RU2513622C2 - Способ микроволновый конверсии метан-водяной смеси в синтез-газ - Google Patents

Способ микроволновый конверсии метан-водяной смеси в синтез-газ Download PDF

Info

Publication number
RU2513622C2
RU2513622C2 RU2012135387/05A RU2012135387A RU2513622C2 RU 2513622 C2 RU2513622 C2 RU 2513622C2 RU 2012135387/05 A RU2012135387/05 A RU 2012135387/05A RU 2012135387 A RU2012135387 A RU 2012135387A RU 2513622 C2 RU2513622 C2 RU 2513622C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
methane
microwave
water
water mixture
mixture
Prior art date
Application number
RU2012135387/05A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2012135387A (ru
Inventor
Игорь Антонович КОССЫЙ
Андрей Митрофанович Анпилов
Эдуард Михайлович Бархударов
Сергей Иванович Грицинин
Алексей Михайлович Давыдов
Мераб Иванович Тактакишвили
Александр Вилорьевич Двоенко
Ренат Рушанович Хабеев
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Плазма-Про"
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 Общество С Ограниченной Ответственностью "Плазма-Про" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Плазма-Про"
Priority to RU2012135387/05A priority Critical patent/RU2513622C2/ru
Priority to PCT/RU2013/000687 priority patent/WO2014027930A2/ru
Publication of RU2012135387A publication Critical patent/RU2012135387A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2513622C2 publication Critical patent/RU2513622C2/ru

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/087—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B01J19/088—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
    • 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
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/342—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents with the aid of electrical means, electromagnetic or mechanical vibrations, or particle radiations
    • 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
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0869—Feeding or evacuating the reactor
    • 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
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0873—Materials to be treated
    • B01J2219/0881—Two or more materials
    • B01J2219/0884—Gas-liquid
    • 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
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0211—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a non-catalytic reforming step
    • C01B2203/0216—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a non-catalytic reforming step containing a non-catalytic steam reforming 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
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0211—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a non-catalytic reforming step
    • C01B2203/0222—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a non-catalytic reforming step containing a non-catalytic carbon dioxide reforming 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
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0861—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by plasma

Abstract

Изобретение относится к области химии. Метан-водяную смесь разделяют на два потока. Один поток газа направляют в устройство для подачи воды, смешивают с водным аэрозолем, затем соединяют с другим потоком и подают смесь на вход в центральный электрод микроволнового плазматрона, осуществляя регулирование расхода потоков. В струе метан-водяной смеси формируют микроволновый плазменный факел. Изобретение позволяет упростить процесс. 1 ил.

Description

Изобретение относится к устройствам для генерации микроволновых плазменных факелов с целью углекислотной и паровой и комбинированной конверсии метана в синтез-газ.
Известен способ паровой конверсии, который включает контактирование исходного сырья в смеси с водяным паром с двухслойным катализатором. В каждом слое подобраны составы специализированных катализаторов и условия проведения процесса. Способ позволяет увеличить производительность процесса, снизить коксоотложения и использовать тяжелое сырье, содержащее ароматические углеводороды (RU 93033867 А1, 20.10.1995).
Недостатком известного способа являются сложность производства.
Техническим результатом предложенного решения является возможность получения водородсодержащего газа из смеси метана с углекислым газом и водяным аэрозолем с помощью простого в изготовлении и не включающего дорогостоящих механических и электронных устройств. Данный способ подачи воды в плазму позволяет отказаться от прогрева внутреннего электрода микроволнового факела.
Технический результат достигается тем, что способ конверсии углеводородно-водяной смеси в синтез-газ осуществляется тем, что рабочий газ разделяют на два потока, при этом один поток газа направляют в устройство для подачи воды, смешивают с водным аэрозолем, затем соединяют с другим потоком и подают смесь на вход в центральный электрод микроволнового плазматрона с формированием в струе углеводородно-водяной смеси микроволнового плазменного факела, при этом осуществляют регулирование расхода обоих потоков рабочего газа, обеспечивая необходимые параметры конечного продукта.
На чертеже представлено устройство, реализующее предложенный способ.
Паровая конверсия метана в синтез-газ по реакции
СН4+H2O→3H2+СО
привлекательна тем, что отличается наибольшим удельным выходом продукта и наибольшим выходом водорода. Однако проведение этой сильно эндоэргической реакции требует большой затраты энергии как для нагрева реакционной зоны, так и парообразования и нагрева паропровода для ввода пара в реактор. Кроме того, это вызывает большие технические трудности.
Предлагаемый способ проведения конверсии не требует предварительного парообразования и его транспортировки, на что идет основная подводимая энергия. Причем основная энергия непроизводительно (бесполезно) идет на нагрев стенок реактора, парообразователя и паропровода. Настоящий метод отличается тем, что вода в виде аэрозоля, генерируемого небулайзером, поступает вместе с рабочим газом в реактор в жидкой фазе. Нагрев же и испарение воды непосредственно в реакторе требует несравнимо меньшей энергии.
В качестве рабочего газа может использоваться не только метан, но и различные смеси газов. Например, при добавлении к метану углекислого газа реализуется углекислотная, паровая и комбинированная конверсии метана в синтез-газ.
Способ конверсии метан-водяной смеси в синтез-газ осуществляется тем, что рабочий газ разделяют на два потока, при этом один поток газа направляют в устройство для подачи воды, смешивают с водным аэрозолем, затем соединяют с другим потоком и подают смесь на вход в центральный электрод микроволнового плазматрона с формированием в струе метан-водяной смеси микроволнового плазменного факела, при этом осуществляют регулирование расхода обоих потоков рабочего газа, обеспечивая необходимые параметры конечного продукта. Регулирование потоков осуществляют с помощью установки соответствующих регулирующих устройств (на чертеже не показано).
Представляемый способ использует устройство для генерации микроволновых плазменных факелов, поскольку энерговклад в микроволновый разряд наиболее эффективен с экономической точки зрения, поскольку реакционная зона оторвана от стенок реактора.
Устройство содержит прямоугольный резонатор 1, коаксиальный резонатор внешнего электрода 2, продолжение внешнего электрода коаксиального волновода сетку 3, рабочую камеру 4, смотровые окна 5, плазму микроволнового разряда 6, магнетрон 7, устройство подачи воды 8 (небулайзер ультразвукового или компрессорного типа).
На чертеже приведен вариант устройства, в котором используется магнетрон 7 с частотой микроволнового излучения 2.45 ГГц, средней мощностью Р=600 - 1500 Вт.
Плазмотрон работает следующим образом. Газ подается через центральный
электрод. На входе центрального электрода находится система подачи воды, при этом часть рабочего газа подается напрямую в центральный электрод, а часть газа проходит через небулайзер (8) и в виде водного аэрозоля поступает в центральный электрод. При включении системы питания магнетрона 7 на выходе сопла получают плазменный факел 6.
После запуска магнетрона 7 микроволновое излучение начинает накапливаться в системе прямоугольный резонатор 1 - коаксиальный тракт. По мере работы магнетрона и накопления микроволновой энергии напряженность поля на конце сопла возрастает и, в некоторый момент времени, достигает пробойной величины. При этом на конце сопла в струе рабочего газа образуется пробой и формируется область газоразрядной плазмы. Эта плазма в силу своей высокой проводимости фактически становится продолжением внутреннего электрода коаксиальной линии, и электромагнитная волна теперь может распространяться дальше по коаксиалу, до конца области, занятой плазмой, где вновь обеспечиваются пробойные условия для прилегающей области. Таким образом, в струе рабочего газа формируется плазменный факел, длина которого может достигать десятков сантиметров. Поскольку даже при не очень мощных магнетронах напряженность электрического поля на конце сопла за счет накопления микроволновой энергии в коаксиальном резонаторе может достигать значительной величины, возможна работа устройства в широком спектре газов и их смесей.

Claims (1)

  1. Способ конверсии метан-водяной смеси в синтез-газ, характеризующийся тем, что рабочий газ разделяют на два потока, при этом один поток газа направляют в устройство для подачи воды, смешивают с водным аэрозолем, затем соединяют с другим потоком и подают смесь на вход в центральный электрод микроволнового плазматрона, осуществляя регулирование расхода потоков, причем в струе метан-водяной смеси формируют микроволновый плазменный факел.
RU2012135387/05A 2012-08-17 2012-08-17 Способ микроволновый конверсии метан-водяной смеси в синтез-газ RU2513622C2 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012135387/05A RU2513622C2 (ru) 2012-08-17 2012-08-17 Способ микроволновый конверсии метан-водяной смеси в синтез-газ
PCT/RU2013/000687 WO2014027930A2 (ru) 2012-08-17 2013-08-08 Способ микроволновый конверсии метан-водяной смеси в синтез-газ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012135387/05A RU2513622C2 (ru) 2012-08-17 2012-08-17 Способ микроволновый конверсии метан-водяной смеси в синтез-газ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012135387A RU2012135387A (ru) 2014-02-27
RU2513622C2 true RU2513622C2 (ru) 2014-04-20

Family

ID=50151520

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012135387/05A RU2513622C2 (ru) 2012-08-17 2012-08-17 Способ микроволновый конверсии метан-водяной смеси в синтез-газ

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2513622C2 (ru)
WO (1) WO2014027930A2 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2640543C1 (ru) * 2016-08-26 2018-01-09 Общество с ограниченной ответственностью "Плазма - конверсия" Способ микроволновой плазмохимической конверсии метана в синтез-газ и устройство для его осуществления
RU2648317C1 (ru) * 2016-12-09 2018-03-23 Общество с ограниченной ответственностью "Плазма - конверсия" Устройство микроволновой плазмохимической конверсии метана в синтез-газ

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3085370B1 (fr) * 2018-08-28 2020-09-04 Europlasma Procede de production d'un gaz de synthese par traitement d'un flux gazeux contenant du co2 et un ou plusieurs hydrocarbures

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1531849A3 (ru) * 1983-08-26 1989-12-23 Хемише Верке Хюльс Аг (Фирма) Способ получени ацетилена и синтез-газа
RU2075432C1 (ru) * 1992-12-28 1997-03-20 Акционерное общество закрытого типа - Промышленно-финансовая группа Ассоциации "Внедрение" Способ получения синтез-газа
RU2117626C1 (ru) * 1991-12-03 1998-08-20 Энститю Франсэ Дю Петроль Реактор для получения синтез-газа и способ получения синтез-газа
RU2182239C2 (ru) * 2000-05-11 2002-05-10 Российский научный центр "Курчатовский институт" Способ плазменной конверсии моторных топлив в синтез-газ и плазменный конвертор для его реализации
US20030024806A1 (en) * 2001-07-16 2003-02-06 Foret Todd L. Plasma whirl reactor apparatus and methods of use
RU2318722C2 (ru) * 2006-04-10 2008-03-10 Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" Плазменный конвертор газообразного и жидкого углеводородного сырья и топлив в синтез-газ на основе микроволнового разряда
RU80450U1 (ru) * 2008-10-03 2009-02-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М.Губкина" Устройство для получения водородсодержащего газа в плазме свч-разряда

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2757499B1 (fr) * 1996-12-24 2001-09-14 Etievant Claude Generateur d'hydrogene

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1531849A3 (ru) * 1983-08-26 1989-12-23 Хемише Верке Хюльс Аг (Фирма) Способ получени ацетилена и синтез-газа
RU2117626C1 (ru) * 1991-12-03 1998-08-20 Энститю Франсэ Дю Петроль Реактор для получения синтез-газа и способ получения синтез-газа
RU2075432C1 (ru) * 1992-12-28 1997-03-20 Акционерное общество закрытого типа - Промышленно-финансовая группа Ассоциации "Внедрение" Способ получения синтез-газа
RU2182239C2 (ru) * 2000-05-11 2002-05-10 Российский научный центр "Курчатовский институт" Способ плазменной конверсии моторных топлив в синтез-газ и плазменный конвертор для его реализации
US20030024806A1 (en) * 2001-07-16 2003-02-06 Foret Todd L. Plasma whirl reactor apparatus and methods of use
RU2318722C2 (ru) * 2006-04-10 2008-03-10 Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" Плазменный конвертор газообразного и жидкого углеводородного сырья и топлив в синтез-газ на основе микроволнового разряда
RU80450U1 (ru) * 2008-10-03 2009-02-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И.М.Губкина" Устройство для получения водородсодержащего газа в плазме свч-разряда

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2640543C1 (ru) * 2016-08-26 2018-01-09 Общество с ограниченной ответственностью "Плазма - конверсия" Способ микроволновой плазмохимической конверсии метана в синтез-газ и устройство для его осуществления
RU2648317C1 (ru) * 2016-12-09 2018-03-23 Общество с ограниченной ответственностью "Плазма - конверсия" Устройство микроволновой плазмохимической конверсии метана в синтез-газ

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014027930A3 (ru) 2014-04-10
WO2014027930A2 (ru) 2014-02-20
RU2012135387A (ru) 2014-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Czylkowski et al. Microwave plasma-based method of hydrogen production via combined steam reforming of methane
Chun et al. Reforming of methane to syngas in a microwave plasma torch at atmospheric pressure
Tao et al. CH4–CO2 reforming by plasma–challenges and opportunities
Sun et al. Large capacity hydrogen production by microwave discharge plasma in liquid fuels ethanol
Cormier et al. Syngas production via methane steam reforming with oxygen: plasma reactors versus chemical reactors
Chen et al. Simultaneous dissociation of CO2 and H2O to syngas in a surface-wave microwave discharge
EP2606003B1 (en) An apparatus, a system and a method for producing hydrogen
Long et al. CO2 reforming of CH4 by combination of cold plasma jet and Ni/γ-Al2O3 catalyst
CN104071747B (zh) 一种等离子体甲烷重整制备合成气的方法
KR101277122B1 (ko) 마이크로웨이브 플라즈마 개질기
Czylkowski et al. Hydrogen production by conversion of ethanol using atmospheric pressure microwave plasmas
EP2007673B1 (en) Hydrogen production
Tao et al. CO2 reforming of CH4 by binode thermal plasma
Choi et al. Production of hydrogen-rich syngas from methane reforming by steam microwave plasma
Zhang et al. Enhanced hydrogen production by methanol decomposition using a novel rotating gliding arc discharge plasma
Kheirollahivash et al. Hydrogen production from methane decomposition using a mobile and elongating arc plasma reactor
Indarto A review of direct methane conversion to methanol by dielectric barrier discharge
KR101560266B1 (ko) 일산화탄소(co) 및 수소(h2)를 함유하는 합성 가스를 생산하는 방법
Wang et al. Characteristics of methane wet reforming driven by microwave plasma in liquid phase for hydrogen production
RU2513622C2 (ru) Способ микроволновый конверсии метан-водяной смеси в синтез-газ
CN102500304A (zh) 一种转化甲醇的装置和方法
Li et al. Hydrogen production from partial oxidation of methane using an AC rotating gliding arc reactor
CN102993053A (zh) 负电性等离子体辅助的二氧化碳减排加工方法与设备
Hu et al. Conversion of methane to C2 hydrocarbons and hydrogen using a gliding arc reactor
Wang et al. Hydrogen production from methane via liquid phase microwave plasma: A deoxidation strategy

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20141224

RH4A Copy of patent granted that was duplicated for the russian federation

Effective date: 20161125

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190818