RU2407586C2 - Устройство и способ выработки газообразного водорода за счет дегидрогенизации углеводородного топлива - Google Patents

Устройство и способ выработки газообразного водорода за счет дегидрогенизации углеводородного топлива Download PDF

Info

Publication number
RU2407586C2
RU2407586C2 RU2008114922/21A RU2008114922A RU2407586C2 RU 2407586 C2 RU2407586 C2 RU 2407586C2 RU 2008114922/21 A RU2008114922/21 A RU 2008114922/21A RU 2008114922 A RU2008114922 A RU 2008114922A RU 2407586 C2 RU2407586 C2 RU 2407586C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel
reactor
hydrogen gas
heat exchanger
dehydrogenation
Prior art date
Application number
RU2008114922/21A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2008114922A (ru
Inventor
Петер ЯНКЕР (DE)
Петер ЯНКЕР
Феликс НИЦШКЕ (DE)
Феликс НИЦШКЕ
Кристиан ВОЛЬФФ (DE)
Кристиан ВОЛЬФФ
Original Assignee
Эйрбас Дойчланд Гмбх
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Эйрбас Дойчланд Гмбх filed Critical Эйрбас Дойчланд Гмбх
Publication of RU2008114922A publication Critical patent/RU2008114922A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2407586C2 publication Critical patent/RU2407586C2/ru

Links

Images

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
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/501—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion
    • 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
    • C01B3/26—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons using catalysts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
    • B01J2219/00076—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements inside the reactor
    • B01J2219/00081—Tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00132—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements
    • B01J2219/00135—Electric resistance heaters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00157—Controlling the temperature by means of a burner
    • 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
    • C01B2203/0277—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a decomposition step containing a catalytic decomposition step
    • 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
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0405—Purification by membrane separation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Устройство для выработки газообразного водорода за счет дегидрогенизации углеводородного топлива содержит топливный резервуар, соединенный с реактором при помощи магистрали подачи топлива. Реактор имеет первую выпускную магистраль для рециркуляции в топливный резервуар остаточных углеводородов, полученных в ходе дегидрогенизации. Реактор выполнен с возможностью взаимодействия с катализатором. Топливный резервуар находится в контакте с теплообменником при помощи магистрали подачи топлива и первой выпускной магистрали. Топливо вводят при помощи магистрали подачи топлива и подогревают при помощи теплообменника. Реактор имеет устройство для локального нагревания топлива до температуры (TR) реакции. Остаточное топливо, полученное за счет дегидрогенизации в реакторе, охлаждают при помощи теплообменника и возвращают в топливный резервуар. Реактор имеет вторую выпускную магистраль для удаления газообразного водорода, полученного при дегидрогенизации. Обеспечивается увеличение выработки энергии и повышение КПД устройства при снижении его веса и объема. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Область применения изобретения
Настоящее изобретение имеет отношение к созданию устройства для выработки газообразного водорода за счет дегидрогенизации углеводородного топлива. Устройство в соответствии с настоящим изобретением включает в себя топливный резервуар, который соединен с реактором при помощи магистрали подачи топлива, позволяющей подавать топливо в реактор от топливного резервуара, причем реактор имеет первую выпускную магистраль для возврата в топливный резервуар остаточного топлива, выработанного в ходе дегидрогенизации поданного топлива, при этом реактор взаимодействует с катализатором, если это необходимо.
Предпосылки к созданию изобретения
Известно, что газообразный водород, особенно для использования в топливных элементах, ранее получали за счет реформинга углеводородного топлива (бензин, дизельное топливо, керосин и т.п.) с использованием подходящего окислителя, такого как воздух или вода. При этом выделяются побочные продукты, в особенности оксид углерода и диоксид углерода, что требует проведения дорогого процесса очистки. Дополнительный недостаток такой выработки водорода на борту транспортного средства, например, за счет парового реформинга заключается в том, что этот процесс является относительно сложным, так как в нем приходится использовать воду, которую необходимо иметь на борту.
Из публикации ЕР 1069069 А2 известно устройство, в котором в отличие от обычно используемого процесса реформинга получают относительно чистый газообразный водород без получения СО, CO2, NOx или других нежелательных побочных продуктов, что позволяет исключить появление загрязнений в газообразном водороде. Так как газообразный водород также не разбавляется при помощи N2 или O2, это преимущественно приводит к простой работе топливного элемента или другого потребителя газообразного водорода.
Однако недостатком устройства, известного из публикации ЕР 1069069 А2, является то, что оно имеет сложную, громоздкую конструкцию и низкий кпд.
Сущность изобретения
В связи с изложенным первой задачей настоящего изобретения является усовершенствование устройства такого рода, в частности, для выработки газообразного водорода на борту самолета, чтобы получить оптимизированное устройство, имеющее повышенный кпд и/или обеспечивающее увеличение выработки энергии. Другой задачей является создание возможно более гибкой конфигурации с малым весом и малым объемом.
Эта задача решена в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения при помощи устройства, которое характеризуется тем, что топливный резервуар находится в контакте с теплообменником как через магистраль подачи топлива, так и через первую выпускную магистраль реактора, причем жидкое топливо может быть предварительно нагрето при помощи теплообменника и подано в реактор через магистраль подачи топлива. Реактор включает в себя нагреватель, предназначенный для нагревания поданного жидкого топлива до температуры реакции, причем жидкое остаточное топливо, выработанное в ходе дегидрогенизации поданного в реактор топлива, может быть охлаждено при помощи теплообменника и возвращено в топливный резервуар, при этом реактор имеет вторую выпускную магистраль для удаления газообразного водорода (и любых имеющихся в нем загрязнений), выработанного в ходе дегидрогенизации поданного топлива.
Такое устройство не только имеет компактную конструкцию, так как отдельные компоненты эффективно объединены и/или интегрированы, в том числе реактор, нагреватель и блок для отделения выработанного газообразного водорода объединены технически простым образом, но и обеспечивает более высокую выработку энергии, так как это устройство основано на принципе противотока, то есть магистраль подачи топлива, которую используют для подачи топлива в реактор, и первая выпускная магистраль, которую используют для удаления остаточного топлива из реактора, являются частями теплообменника. За счет этого может быть оптимально использовано имеющееся в системе остаточное тепло. Так как топливный резервуар также соединен с теплообменником, также может быть использован холод холодного топлива, хранящегося в топливном резервуаре. Следовательно, очень большая доля полной энергии преимущественно остается в системе при таком ее построении.
Другим преимуществом настоящего изобретения является то, что газообразный водород, который непосредственно удаляют из реактора через вторую выпускную магистраль, обычно имеет некоторую остаточную теплоту, которую обычно можно использовать в дальнейшем, например, в топливном элементе.
В соответствии со вторым вариантом настоящего изобретения магистраль подачи топлива и первая выпускная магистраль также соединяют топливный резервуар с теплообменником, при этом топливо предварительно нагревают при помощи теплообменника и подают в реактор через магистраль подачи топлива, причем реактор также имеет нагреватель для нагревания поданного жидкого топлива до температуры реакции. Второй вариант отличается от первого варианта тем, что реакционная смесь газообразного водорода и остаточного топлива, выработанная в ходе дегидрогенизации поданного в реактор топлива, может быть подана для ее охлаждения в теплообменник через первую выпускную магистраль, так что газообразный водород и остаточное топливо, имеющие различные агрегатные состояния, могут быть отделены друг от друга за счет конденсации, причем первая выпускная магистраль может дополнительно иметь выпуск ниже по течению от теплообменника, предназначенный для выгрузки выработанного газообразного водорода, который потенциально содержит газообразные загрязнения.
В дополнение к уже обсуждавшимся выше преимуществам, связанным с увеличением выработки энергии при повышении кпд за счет соединения топливного резервуара и теплообменника и использования более компактной структуры устройства за счет встраивания нагревателя в реактор, еще одно преимущество второго варианта, в частности, заключается в том, что не создают проблем различные агрегатные состояния подаваемого в реактор топлива или остаточного топлива, выработанного в ходе дегидрогенизации, так как газообразный водород и газообразное или жидкое остаточное топливо могут быть легко разделены за счет конденсации при удалении выработанной реакционной смеси через первую выпускную магистраль и теплообменник. Дополнительное преимущество второго варианта заключается в том, что газообразный водород, выгружаемый (выпускаемый) через выпуск после теплообменника, является более холодным, чем газообразный водород, удаленный непосредственно из реактора в первом варианте. Такой более холодный газообразный водород, например, более удобно хранить на борту.
Дегидрогенизация углеводородного топлива, которую используют в соответствии с настоящим изобретением, основана на следующей эндотермической реакции:
CnHx->Н2+CnHx-2
Это является реверсированием дегидрогенизации, которую обычно используют, и в основном позволяет вырабатывать чистый газообразный водород и ненасыщенные углеводороды, причем последние могут быть вновь поданы в топливный резервуар. Не все углеводороды преобразуются в ходе реакции, а, скорее, их часть, то есть достаточным является неполное преобразование. Это является привлекательным для выработки на борту, например на самолетах, вертолетах, автомашинах или других транспортных средствах, газообразного водорода, необходимого для работы дополнительных агрегатов, так как относительно малая потребность делает количественную реакцию неважной, а неиспользованная часть углеводородного топлива вместе с отходами и продуктами реакции насыщенных углеводородов может быть возвращена в топливный резервуар (или непосредственно в силовую установку или двигатель), что образует только небольшое и совершенно безопасное химическое изменение углеводородного топлива (= смеси различных углеводородов).
Так как газообразный водород, выработанный как в первом, так и во втором вариантах, обычно содержит газообразные загрязнения, его преимущественно направляют далее в блок очистки для удаления загрязнений, как это описано далее более подробно.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом настоящего изобретения первый и второй варианты могут быть объединены так, чтобы образовать как вторую выпускную магистраль в реакторе, так и выпуск ниже по течению от теплообменника, чтобы соответствующим образом удалять газообразный водород, причем вторая выпускная магистраль реактора и выпуск соединены друг с другом типично при помощи соответствующего клапана таким образом, что одновременно только одна из двух соответствующих линий может быть соединена с блоком очистки.
Это позволяет создать устройство, особенно подходящее для дегидрогенизации углеводородного топлива, причем, при необходимости, газообразный водород с некоторым остаточным теплом или холодный газообразный водород могут быть удалены. Также нет необходимости в модификации устройства, например, когда подогретое газообразное топливо подают в реактор или когда газообразное остаточное топливо вырабатывают в дополнение к газообразному водороду в ходе дегидрогенизации. Открывание и закрывание капана позволяет направлять полученный соответствующим образом газообразный водород с любыми имеющимися в нем загрязнениями в блок очистки для удаления загрязнений.
Мембрану преимущественно используют в блоке очистки для выделения загрязнений из газообразного водорода, поданного в блок очистки. Само собой разумеется, что для этого могут быть использованы и другие методы. Отделенный поток загрязнений затем преимущественно выгружают через выпуск загрязнений, а чистый газообразный водород выгружают через выпуск водорода.
Поток загрязнений, который выгружают через выпуск загрязнений блока очистки, преимущественно может быть вновь использован для нагревания реактора. Кроме потока загрязнений для нагревания реактора используют теплоту, вырабатываемую в процессе. Поток загрязнений также может быть направлен через турбину, если упомянуть только один из примеров его использования.
Устройство в соответствии с настоящим изобретением преимущественно используют для выработки газообразного водорода на борту самолетов, вертолетов, автомашин или других транспортных средств.
Устройство в соответствии с настоящим изобретением специально предназначено для выработки газообразного водорода на борту самолетов, причем реактор может быть преимущественно нагрет за счет отбираемого от компрессора воздуха (стравливаемого воздуха) или за счет отходящей теплоты турбины и/или топливного элемента. Это позволяет нагревать реактор особенно эффективным образом, так как при этом используют потоки теплоты, уже имеющиеся на самолетах.
В случае использования предлагаемого устройства на самолетах или вертолетах дополнительное преимущество дает использование разности давлений и/или температур на земле и в воздухе для фракционной перегонки углеводородного топлива, так как не требуются дополнительные затраты для разделения легкоколетучих образующих топлива от малолетучих образующих топлива. В частности, малолетучие образующие топлива могут быть использованы для дегидрогенизации, что преимущественно ведет к уменьшению массового расхода.
В способе выработки газообразного водорода с использованием устройства в соответствии с настоящим изобретением дегидрогенизацией углеводородного топлива, поданного в реактор, управляют так, чтобы вырабатывать газообразный водород, с одной стороны, и, с другой стороны, хранить в топливном резервуаре остаточное топливо, которое может быть перемешано с углеводородным топливом, причем указанный способ характеризуется тем, что газообразный водород, выработанный в реакторе в ходе дегидрогенизации поданного топлива, удаляют непосредственно из реактора через вторую выпускную магистраль и/или реакционную смесь, образованную из остаточного топлива и газообразного водорода, выработанного в реакторе в ходе дегидрогенизации поданного топлива, удаляют через первую выпускную магистраль и охлаждают при помощи теплообменника, чтобы отделить газообразный водород от остаточного топлива, при этом отделенный газообразный водород с любыми имеющимися в нем загрязнениями удаляют через выпуск, предусмотренный в первой выпускной магистрали и расположенный ниже по течению от теплообменника.
Такой способ позволяет не только осуществлять эффективную выработку газообразного водорода без создания СО, СО2 или NOx, но также позволяет облегчить, по желанию, удаление газообразного водорода, все еще имеющего остаточную теплоту, или газообразного водорода, который уже был охлажден, за счет чего обеспечивается высокая гибкость системы.
Далее настоящее изобретение будет описано со ссылкой на приложенные чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 схематично показан первый вариант настоящего изобретения.
На фиг.2 схематично показан второй вариант настоящего изобретения.
На фиг.3 схематично показан третий вариант настоящего изобретения.
На всех чертежах аналогичные детали имеют одинаковые позиционные обозначения.
Подробное описание изобретения
На фиг.1 схематично показан первый вариант настоящего изобретения. Устройство выработки газообразного водорода за счет дегидрогенизации углеводородного топлива включает в себя топливный резервуар 1 для углеводородного топлива (например, керосина, бензина или дизельного топлива). При использовании устройства для выработки газообразного водорода на борту самолета топливо, которое хранят в топливном резервуаре 1, представляет собой жидкий керосин, например, который в ходе полета типично имеет температуру около -60°С. Топливный резервуар 1 соединен с реактором 4 при помощи магистрали 2 подачи топлива. Одновременно топливный резервуар 1 соединен с теплообменником 6 при помощи магистрали 2 подачи топлива так, что производится предварительный нагрев топлива, подаваемого в реактор 4, до температуры ниже температуры TR реакции. Таким образом, топливо предварительно нагревается при проходе через теплообменник 6 и поступает в реактор 4, в котором предварительно нагретое поданное топливо обычно имеет жидкое агрегатное состояние. Реактор 4 дополнительно содержит нагреватель 5, который служит для нагревания поданного жидкого топлива до температуры TR реакции, которая типично составляет около 400°С. Нагрев обычно является локальным, то есть только топливо в нагревателе 5 нагревается до температуры TR реакции для выработки газообразного водорода, причем остаток поданного в реактор 4 топлива остается в жидком агрегатном состоянии и имеет более низкую температуру (<TR). В результате в реакторе 4 вырабатывают двухфазную смесь, состоящую из газообразного водорода и жидкого остаточного топлива, в соответствии с уравнением реакции CnHx->H2+CnHx-2. Эта дегидрогенизация представляет собой частичную или неполную дегидрогенизацию, так как преобразуется только часть топлива, при этом за счет реакции получают другие (ненасыщенные) углеводороды в качестве остаточных компонентов. Такое намеренное неполное преобразование углеводородов в газообразный водород совершенно достаточно для решения поставленных задач, так как высокий выход газообразного водорода здесь не является важным, учитывая ожидаемые большие размеры топливного резервуара. В отличие от использовавшегося ранее процесса реформинга преимущественно не создаются вредные образующие, такие как, например, СО, СО2 или NOx. Приведенная выше реакция также может поддерживаться при помощи катализатора (например, при помощи катализатора из металлов или оксидов металлов).
Так как такие реакционные компоненты, как газообразный водород и остаточное топливо присутствуют в различном агрегатном состоянии, то газообразный водород легко может быть удален при помощи второй выпускной магистрали 7, предусмотренной в реакторе 4. Удаленный газообразный водород обычно содержит загрязнения, которые удаляют при пропускании газообразного водорода через блок 8 очистки. Например, это может быть осуществлено при помощи мембраны, имеющейся в блоке 8 очистки. Само собой разумеется, что могут быть использованы и другие известные методы очистки. Блок 8 очистки имеет выпуск 8а для удаления очищенного газообразного водорода, а также второй выпуск 8b для удаления загрязнений. Жидкое остаточное топливо, которое остается в реакторе 4 в ходе дегидрогенизации, охлаждают и возвращают в топливный резервуар 4 через первую выпускную магистраль 3, которая является частью теплообменника 6, так же как и магистраль 2 подачи топлива. Тот факт, что как магистраль 2 подачи топлива, так и первая выпускная магистраль 3 являются частью теплообменника 6, позволяет иметь эффективный обмен энергией, причем теплообменник 6 работает в соответствии с принципом противотока. Так как топливный резервуар 1 также находится в контакте с теплообменником 6, холод топливного резервуара 1 также может быть эффективно использован для охлаждения остаточного топлива, подаваемого в топливный резервуар 1 через первую выпускную магистраль. Это также помогает повысить выработку энергии в системе.
На фиг.2 показан второй вариант устройства в соответствии с настоящим изобретением. Как и в первом варианте, здесь предусмотрен топливный резервуар 1, который соединен с реактором 4 при помощи магистрали 2 подачи топлива и теплообменника 6. Углеводородное топливо, подаваемое в реактор 4 от топливного резервуара 1 при помощи магистрали 2 подачи топлива, нагревается при помощи нагревателя 5 до температуры TR реакции, как и в первом варианте. Однако углеводородное топливо, которое хранится в топливном резервуаре 1, во втором варианте может иметь как жидкую, так и газообразную форму несмотря на то, что оно обычно имеет жидкое агрегатное состояние при использовании типичного углеводородного топлива, такого как керосин, бензин или дизельное топливо. Топливо предварительно нагревают и подают в реактор 4, причем оно также может иметь как жидкую, так и газообразную форму. Топливо нагревают в реакторе 4 при помощи нагревателя 5 до температуры TR реакции (около 400°С) и проводят его дегидрогенизацию в соответствии с приведенным выше уравнением реакции таким образом, чтобы получить газообразный водород и остаточное топливо. В зависимости от того доведено ли поданное топливо до температуры TR реакции только локально, как в первом варианте, или в объеме всего реактора 4, остаточное топливо может иметь газообразное или жидкое агрегатное состояние. Однако в отличие от первого варианта полученную реакционную смесь газообразного водорода и остаточного топлива удаляют через первую выпускную магистраль 3 и охлаждают при помощи теплообменника 6. Охлаждение позволяет разделять газообразный водород от остаточного топлива, причем первая выпускная магистраль 3 имеет выпуск 9 ниже по течению от теплообменника 6, через который выгружают полученный газообразный водород и любые имеющиеся в нем загрязнения. Конденсированное жидкое остаточное топливо вновь возвращают в топливный резервуар 1 в том случае, если в топливном резервуаре 1 хранят жидкое топливо. В том случае если топливо в топливном резервуаре 1 является газообразным, это невозможно и для этого проводят другую операцию. Так как газообразный водород, выгружаемый через выпуск 9, обычно имеет загрязнения, он может быть вновь направлен в блок 8 очистки, который, как и раньше, отделяет загрязнения, так что чистый газообразный водород выгружают через выпуск 8а, а загрязнения выгружают через выпуск 8b.
Больше энергии рекуперируют в способе в соответствии со вторым вариантом по сравнению с первым вариантом, причем газообразный водород, выгружаемый через выпуск 9 или выпуск 8а, первоначально может храниться в топливном элементе для дальнейшего использования, так как он более холодный, чем газообразный водород, полученный в первом варианте.
Само собой разумеется, что два описанных здесь выше варианта (фиг.1 и фиг.2) также могут быть объединены, в результате чего получают третий вариант настоящего изобретения, показанный на фиг.3. Как это показано на фиг.3, реактор 4 имеет как вторую выпускную магистраль 7 для удаления непосредственно из реактора 4 газообразного водорода, выработанного в реакторе 4 в ходе дегидрогенизации, так и выпуск 9, предусмотренный в первой выпускной магистрали 3 и расположенный ниже по течению от теплообменника 6. Вторая выпускная магистраль 7 и выпуск 9 здесь соединены при помощи клапана 10, так что одновременно только одна из соответствующих линий может быть подключена к блоку 8 очистки. Блок 8 очистки в этом случае имеет такую же конструкцию и работает так, как уже было описано здесь ранее. Третий вариант позволяет комбинировать различные преимущества первого и второго вариантов, причем, при необходимости, газообразный водород, все еще имеющий остаточную теплоту, или холодный газообразный водород, может быть удален из устройства.
Настоящее изобретение преимущественно используют для выработки газообразного водорода на борту воздушного судна (самолета и вертолета), автомашины или другого транспортного средства. В случае использования на самолете отбираемый от компрессора воздух, имеющийся на самолете, преимущественно используют для нагревания реактора. Альтернативно отходящая теплота турбины и/или топливного элемента также может быть использована для нагревания реактора. Таким образом, имеющиеся на самолете источники теплоты могут быть эффективно использованы для выработки на борту газообразного водорода. Кроме того, поток загрязнений, полученный с выхода блока 8 очистки, также может быть использован для нагревания реактора. Для этого сжигают поток загрязнений и используют полученную теплоту для нагревания реактора 4. Альтернативно поток загрязнений также может быть использован для приведения в действие турбины.
Для снижения полного массового расхода углеводородов, необходимых для дегидрогенизации при использовании устройства в соответствии с настоящим изобретением на самолетах или вертолетах, разность давлений и/или температур на земле и в воздухе может быть использована для фракционной перегонки керосина, чтобы отделить легколетучие компоненты от малолетучих компонентов керосина, причем только малолетучие компоненты топлива используют затем для дегидрогенизации, за счет чего снижают массовый расход.

Claims (13)

1. Устройство для выработки газообразного водорода за счет дегидрогенизации углеводородного топлива, содержащее:
топливный резервуар для углеводородного топлива, который соединен с реактором при помощи магистрали подачи топлива, чтобы подавать топливо в реактор из топливного резервуара, причем реактор имеет первую выпускную магистраль для возврата в топливный резервуар остаточного топлива, полученного в ходе дегидрогенизации поданного топлива, причем, при необходимости, реактор взаимодействует с катализатором, при этом
топливный резервуар находится в контакте с теплообменником через магистраль подачи топлива и первую выпускную магистраль,
устройство приспособлено для предварительного нагревания при помощи теплообменника жидкого топлива, которое хранится в топливном резервуаре, и для подачи топлива в реактор через магистраль подачи топлива;
реактор имеет нагреватель для локального нагревания поданного жидкого топлива до температуры (TR) реакции с образованием в реакторе в ходе дегидрогенизации двухфазной смеси; и
жидкое остаточное топливо, полученное в результате дегидрогенизации поданного в реактор жидкого топлива, возвращается при помощи теплообменника в топливный резервуар в охлажденном состоянии, причем реактор имеет вторую выпускную магистраль для удаления газообразного водорода и любых имеющихся в нем загрязнений; и/или
реакционная смесь жидкого остаточного топлива и газообразного водорода, полученная при дегидрогенизации поданного в реактор жидкого топлива, подается в теплообменник через первую выпускную магистраль для охлаждения, чтобы отделить газообразный водород от жидкого остаточного топлива, причем первая выпускная магистраль имеет выпуск ниже по течению от теплообменника, предназначенный для выгрузки полученного газообразного водорода, вместе с любыми имеющимися в нем загрязнениями.
2. Устройство по п.1, в котором вторая выпускная магистраль или выпуск, расположенный ниже по течению от теплообменника, соединены с блоком очистки.
3. Устройство по п.1, в котором вторая выпускная магистраль или выпуск, расположенный ниже по течению от теплообменника, подключены к блоку очистки при помощи клапана, так что одновременно только вторая выпускная магистраль или выпуск соединены с блоком очистки.
4. Устройство по п.2 или 3, в котором блок очистки используют для отделения газообразного водорода, поданного вместе с любыми имеющимися в нем загрязнениями через вторую выпускную магистраль или выпуск.
5. Устройство по п.4, в котором блок очистки имеет выпуск водорода для выгрузки чистого газообразного водорода и выпуск загрязнений для выгрузки отделенных загрязнений.
6. Устройство по п.5, в котором поток загрязнений, выгруженный через выпуск для загрязнений, используется для нагревания реактора.
7. Устройство по п.1, в котором дегидрогенизация углеводородного топлива основана на следующей эндотермической реакции:
CnHx->H2+CnHx-2
8. Устройство по п.1, в котором магистраль подачи топлива и первая выпускная магистраль являются частями теплообменника.
9. Устройство по п.1, в котором теплообменник работает в соответствии с принципом противотока.
10. Применение устройства по одному из пп.1-9 для выработки газообразного водорода на борту воздушного судна, автомашины или другого транспортного средства.
11. Применение по п.10, при котором реактор нагревают при помощи имеющегося на самолете отбираемого от компрессора воздуха при помощи отходящей теплоты турбины и/или при помощи отходящей теплоты топливного элемента.
12. Применение по п.10, при котором разность давлений и/или температур между самолетом на земле и в воздухе используют для фракционной перегонки углеводородного топлива, чтобы разделить легколетучие компоненты от малолетучих компонентов топлива, причем малолетучие компоненты топлива предназначены для дегидрогенизации.
13. Способ выработки газообразного водорода за счет дегидрогенизации углеводородного топлива с использованием устройства по одному из пп.1-9, в котором дегидрогенизацией подаваемого в реактор углеводородного топлива управляют так, чтобы вырабатывать газообразный водород и чтобы остаточное топливо, перемешиваемое с углеводородным топливом, хранить в топливном резервуаре, причем
газообразный водород, выработанный в реакторе в ходе дегидрогенизации поданного топлива, удаляют непосредственно из реактора через вторую выпускную магистраль; и/или
реакционную смесь, образованную из жидкого остаточного топлива и газообразного водорода, выработанного в реакторе в ходе дегидрогенизации поданного топлива, удаляют через первую выпускную магистраль и охлаждают при помощи теплообменника, чтобы отделить газообразный водород от жидкого остаточного топлива, при этом отделенный газообразный водород с любыми имеющимися в нем загрязнениями выгружают через выпуск, предусмотренный в первой выпускной магистрали и расположенный ниже по течению от теплообменника.
RU2008114922/21A 2005-09-20 2006-09-02 Устройство и способ выработки газообразного водорода за счет дегидрогенизации углеводородного топлива RU2407586C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005044926.3 2005-09-20
DE102005044926A DE102005044926B3 (de) 2005-09-20 2005-09-20 Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoffgas durch Dehydrogenierung von Kohlenwasserstoff-Brennstoffen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008114922A RU2008114922A (ru) 2009-10-27
RU2407586C2 true RU2407586C2 (ru) 2010-12-27

Family

ID=37575943

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008114922/21A RU2407586C2 (ru) 2005-09-20 2006-09-02 Устройство и способ выработки газообразного водорода за счет дегидрогенизации углеводородного топлива

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20090274615A1 (ru)
EP (1) EP1933972A2 (ru)
JP (1) JP2009508787A (ru)
CN (1) CN101267882B (ru)
BR (1) BRPI0616318A2 (ru)
CA (1) CA2623161A1 (ru)
DE (1) DE102005044926B3 (ru)
RU (1) RU2407586C2 (ru)
WO (1) WO2007033641A2 (ru)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007036495B4 (de) * 2007-08-01 2012-06-21 Eads Deutschland Gmbh Erzeugung von Wasserstoff aus schweren Kohlenwasserstoffen
DE102007060512B4 (de) * 2007-12-13 2012-07-12 Eads Deutschland Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoffgas durch Dehydrogenierung von Kohlenwasserstoff-Brennstoffen
DE102008041291A1 (de) * 2008-08-15 2010-02-18 INSTITUT FüR MIKROTECHNIK MAINZ GMBH NOx Reduktion in Abgasen
DE102008038177A1 (de) * 2008-08-18 2010-03-04 Eads Deutschland Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine sowie Brennstoffversorgungsvorrichtung zum Durchführen des Verfahrens
US8961168B2 (en) * 2010-02-15 2015-02-24 Global Heating Technologies, Gmbh Device for transferring heat and a related means of triggering a controlled combustion
DE102010010822A1 (de) 2010-03-10 2011-09-15 Eads Deutschland Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoffgas durch Dehydrogenierung von Kohlenwasserstoff-Brennstoffen
DE102010010823A1 (de) 2010-03-10 2011-09-15 Eads Deutschland Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff an Bord eines Fahrzeuges
DE102011015824A1 (de) 2011-04-01 2012-10-04 Airbus Operations Gmbh Luftfahrzeug-Brennstoffzellensystem, Luftfahrzeug und Verwendung eines synthetischen Brennstoffs
DE102012016561B4 (de) 2012-08-22 2019-05-16 Airbus Defence and Space GmbH Luftfahrzeug-Brennstoffzellensystem sowie Verwendung desselben
WO2014157202A1 (ja) * 2013-03-28 2014-10-02 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 ナフテン系炭化水素用の脱水素触媒、ナフテン系炭化水素用の脱水素触媒の製造方法、水素の製造システム、及び水素の製造方法
CN104973567B (zh) * 2015-04-10 2017-04-12 江苏氢阳能源有限公司 一种液态氢源材料的脱氢反应系统及其使用方法
DE102015219306A1 (de) * 2015-10-06 2017-04-06 Hydrogenious Technologies Gmbh Reaktor-Vorrichtung zum Beladen und/oder Entladen eines Trägermediums mit bzw. von Wasserstoff sowie Anlage mit einer derartigen Reaktor-Vorrichtung
DE102018213689A1 (de) * 2018-08-14 2020-02-20 Hydrogenious Lohc Technologies Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Bereitstellen von Wasserstoffgas
JP2021155313A (ja) * 2020-03-30 2021-10-07 Ｅｎｅｏｓ株式会社 水素供給システム
CN114522628A (zh) * 2020-11-23 2022-05-24 青岛创启新能催化科技有限公司 可以快速启动的液态有机物脱氢系统及脱氢处理方法
CN113571748B (zh) * 2021-06-04 2023-09-22 华能苏州热电有限责任公司 一种耦合固体氧化物燃料电池的lohc系统
CN113540511B (zh) * 2021-07-16 2024-03-01 陕西氢易能源科技有限公司 一种高效热量回收的有机液体集成能源系统
CN115611236A (zh) * 2022-11-17 2023-01-17 罗托布斯特(上海)氢能科技有限公司 一种催化热裂解近海设施及船舶短流程制氢方法、系统及其系统实现方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3306706A (en) * 1962-10-17 1967-02-28 Hydrocarbon Research Inc Process for producing hydrogen and hydrogen carrier therefor
CA1146725A (fr) * 1981-05-27 1983-05-24 Hydro-Quebec Hydrure liquide pour le stockage de l'hydrogene
DE3729526A1 (de) * 1987-09-03 1989-03-16 Nasser Kamilia Vorrichtung zur dehydrierung von fluessigen hydriden
US4850859A (en) * 1988-09-30 1989-07-25 United Technologies Corporation Liquid fueled hydrogen heater
US5899175A (en) * 1997-03-14 1999-05-04 Procyon Power Systems, Inc. Hybrid electric-combustion power plant
ES2359884T3 (es) * 1998-07-08 2011-05-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Aparato para la reforma de combustibles.
DE19931104A1 (de) * 1999-07-06 2001-01-11 Bayerische Motoren Werke Ag Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoffgas
JP3915334B2 (ja) * 1999-08-30 2007-05-16 株式会社豊田自動織機 燃料電池用水素供給システム、燃料リサイクル方法、液体運搬用移動体、給油設備及び燃料リサイクルシステム
JP2003277012A (ja) * 2002-03-26 2003-10-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 水素生成器への原料供給装置及び方法
JP2003306303A (ja) * 2002-04-10 2003-10-28 Sekisui Chem Co Ltd 水素生成装置及び水素貯蔵・供給装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007033641B1 (de) 2007-09-07
CN101267882B (zh) 2012-07-04
BRPI0616318A2 (pt) 2011-06-14
JP2009508787A (ja) 2009-03-05
CN101267882A (zh) 2008-09-17
CA2623161A1 (en) 2007-03-29
DE102005044926B3 (de) 2007-01-25
WO2007033641A2 (de) 2007-03-29
EP1933972A2 (de) 2008-06-25
RU2008114922A (ru) 2009-10-27
US20090274615A1 (en) 2009-11-05
WO2007033641A3 (de) 2007-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2407586C2 (ru) Устройство и способ выработки газообразного водорода за счет дегидрогенизации углеводородного топлива
JP5047792B2 (ja) 燃料変成のための方法および装置
RU2414774C2 (ru) Устройство, способ и система для получения тепловой и/или кинетической, а также электрической энергии
JP4934265B2 (ja) 航空機、陸上車両、船舶または自立性の定置式装置内で発生した水を水処理して分配する方法
US20070122667A1 (en) Fuel cell system with integrated fuel processor
JP4485578B2 (ja) 二酸化炭素の軽減方法及び二酸化炭素軽減装置
JP6652694B2 (ja) プラズマアーク炉および応用
JP6532544B2 (ja) 水素の産生、分離、および統合的利用のためのボルテックスチューブリフォーマ
JP4831875B2 (ja) 水素ガス生成装置
JP5551384B2 (ja) 燃料電池用水素燃料発生システム
EP1889658B1 (en) Glycol recycle system
US20140348714A1 (en) Hydrogen station
JPWO2019130619A1 (ja) 自動車惰性走行制御システム。
CA2947386C (en) Method and apparatus for producing h2-rich synthesis gas
CN101302962A (zh) 移动制氢发动机燃料系统及其装置
JP2005239479A (ja) 水素ガス分離装置及び水素ガス生成装置
JP2003331877A (ja) 燃料電池システムにて効率を向上するため及び排気ガスを減少するための方法
KR20240021941A (ko) NOx 제거를 이용한 그린 수소를 위한 암모니아 분해
AU2007276585A1 (en) Reformer, and method for reacting fuel and oxidant to gaseous reformate
JP2006344592A (ja) 燃料電池システムおよび燃料電池システムのための水製造補助方法
JP2005327483A (ja) エネルギーの利用装置およびエネルギーの利用方法
JP2002070580A (ja) 航空機用燃料供給システム
US7785562B1 (en) System and method for separating hydrogen gas from a hydrocarbon using a hydrogen separator assisted by a steam sweep
RU2820049C1 (ru) Система рекуперации углекислого газа в процессе метанирования для судовой энергетической установки
JP2004051391A (ja) 水素ガス生成装置

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170903