора происходит экзотермическая реакция окисления, равномерность распределения тепла от которой обеспечивается распределительными патрубками разной длины, заглубленными в засыпку катализатора на 1/3 2/3 их длины. Выделение тепла в окружающую среду осуществляется через наружную поверхность катализатора, закрепленного перфорированной пластиной.
Недостатками этого изобретения, выбранного в качестве прототипа, являются:
1. Наличие электронагрева, лишающего систему автономности.
1. Наличие электронагрева, лишающего систему автономности.
2. Низкая активность катализатора.
3. Использование зернистого слоя катализатора.
4. Сложность равномерного распределения газовых потоков по сечению камеры смешения и температур в слое катализатора, возможность образования застойных зон в местах крепления патрубков.
5. Малая эффективность преобразования химической энергии в тепловую.
6. Громоздкость устройства.
Предлагаемое изобретение решает задачу упрощения конструкции нагревательного устройства, увеличения его эффективности и улучшения потребительских качеств.
Для решения поставленной задачи предлагается создание компактного каталитического нагревательного элемента, позволяющего проводить сжигание газообразного или сжиженного углеводородного топлива при малом избыточном давлении (не ниже 20 кПа) на входе в устройство.
Разрабатываемый каталитический нагревательный элемент (КНЭ), сочетает в себе тепловыделяющие и теплообменные поверхности и является новым материалом в химическом реакторостроении и теплоэнергетическом оборудовании. Он состоит из проницаемой каталитически активной порометаллической стенки, причем окислитель и подлежащее окислению топливо подаются с разных ее сторон. Химическая реакция во внешнедиффузионном режиме протекает на поверхности катализатора, а продукты реакции, разогретые до соответствующей температуры, уходят в окружающую среду.
Естественной областью применения КНЭ являются нагревательные приборы для бытовых и промышленных целей. Они состоят из источника газа (баллон, либо газопровод), дросселирующего устройства (редуктор или инжектор) и нагревательного прибора, в котором используются КНЭ. В качестве топлива можно использовать метан, пропан-бутан и другие углеводородные газы, в качестве окислителя и нагреваемого газа применяется воздух.
Проведенные испытания такого типа устройств показали полное отсутствие в продуктах реакции окиси углерода, оксидов азота. Степень превращения при сжигании газа с использованием КНЭ достигает 99,9% что значительно выше, чем при сжигании в горелках.
На фиг. 1 изображен каталитический нагревательный элемент; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 схема установки с использованием каталитического нагревательного элемента инжекционного типа; на фиг. 4 - газораспределительная трубка каталитического нагревательного элемента.
Нагревательный элемент состоит из перфорированной металлической трубки, заглушенной с одной стороны 1. Для обеспечения равномерного распределения газа и равномерного тепловыделения по длине трубки на ее внешней поверхности расположен слой порометалла, спеченного со стенкой, и параллельно оси намотано несколько слоев проницаемых армированных плоских 3 и гофрированных 4 лент с нанесенным гетерогенным катализатором.
Ленты расположены таким образом, что их нечетные ряды гофрированы, а четные состоят из плоских негофрированных лент, но витки последующего ряда перекрывают ряды предыдущего. Ленты образуют каталитически активные каналы, на стенках которых происходит окисление газовоздушной смеси с образованием углекислого газа и воды, которые через каналы между лентами удаляются в окружающую среду. Передача тепла от поверхности нагревателя в объем осуществляется посредством конвекции и инфракрасного излучения.
Катализаторами сжигания топлива являются армированный пористый материал, содержащий в качестве активных компонентов Co3О4, CuO, Cr2O3, Fe2O3, Al2O3, металлы VIII группы, закрепленные на металлических носителях на основе Тi и сплавов Ni c Аl, Ni c Аl, Ni с Cr, Тi c Si и т.д. Гидравлическое сопротивление каталитических слоев при максимальном расходе газовоздушной смеси составляет несколько мм водн.ст. что достигается применением гофрированных слоев с высотой гофра 2 2,5 мм. Для герметизации образующихся каналов с торцов на нагревательном элементе предусмотрено уплотнение 5.
Каталитический нагревательный элемент конструкции, приведенной на рис. 1, может работать в диффузионном или инжекционном режиме. При работе в диффузионном режиме газообразное топливо подается внутрь трубки 1, распределяется по ее длине за счет газового распределителя 2, выходит радиально через каналы, образованные плоскими 3 и гофрированными 4 лентами. Окислитель кислород воздуха в этом случае подается в зону реакции за счет диффузии из окружающей среды.
При инжекционном режиме работы газообразное топливо и воздух подаются спутным потоком, смешиваясь предварительно в инжекторе, в газораспределительную трубку элемента 1. Газовоздушная смесь распределяется по длине трубки за счет газового распределителя 2, выходя радиально в каталитически активные каналы образованными плоскими 3 и гофрированными 4 лентами, на стенках которых происходит химическая реакция окисления топлива.
Конструкция нагревательных элементов позволяет использовать их, группируя в секции с общим подводом газовоздушной смеси, и создавать, таким образом, устройства любой необходимой мощности.
Отличительными признаками предполагаемого технического решения по отношению к прототипу являются:
использование катализатора в виде проницаемых для газа армированных лент, навитых на газораспределительную трубку;
использование в качестве армирующей подложки для катализатора металлической сетки или порометалла;
армированные ленты выполнены плоскими и гофрированными и навиты с зазорами между витками на газораспределительную трубку с образованием газовоздушных каналов между ними и указанной трубкой;
четные ряды навивки состоят из плоских лент, а нечетные из гофрированных, причем витки последующего ряда перекрывают зазоры предыдущего;
-применение в качестве распределителя газа порометалла, спеченного с поверхностью трубки;
в качестве катализатора используют армированный пористый материал, содержащий в качестве активных компонентов Co3O4, CuO, Cr2О3, Fе2О3, Al2O3, металлы VIII группы, закрепленные на металлических носителях с помощью сплавов на основе Тi, сплавов Тi c Аl, Ni c Аl, Ni c Cr, Ti c Si.
использование катализатора в виде проницаемых для газа армированных лент, навитых на газораспределительную трубку;
использование в качестве армирующей подложки для катализатора металлической сетки или порометалла;
армированные ленты выполнены плоскими и гофрированными и навиты с зазорами между витками на газораспределительную трубку с образованием газовоздушных каналов между ними и указанной трубкой;
четные ряды навивки состоят из плоских лент, а нечетные из гофрированных, причем витки последующего ряда перекрывают зазоры предыдущего;
-применение в качестве распределителя газа порометалла, спеченного с поверхностью трубки;
в качестве катализатора используют армированный пористый материал, содержащий в качестве активных компонентов Co3O4, CuO, Cr2О3, Fе2О3, Al2O3, металлы VIII группы, закрепленные на металлических носителях с помощью сплавов на основе Тi, сплавов Тi c Аl, Ni c Аl, Ni c Cr, Ti c Si.
Предлагаемый каталитический нагревательный элемент позволяет проводить сжигание газообразного или сжиженного углеводородного топлива при температурах не выше 850 900oС. При этом в продуктах сгорания содержатся экологически безопасные вещества.
Вариант технической реализации установки с использованием каталитического нагревательного элемента инжекционного типа приведен на рис. 2.
Газ из емкости 6 для его хранения по трубе 7 через вентиль 8 и манометр 9 поступает в сопло инжектора 10. Избыточное давление на входе в сопло должно быть не ниже 20 кПа. При открытой воздушной заслонке 11 в камеру смешения 13 поступает воздух 12 и в результате образуется газовоздушная смесь с избытком воздуха 1,05 от стехиометрического. В дальнейшем газовоздушная смесь поступает в газораспределительную трубку каталитического нагревательного элемента 14. На стенках каталитически активных каналов происходит химическая реакция, продукты которой по каналам 15 выводятся в окружающую среду.
Пример 1. Рассматривается каталитический нагревательный элемент инжекционного типа мощностью 1,5 кВт. Его характеристики:
длина газораспределительной трубки 420 мм;
длина каталитического покрытия 350 мм;
диаметр газораспределительной трубки 10 мм:
диаметр трубки КНЭ 25 мм;
количество каталитических слоев 3;
температура каталитической поверхности 850oС;
полнота окисления 100%
содержание СО нет;
содержание NОx нет;
поверхность излучения 210 см2;
рабочее давление перед соплом инжектора 0,035 мПа;
расход газа 15 см3/с.
длина газораспределительной трубки 420 мм;
длина каталитического покрытия 350 мм;
диаметр газораспределительной трубки 10 мм:
диаметр трубки КНЭ 25 мм;
количество каталитических слоев 3;
температура каталитической поверхности 850oС;
полнота окисления 100%
содержание СО нет;
содержание NОx нет;
поверхность излучения 210 см2;
рабочее давление перед соплом инжектора 0,035 мПа;
расход газа 15 см3/с.
Пример 2. Рассматривается каталитический нагревательный элемент инжекционного типа мощностью 4 кВт. Его характеристики:
длина газораспределительной трубки 420 мм;
длина каталитического покрытия 350 мм;
диаметр газораспределительной трубки 20 мм;
диаметр трубки КНЭ 32 мм;
количество каталитических слоев 3;
температура каталитической поверхности 850oC;
полнота сгорания 100%
содержание СО нет;
содержание NОx нет;
поверхность излучения 350 см2;
рабочее давление газа перед соплом инжектора 0,035 мПа;
расход газа 40 см3/с.
длина газораспределительной трубки 420 мм;
длина каталитического покрытия 350 мм;
диаметр газораспределительной трубки 20 мм;
диаметр трубки КНЭ 32 мм;
количество каталитических слоев 3;
температура каталитической поверхности 850oC;
полнота сгорания 100%
содержание СО нет;
содержание NОx нет;
поверхность излучения 350 см2;
рабочее давление газа перед соплом инжектора 0,035 мПа;
расход газа 40 см3/с.
Пример 3. Рассматривается каталитический нагревательный элемент диффузионного типа мощностью 0,75 кВт. Его характеристики:
длина газораспределительной трубки 420 мм;
длина каталитического покрытия 350 мм;
диаметр газораспределительной трубки 8 мм;
диаметр трубки КНЭ 26 мм;
количество каталитических слоев 4;
температура каталитической поверхности при окислении пропан-бутановой смеси 550oС;
полнота окисления 100%
содержание СО нет;
содержание NОx нет;
расход газа 7,5 см3/с.
длина газораспределительной трубки 420 мм;
длина каталитического покрытия 350 мм;
диаметр газораспределительной трубки 8 мм;
диаметр трубки КНЭ 26 мм;
количество каталитических слоев 4;
температура каталитической поверхности при окислении пропан-бутановой смеси 550oС;
полнота окисления 100%
содержание СО нет;
содержание NОx нет;
расход газа 7,5 см3/с.
Как следует из представленных примеров, предлагаемое техническое решение обеспечивает достижение cледующего технического результата: каталитический нагревательный элемент позволяет проводить с высокой эффективностью сжигание газообразного или сжиженного углеводородного топлива при температурах не выше 850oC, причем в продуктах сгорания не содержится экологически вредных веществ. ЫЫЫ2
Claims (6)
1. Каталитический нагревательный элемент, содержащий газораспределительную перфорированную трубку с размещенным на ее внешней поверхности распределителем газа и слоем катализатора, отличающийся тем, что катализатор выполнен в виде газопроницаемых армированных лент, навитых на газораспределительную трубку.
2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что армирующие подложки выполнены в виде металлической сетки или порометалла.
3. Элемент по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что армированные ленты выполнены плоскими и гофрированными и навиты с зазорами между витками на газораспределительную трубку с образованием газовоздушных каналов между ними и указанной трубкой.
4. Элемент по пп.1 3, отличающийся тем, что четные ряды навивки состоят из плоских лент, а нечетные из гофрированных, причем витки последующего ряда перекрывают зазоры предыдущего.
5. Элемент по п.1, отличающийся тем, что распределитель газа выполнен из порометалла и спечен с поверхностью газораспределительной трубки.
6. Элемент по п.1, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют армированный пористый материал, содержащий в качестве активных компонентов Co3O4, CuO, Cr2O3, F2O3, Al2O3, металлы VIII группы, закрепленные на металлических носителях с помощью сплавов на основе Тi, сплавов Ti Аl, Ni Аl, Ni Cr, Ti Si.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94006577/06A RU2062402C1 (ru) | 1994-02-24 | 1994-02-24 | Каталитический нагревательный элемент |
PCT/RU1995/000026 WO1995022885A2 (en) | 1994-02-24 | 1995-02-14 | Catalytic heating element |
AU18645/95A AU1864595A (en) | 1994-02-24 | 1995-02-14 | Catalytic heating element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94006577/06A RU2062402C1 (ru) | 1994-02-24 | 1994-02-24 | Каталитический нагревательный элемент |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU94006577A RU94006577A (ru) | 1995-11-20 |
RU2062402C1 true RU2062402C1 (ru) | 1996-06-20 |
Family
ID=20152851
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94006577/06A RU2062402C1 (ru) | 1994-02-24 | 1994-02-24 | Каталитический нагревательный элемент |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
AU (1) | AU1864595A (ru) |
RU (1) | RU2062402C1 (ru) |
WO (1) | WO1995022885A2 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000063618A1 (fr) * | 1999-04-15 | 2000-10-26 | Zakrytoe Aktsionernoe Obschestvo Mezhotraslevoe J Uridicheskoe Agentstvo 'jurpromkonsalting' | Convertisseur |
WO2001065177A1 (fr) * | 2000-03-03 | 2001-09-07 | Institut Kataliza Imeni G.K. Boreskova Sibirskogo Otdeleniya Rossiiskoi Akademii Nauk | Element chauffant catalytique |
RU2473382C1 (ru) * | 2011-07-07 | 2013-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "СинТоп" | Микроканальный реактор для синтеза жидких углеводородов по методу фишера-тропша |
RU2674231C1 (ru) * | 2018-03-07 | 2018-12-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (ИК СО РАН) | Способ каталитического сжигания газообразных топлив и устройство для его осуществления |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
IES20040762A2 (en) * | 2003-11-14 | 2005-09-21 | Oglesby & Butler Res & Dev Ltd | A converting device for converting fuel gas to heat and a gas powered heating device |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3407025A (en) * | 1964-10-19 | 1968-10-22 | Universal Oil Prod Co | Semi-catalytic infra-red heat producing unit |
FR1573076A (ru) * | 1968-03-25 | 1969-07-04 | ||
GB1256580A (ru) * | 1968-11-26 | 1971-12-08 | ||
DE4330130C1 (de) * | 1993-09-06 | 1994-10-20 | Fraunhofer Ges Forschung | Katalytischer Brenner |
-
1994
- 1994-02-24 RU RU94006577/06A patent/RU2062402C1/ru not_active IP Right Cessation
-
1995
- 1995-02-14 WO PCT/RU1995/000026 patent/WO1995022885A2/ru active Application Filing
- 1995-02-14 AU AU18645/95A patent/AU1864595A/en not_active Abandoned
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство N1310583, кл. F 23 D 14/18, 1987. Патент Норвегии N89/02054, кл. F 23 D 14/18,1989. Патент ФРГ N2911501, кл. B 01 J 8/04, 1980. Авторское свидетельство СССР N705202, кл. F 23 D 13/18, 1979. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000063618A1 (fr) * | 1999-04-15 | 2000-10-26 | Zakrytoe Aktsionernoe Obschestvo Mezhotraslevoe J Uridicheskoe Agentstvo 'jurpromkonsalting' | Convertisseur |
WO2001065177A1 (fr) * | 2000-03-03 | 2001-09-07 | Institut Kataliza Imeni G.K. Boreskova Sibirskogo Otdeleniya Rossiiskoi Akademii Nauk | Element chauffant catalytique |
RU2473382C1 (ru) * | 2011-07-07 | 2013-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "СинТоп" | Микроканальный реактор для синтеза жидких углеводородов по методу фишера-тропша |
RU2674231C1 (ru) * | 2018-03-07 | 2018-12-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (ИК СО РАН) | Способ каталитического сжигания газообразных топлив и устройство для его осуществления |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO1995022885A2 (en) | 1995-08-31 |
WO1995022885A3 (fr) | 1995-11-09 |
AU1864595A (en) | 1995-09-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4849187A (en) | Steam reforming apparatus | |
CN105705226B (zh) | 液体燃料催化部分氧化重整器和催化部分氧化重整方法 | |
CA3137624C (en) | Catalytically heated fuel processor with replaceable structured supports bearing catalyst for fuel cell | |
US6969411B2 (en) | Compact light weight autothermal reformer assembly | |
CN101432065A (zh) | 固定床吸热反应内燃交换反应器 | |
JP5152811B2 (ja) | 改質装置 | |
JPH07503788A (ja) | 温水器 | |
AU2011326221B2 (en) | In-situ vaporizer and recuperator for alternating flow device | |
JP4562775B2 (ja) | 均一加熱のための微細流路加熱器 | |
CN107327856A (zh) | 一种催化燃烧供热系统及加热工艺 | |
Sadamori | Application concepts and evaluation of small-scale catalytic combustors for natural gas | |
CA2192534C (en) | Process and apparatus for gas phase exothermic reactions | |
US8133445B2 (en) | Reaction chamber promoting heat exchange between the reagents and the gases that are produced | |
US9903585B1 (en) | Catalytic burner with utilization chamber | |
RU2062402C1 (ru) | Каталитический нагревательный элемент | |
CN101970939A (zh) | 无焰燃烧加热器 | |
RU113729U1 (ru) | Процессор для конверсии углеводородных топлив в синтез-газ для применения в твердооксидных топливных элементах | |
JPH0794322B2 (ja) | メタノール改質装置 | |
RU2209378C2 (ru) | Водогрейный котел и способ его работы | |
RU2166696C1 (ru) | Каталитический нагревательный элемент | |
EP0774099A1 (en) | Catalytic purification device | |
RU177270U1 (ru) | Блок для осуществления каталитических гетерогенных реакций | |
RU2269725C1 (ru) | Каталитический водогрейный котел | |
RU2674231C1 (ru) | Способ каталитического сжигания газообразных топлив и устройство для его осуществления | |
CN218763635U (zh) | 甲醇无焰燃烧取暖器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060225 |