RU2286308C2 - Radial type device for production of the synthesis gas - Google Patents
Radial type device for production of the synthesis gas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2286308C2 RU2286308C2 RU2005102272/15A RU2005102272A RU2286308C2 RU 2286308 C2 RU2286308 C2 RU 2286308C2 RU 2005102272/15 A RU2005102272/15 A RU 2005102272/15A RU 2005102272 A RU2005102272 A RU 2005102272A RU 2286308 C2 RU2286308 C2 RU 2286308C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- heat
- catalytic
- synthesis gas
- conducting
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к устройству для осуществления парциального окисления газообразных углеводородных топлив с помощью соответствующего катализатора и может быть использовано для получения синтез-газа и дальнейшего его использования в энергоустановках на топливных элементах и в качестве добавок к топливу в двигатели внутреннего сгорания, а также в отопительных водогрейных системах для генерации тепла.The invention relates to a device for the partial oxidation of gaseous hydrocarbon fuels using an appropriate catalyst and can be used to produce synthesis gas and its further use in power plants using fuel cells and as additives to fuel in internal combustion engines, as well as in heating water heating systems to generate heat.
Известно устройство (см. патент RU 2175799 от 25.03.1997 г. «Установка риформинга для преобразования реагента в продукты реакции (варианты) и способ осуществления риформинга», опубликованный в бюллетене изобретений №31, 2001 г.), которое может работать в режиме частичного окисления углеводородного газа. Устройство предполагает для обеспечения изотермического режима окисления углеводородного газа использование пакета, в котором имеются последовательно расположенные инертные «теплопроводные пластины» и каталитические пластины, при этом изотермичность процесса обеспечивается хорошей (радиальной) теплопроводностью только «теплопроводной пластины». Известно, что парциальное окисление протекает через стадию сжигания метана и последующие реакции риформинга, поэтому из-за высокой экзотермичности реакции сжигания в первой части неподвижного слоя катализатора возникают «горячие точки», и поэтому каталитическое парциальное окисление метана проводят в реакторах при малых временах контакта (доли секунд) и термической теплопроводности слоя не менее 0,15 Дж/(сек·м·К) [M.Fathi, R.H.Hofstad, Т.Sperle, O.A.Rokstad, A.Holmen. Partial oxidation of methane to synthesis gas at very short contact times. // Catalysis Today 42, 1998, p.205-209]. Толщина каталитического слоя обеспечивает полную конверсию метана при времени контакта не выше 0,3 сек. Температура в каталитическом слое поднимается до 750-850°С. Наиболее подходящим материалом, пригодным работать в данных условиях длительное время, является сплав состава Fe-Ni-Cr-Al или Fe-Cr-Al. Передача тепла от поверхности каталитического слоя во внешний объем осуществляется в основном посредством конвекции и инфракрасного излучения, поэтому избежать возникновения локальных «горячих точек» на каталитической пластине возможно лишь значительным увеличением теплопроводности носителя катализатора, которая позволит перераспределить температуру по поперечному сечению каталитической пластины.A device is known (see patent RU 2175799 dated 03/25/1997, "Installation of reforming for converting a reagent into reaction products (options) and a method for reforming", published in the bulletin of inventions No. 31, 2001), which can operate in partial mode oxidation of hydrocarbon gas. The device involves the use of a package in which there are sequentially located inert "heat-conducting plates" and catalytic plates, while the isothermality of the process is ensured by the good (radial) thermal conductivity of only the "heat-conducting plate" to ensure an isothermal mode of hydrocarbon gas oxidation. It is known that partial oxidation proceeds through the methane burning stage and subsequent reforming reactions; therefore, because of the high exothermicity of the combustion reaction, “hot spots” arise in the first part of the fixed catalyst bed, and therefore, the catalytic partial oxidation of methane is carried out in reactors at short contact times (fractions seconds) and thermal conductivity of the layer of at least 0.15 J / (sec · m · K) [M.Fathi, RHHofstad, T.Sperle, OARokstad, A.Holmen. Partial oxidation of methane to synthesis gas at very short contact times. // Catalysis Today 42, 1998, p.205-209]. The thickness of the catalytic layer provides a complete conversion of methane at a contact time of not more than 0.3 seconds. The temperature in the catalytic layer rises to 750-850 ° C. The most suitable material suitable for a long time under these conditions is an alloy of the composition Fe-Ni-Cr-Al or Fe-Cr-Al. Heat transfer from the surface of the catalytic layer to the external volume is carried out mainly by convection and infrared radiation; therefore, the occurrence of local “hot spots” on the catalytic plate is possible only by a significant increase in the thermal conductivity of the catalyst carrier, which allows the temperature to be redistributed over the cross section of the catalytic plate.
Недостатком данной конструкции является то, что изотермичность процесса обеспечивается установкой инертных «теплопроводных пластин». Эти пластины являются балластной массой в конструкции, и при теплопроводности материала этих пластин менее 16 Дж/(сек·м·К) пластины должны иметь толщину, в несколько раз большую, чем толщина каталитических пластин.The disadvantage of this design is that the isothermal process is provided by the installation of inert "heat-conducting plates." These plates are the ballast mass in the structure, and with the thermal conductivity of the material of these plates less than 16 J / (sec · m · K), the plates must have a thickness several times greater than the thickness of the catalytic plates.
Известен каталитический реактор (см. патент RU 2208475 от 26.04.2001, опубликованный в бюллетене изобретений №20, 2003 г.) для получения синтез-газа радиального типа, содержащий газораспределительную трубку со слоем катализатора, который выполнен в виде газопроницаемых плоских и гофрированных армированных лент, навитых и спеченных с газораспределительной трубкой с зазорами между витками с образованием газовоздушных каналов между лентами. Реактор имеет устройство подогрева для запуска его в работу. Газораспределительная трубка имеет отверстия перфорации с диаметром, меньшим критического диаметра, для предотвращения проникновения пламени внутрь газораспределительной трубки. В качестве катализатора используют армированный пористый материал, содержащий активные компоненты: родий, никель, платину, палладий, железо, кобальт, рений, рутений или их смеси.Known catalytic reactor (see patent RU 2208475 from 04/26/2001, published in the bulletin of inventions No. 20, 2003) for producing radial-type synthesis gas containing a gas distribution tube with a catalyst layer, which is made in the form of gas-permeable flat and corrugated reinforced tapes wound and sintered with a gas distribution pipe with gaps between the turns with the formation of gas-air channels between the tapes. The reactor has a heating device to put it into operation. The gas distribution pipe has perforation holes with a diameter smaller than the critical diameter to prevent flame from entering the gas distribution pipe. As a catalyst, a reinforced porous material containing active components is used: rhodium, nickel, platinum, palladium, iron, cobalt, rhenium, ruthenium, or a mixture thereof.
Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа.The above device is the closest in technical essence to the claimed device and therefore is selected as a prototype.
Недостатком этого устройства является отсутствие освоенных промышленностью серийных технологий изготовления армированных пористых материалов, высокая трудоемкость и снижение общей каталитической активности в связи с использованием армирующих материалов.The disadvantage of this device is the lack of serial technologies mastered by the industry for the manufacture of reinforced porous materials, the high complexity and decrease in overall catalytic activity due to the use of reinforcing materials.
Решаемой технической задачей является создание компактного устройства радиального типа для получения синтез-газа из углеводородного газа с повышенной эффективностью.The technical problem to be solved is the creation of a compact radial type device for producing synthesis gas from hydrocarbon gas with increased efficiency.
Решаемая задача достигается тем, что устройство для получения синтез-газа радиального типа содержит газораспределительную перфорированную трубку и катализатор.The problem to be achieved is that the device for producing radial-type synthesis gas comprises a gas distribution perforated tube and a catalyst.
Новым является выполнение катализатора в виде кольцевых теплопроводных металлопористых каталитических пластин и теплопроводных сепараторов с пазами, чередующихся между собой с образованием каналов для прохождения газовых потоков и соединенных между собой, при этом на обеих сторонах сепаратора выполнены пазы в форме эвольвенты от центра к периферии, при этом кольцевые пластины катализатора установлены перпендикулярно оси газораспределительной перфорированной трубки. Теплопроводные сепараторы выполнены металлическими, пазы в них выполнены методом химического травления с использованием фотолитографии. Теплопроводные металлопористые каталитические пластины выполнены методом пористого проката (см. Книга «Производство порошкового проката» под редакцией Сорокина, Москва, Металлургия, 2002 г.) или шликерного литья из теплопроводных металлических порошков с последующим нанесением пористой подложки из оксида магния или оксида алюминия, или оксида циркония и пропиткой каталитически активными элементами. Внутри газораспределительной перфорированной трубки расположена система запуска, которая состоит из смесителя с запальной свечой или электрического нагревательного элемента.New is the implementation of the catalyst in the form of annular heat-conducting metal-porous catalytic plates and heat-conducting separators with grooves, alternating with each other with the formation of channels for the passage of gas flows and interconnected, while on both sides of the separator are made the grooves in the form of involute from the center to the periphery, while annular plates of the catalyst are mounted perpendicular to the axis of the gas distribution perforated tube. The heat-conducting separators are made of metal, the grooves in them are made by chemical etching using photolithography. The heat-conducting metal-porous catalytic plates are made by the method of porous rolling (see the book “Production of powder rolling” edited by Sorokin, Moscow, Metallurgy, 2002) or slip casting from heat-conducting metal powders, followed by the application of a porous substrate of magnesium oxide or aluminum oxide, or oxide zirconium and impregnation with catalytically active elements. Inside the gas distribution perforated tube there is a launch system, which consists of a mixer with a spark plug or an electric heating element.
На фиг.1 представлена конструкция заявляемого устройства.Figure 1 presents the design of the claimed device.
На фиг.2 представлен фрагмент каталитического блока.Figure 2 presents a fragment of the catalytic block.
На фиг.3 представлена конструкция сепаратора.Figure 3 presents the design of the separator.
Устройство содержит герметичный цилиндрический корпус с расположенными в нем: смесителем 1, запальной свечой 2 или электрическим нагревательным элементом, газораспределительной перфорированной трубкой 3 и катализатором 4. Катализатор 4 (фиг.2) выполнен в виде пакета чередующихся между собой кольцевых теплопроводных металлопористых каталитических пластин 5 и теплопроводных сепараторов 6, установленных перпендикулярно оси газораспределительной перфорированной трубки 3. В сепараторах 6 от центра к периферии выполнены двухсторонние пазы 7 (N пазов шириной l, глубиной h), обеспечивающие радиальное прохождение реакционной смеси. Пазы 7 в сепараторах имеют по длине форму эвольвент, принадлежащих одному радиусу основной окружности. Для обеспечения равномерного распределения массового потока по пазам входной участок заужен до размера t. Суммарная глубина пазов сепаратора (с двух сторон) - до 50% толщины сепаратора S, направление пазов одной стороны сепаратора выполнено перекрестно направлению пазов другой стороны сепаратора. Габариты каталитического блока (D - наружный диаметр, d - внутренний диаметр и число каталитических пластин) определяются требуемой производительностью устройства. Пазы в сепараторах выполнены фрезерованием или методом химического травления с использованием фотолитографии. Материал сепаратора - сплав Fe-Cr-Ni-Al. Co стороны входа реформируемого потока пазы сепаратора выполнены меньшей ширины (см. элемент II фиг.3) с целью обеспечения равномерного распределения массового потока как по сечению, так и по длине каталитического блока. Пакет каталитических пластин и теплопроводных сепараторов, для обеспечения термического (теплового) контакта, стягивается между собой двумя жесткими фланцами, либо с помощью шпилек, либо гайкой через газораспределительную перфорированную трубку 3. Металлопористые теплопроводные каталитические пластины выполнены методом пористого проката или шликерного литья, пористостью 40...70%, с последующим нанесением пористой подложки и пропиткой каталитически активной массой. В качестве катализатора используют активные компоненты, содержащие родий, никель, платину, палладий, железо, кобальт, рений, рутений или их смеси.The device contains a sealed cylindrical body with located in it: a
Материал металлопористых теплопроводных пластин - сплавы Fe-Ni-Cr-Al или Fe-Cr-Al с добавками иттрия. Кольцевой зазор, образованный внутренней поверхностью корпуса и наружной цилиндрической поверхностью каталитического пакета, образует коллектор отвода синтез-газа. Равномерное распределение реформируемой смеси по длине каталитического пакета обеспечивается газораспределительной перфорированной трубой 3, при этом диаметр отверстий перфорации должен быть меньше критического. Внутри газораспределительной перфорированной трубки 3 расположена система газового запуска, которая состоит из смесителя и запальной свечи (накаливания или искровой) или электрического нагревательного элемента (ТЭНа). Смеситель выполнен в виде центральной трубки с соплами-отверстиями, расположенными нормально наружной поверхности трубки для подачи углеводородного газа и кольцевой трубки, охватывающей центральную трубку для подачи воздуха, причем поток воздуха с помощью тангенциального ввода закручен относительно оси центральной трубки. Сопла подачи углеводородного газа расположены равномерно как по длине центральной трубки, так и по ее образующей, что обеспечивает гомогенность смеси углеводородный газ-воздух как на этапе парциального окисления, так и при пуске (разогреве) - в режиме полного окисления. При этом давление углеводородного газа должно быть несколько больше давления воздуха. Запуск реактора осуществляется прогревом каталитического пакета до температуры начала реакции парциального окисления. Прогрев каталитического пакета осуществляется прогревом продуктами окисления углеводородного газа, при этом воспламенение смеси углеводородный газ-воздух производится запальной свечой (накаливания или искровой).The material of metal-porous heat-conducting plates is Fe-Ni-Cr-Al or Fe-Cr-Al alloys with yttrium additives. The annular gap formed by the inner surface of the housing and the outer cylindrical surface of the catalytic package forms a reservoir for the extraction of synthesis gas. The uniform distribution of the reformed mixture along the length of the catalytic package is provided by a gas distribution perforated pipe 3, while the diameter of the perforation holes should be less than critical. Inside the gas distribution perforated tube 3 there is a gas start system, which consists of a mixer and a spark plug (glow or spark) or an electric heating element (TENA). The mixer is made in the form of a central tube with nozzle openings located normally on the outer surface of the hydrocarbon gas supply tube and an annular tube enclosing the central air supply tube, the air flow being twisted tangentially into the axis of the central tube. The nozzles for the supply of hydrocarbon gas are located uniformly both along the length of the central tube and along its generatrix, which ensures the homogeneity of the hydrocarbon gas-air mixture both at the stage of partial oxidation and at start-up (heating) - in the full oxidation mode. In this case, the pressure of the hydrocarbon gas should be slightly higher than the air pressure. The reactor is launched by heating the catalytic package to the temperature of the onset of the partial oxidation reaction. The heating of the catalytic package is carried out by heating the hydrocarbon gas oxidation products, while the ignition of the mixture of hydrocarbon gas-air is produced by a glow plug (incandescent or spark).
Конструкция предлагаемого каталитического реактора за счет использования металлопористого теплопроводного каталитического носителя и теплопроводного металлического сепаратора, имеющих хорошую теплопроводность, обеспечивает режим, близкий к изотермическому. Номинальную производительность каталитического реактора можно изменять за счет набора слоев катализатора и сепараторов. Габариты каталитического реактора определяются требуемой производительностью, активностью катализатора. Рекомендуемая толщина каталитических пластин 1-2 мм, глубина пазов сепараторов 0.4-0.6 мм, ширина пазов сепараторов 3-15 мм.The design of the proposed catalytic reactor through the use of metalloporous heat-conducting catalytic carrier and a heat-conducting metal separator having good thermal conductivity, provides a mode close to isothermal. The nominal productivity of the catalytic reactor can be changed due to a set of catalyst layers and separators. The dimensions of the catalytic reactor are determined by the required performance, catalyst activity. The recommended thickness of the catalytic plates is 1-2 mm, the depth of the grooves of the separators is 0.4-0.6 mm, the width of the grooves of the separators is 3-15 mm.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Исходные реагенты: углеводородный газ и воздух в соотношении α=0.65-1 подаются в штуцера входа углеводородного газа и воздуха соответственно. В смесителе 1 происходит перемешивание газов, и далее смешанный поток попадает в зону нагретой запальной свечи 2. Смесь загорается, и продуктами сгорания (дымными газами) происходит разогрев каталитического блока. При нагреве каталитического блока до температуры начала парциального окисления (500-600°С) изменяется соотношение углеводородный газ и воздух до α≈0.3-0.4. Данная смесь, проходя через каталитический блок, подвергается частичному окислению с выходом синтез-газа, содержащего до 33% водорода и до 16-17% оксида углерода, при использовании в качестве углеводородного газа природного газа.Initial reagents: hydrocarbon gas and air in the ratio α = 0.65-1 are supplied to the inlet port of the hydrocarbon gas and air, respectively. In the
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005102272/15A RU2286308C2 (en) | 2005-01-31 | 2005-01-31 | Radial type device for production of the synthesis gas |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005102272/15A RU2286308C2 (en) | 2005-01-31 | 2005-01-31 | Radial type device for production of the synthesis gas |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005102272A RU2005102272A (en) | 2006-07-10 |
RU2286308C2 true RU2286308C2 (en) | 2006-10-27 |
Family
ID=36830400
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005102272/15A RU2286308C2 (en) | 2005-01-31 | 2005-01-31 | Radial type device for production of the synthesis gas |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2286308C2 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2446092C2 (en) * | 2010-06-25 | 2012-03-27 | Учреждение Российской академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН | Onboard synthesis gas generator |
RU2465194C1 (en) * | 2011-05-18 | 2012-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Газохим Техно" | Synthesis gas generator reactor |
RU2480400C1 (en) * | 2011-12-02 | 2013-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Газохим Техно" | Process system for producing synthesis gas |
RU2574254C1 (en) * | 2014-10-27 | 2016-02-10 | Михаил Геннадьевич Чуканин | Method for obtaining synthesis-gas and device for realisation thereof |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018234971A1 (en) * | 2017-06-19 | 2018-12-27 | Sabic Global Technologies, B.V. | An improved process for syngas production for petrochemical applications |
-
2005
- 2005-01-31 RU RU2005102272/15A patent/RU2286308C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2446092C2 (en) * | 2010-06-25 | 2012-03-27 | Учреждение Российской академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН | Onboard synthesis gas generator |
RU2465194C1 (en) * | 2011-05-18 | 2012-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Газохим Техно" | Synthesis gas generator reactor |
RU2480400C1 (en) * | 2011-12-02 | 2013-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Газохим Техно" | Process system for producing synthesis gas |
RU2574254C1 (en) * | 2014-10-27 | 2016-02-10 | Михаил Геннадьевич Чуканин | Method for obtaining synthesis-gas and device for realisation thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005102272A (en) | 2006-07-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11253831B2 (en) | Catalytically heated fuel processor with replaceable structured supports bearing catalyst for fuel cell | |
JP4718069B2 (en) | Compact, lightweight methanol fuel gas autothermal reformer | |
US6969411B2 (en) | Compact light weight autothermal reformer assembly | |
US6576203B2 (en) | Reformer | |
US7247258B2 (en) | Compact partial oxidation reactor assemblage with fast start-up capability | |
JP5152811B2 (en) | Reformer | |
JP2009249280A (en) | Fuel reformer | |
RU2286308C2 (en) | Radial type device for production of the synthesis gas | |
US20060021280A1 (en) | Reformer, and methods of making and using the same | |
Zazhigalov et al. | Mathematical modeling of diesel autothermal reformer geometry modifications | |
US10472235B2 (en) | Synthesis gas manufacturing method and synthesis gas manufacturing apparatus | |
RU2446092C2 (en) | Onboard synthesis gas generator | |
RU110289U1 (en) | DEVICE FOR PRODUCING SYNTHESIS GAS | |
RU2465194C1 (en) | Synthesis gas generator reactor | |
US7271127B2 (en) | Catalyst for partial oxidation reforming of fuel and fuel reforming apparatus and method using the catalyst | |
JP5145566B2 (en) | Externally heated hydrogen production apparatus and fuel cell power generation system using the same | |
RU160799U1 (en) | DEVICE FOR PRODUCING A HYDROGEN-CONTAINING GAS MIXTURE | |
CA3017421A1 (en) | Reactor for producing synthesis gas | |
US20120014864A1 (en) | Hybrid foam/low-pressure autothermal reformer | |
JPS5879088A (en) | Reforming apparatus of hydrocarbon fuel | |
RU142113U1 (en) | CATALYTIC SYNTHESIS GAS GENERATOR | |
KR20120056069A (en) | An exhaust gas combustor of fuel cell having a metal form layer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160201 |