RU2580186C1

RU2580186C1 - Converter for steam conversion with cooling

Info

Publication number: RU2580186C1
Application number: RU2014141859/11A
Authority: RU
Inventors: Валентин Александрович Фролов; Александр Иванович Янкевич; Николай Сергеевич Прохоров
Original assignee: Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро морской техники "Рубин" (АО "ЦКБ МТ "Рубин")
Priority date: 2014-10-16
Filing date: 2014-10-16
Publication date: 2016-04-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to chemical industry, namely, to installations for hydrogen production by reforming of liquid hydrocarbon raw material, and can be used in submarine power plant. Converter of CO steam conversion with cooling includes housing. Converter is equipped with steam-gas mixture supply device, reaction product discharge device, electric heater, heat insulation and CO steam conversion catalyst. Heat insulation is arranged above heater. CO steam conversion catalyst consists of top and bottom layers, which are separated by inert nozzle layer, as well as cooling device. Cooling device is made in form of internal circular tubular header with holes for water discharge and outer header.

EFFECT: providing continuity of hydrogen producing process without using additional substances on board of submarine.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области химического машиностроения, а именно к установкам для получения водорода риформингом жидкого углеводородного сырья, и может быть использовано в энергетической установке подводной лодки (патент RU 2381951 C1).The invention relates to the field of chemical engineering, and in particular to installations for producing hydrogen by reforming liquid hydrocarbon feedstocks, and can be used in a power plant of a submarine (patent RU 2381951 C1).

Известен промышленный конвертор оксида углерода, включающий корпус, работающий под давлением, снабженный распределительным устройством для подачи парогазовой смеси и для вывода продукта, и слоем катализатора, зафиксированным внутри корпуса прижимной решеткой (см. «Справочник азотчика под редакцией Мельникова Е.Я., М., Химия. 1986 г.). Данный конвертор поддерживает режим паровой конверсии CO, близкий к термодинамически расчетному, при содержании CO в парогазовой смеси на входе не более 12÷15% при состоянии пар:CO не менее 2.A well-known industrial converter of carbon monoxide, comprising a housing operating under pressure, equipped with a switchgear for supplying a gas-vapor mixture and for outputting a product, and a catalyst layer fixed inside the housing by a pressure grating (see. "Nitrogen Guide edited by Melnikov E.Ya., M. Chemistry. 1986). This converter supports the regime of steam conversion of CO, which is close to the thermodynamically calculated one, with the content of CO in the gas-vapor mixture at the inlet no more than 12-15% at the state of steam: CO at least 2.

Данный конвертор нельзя считать аналогом для предлагаемого изобретения, так как парогазовая смесь, подаваемая на стадию конверсии CO в энергетической установке подводной лодки (патент RU 2381951 C1), содержит в своем составе до 50% об. CO по сухому газу при соотношении пар:газ 1:1.This converter cannot be considered an analogue for the present invention, since the vapor-gas mixture supplied to the stage of CO conversion in the power plant of the submarine (patent RU 2381951 C1) contains up to 50% vol. Dry gas CO at a steam: gas ratio of 1: 1.

Увеличение концентрации CO в парогазовой смеси на входе в конвертор приводит к перегреву катализатора, содержащегося в конверторе, и к его термической дезактивации. Так, наиболее распространенный среднетемпературный катализатор паровой конверсии CO СТК-1 полностью теряет работоспособность при увеличении концентрации CO в парогазовой смеси выше 25% об.An increase in the concentration of CO in the vapor-gas mixture at the inlet to the converter leads to overheating of the catalyst contained in the converter and to its thermal deactivation. Thus, the most common medium-temperature catalyst for steam conversion of CO STK-1 completely loses its working capacity when the concentration of CO in the gas-vapor mixture increases above 25% vol.

Прототип, близкий по технической сущности к предлагаемому изобретению не обнаружен, поскольку конверторы с охлаждением на стадии паровой конверсии CO ранее не применялись.A prototype close in technical essence to the proposed invention was not found, since converters with cooling at the stage of steam conversion of CO were not previously used.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка конвертора паровой конверсии CO с охлаждением, обеспечивающим проведение процесса паровой конверсии при повышенном до 50% об. по сухому газу содержании CO в парогазовой смеси путем подачи воды в полость каталитической камеры, что, в свою очередь, обеспечивает непрерывность процесса получения водорода без использования дополнительных веществ на борту подводной лодки.The objective of the invention is the development of a steam conversion CO converter with cooling, providing the process of steam conversion at increased to 50% vol. dry gas content of CO in the vapor-gas mixture by supplying water to the cavity of the catalytic chamber, which, in turn, ensures the continuity of the process of producing hydrogen without the use of additional substances on board the submarine.

Поставленная задача решается предлагаемым конвертором паровой конверсии CO с охлаждением, который включает корпус, работающий под давлением, снабженный устройством для подачи парогазовой смеси и устройством вывода продуктов реакции, электронагревателем и теплоизоляцией, размещенной поверх нагревателя, и катализатором паровой конверсии CO, состоящим из верхнего и нижнего слоев, разделенных слоем инертной насадки, предпочтительно кольцами Рашига, а также охлаждающим устройством, выполненным в виде внутреннего кольцевого трубчатого коллектора с отверстиями для выпуска воды, размещенного в средней части корпуса конвертора внутри слоя инертной насадки, и наружного коллектора, соединенного с внутренним кольцевым трубчатым коллектором с отверстиями для выпуска воды через две подводящие трубки, закрепленные на корпусе.The problem is solved by the proposed CO steam conversion converter with cooling, which includes a pressurized housing equipped with a steam-gas mixture supply device and a reaction product output device, an electric heater and thermal insulation placed on top of the heater, and a CO steam conversion catalyst consisting of upper and lower layers separated by a layer of inert packing, preferably Raschig rings, as well as a cooling device made in the form of an inner annular tubular stake a lecturer with openings for discharging water, located in the middle part of the converter housing inside the inert nozzle layer, and an external collector connected to the inner annular tubular collector with openings for discharging water through two inlet tubes fixed to the housing.

Сущность изобретения схематически поясняется прилагаемыми чертежами (Фиг. 1 и Фиг. 2).The invention is schematically illustrated by the accompanying drawings (Fig. 1 and Fig. 2).

На Фиг. 1 показан общий вид конвертора.In FIG. 1 shows a general view of the converter.

На Фиг. 2 показан разрез конвертора по сечению А-А.In FIG. 2 shows a section of the converter along section AA.

Конвертор паровой конверсии CO состоит из корпуса 1, работающего под давлением, и расположенного в нем катализатора паровой конверсии CO 2, состоящего из верхнего 3 и нижнего 4 слоев, разделенных слоем инертной насадки 5.The CO steam conversion converter consists of a pressure housing 1 and a CO 2 steam conversion catalyst located therein, consisting of an upper 3 and a lower 4 layers separated by a layer of inert nozzle 5.

Охлаждающее устройство выполнено в виде внутреннего кольцевого трубчатого коллектора с отверстиями для выпуска воды 6 и размещено в средней части корпуса 1 конвертора внутри слоя инертной насадки 5.The cooling device is made in the form of an inner annular tubular collector with holes for discharging water 6 and is placed in the middle part of the converter housing 1 inside the inert nozzle layer 5.

Внутренний трубчатый коллектор с отверстиями для выпуска воды 6 соединен с наружным коллектором 7 через две подводящие трубки 8, закрепленные на корпусе 1.The inner tubular manifold with holes for discharging water 6 is connected to the outer manifold 7 through two inlet tubes 8, mounted on the housing 1.

Конвертор паровой конверсии CO, кроме того, снабжен устройством для подачи парогазовой смеси 9 и устройством вывода продуктов реакции 10, электронагревателем 11 и теплоизоляцией 12.The CO steam converter, in addition, is equipped with a device for supplying a gas-vapor mixture 9 and a device for outputting reaction products 10, an electric heater 11 and thermal insulation 12.

Работа конвертора паровой конверсии осуществляется следующим образом.The operation of the steam conversion converter is as follows.

Парогазовая смесь, состоящая из водорода, CO и водяного пара, с содержанием CO по сухому газу до 50% об. и соотношением пар:газ 1:1, подается в корпус 1 через устройство подачи парогазовой смеси 9. Далее парогазовая смесь проходит последовательно через нижний 4 слой катализатора паровой конверсии CO 2, слой инертной насадки 5, верхний слой 3 катализатора паровой конверсии CO 2 и выводится из корпуса 1 через устройство вывода продуктов реакции 10.A gas-vapor mixture consisting of hydrogen, CO and water vapor, with a dry gas content of CO of up to 50% vol. and the ratio of steam: gas 1: 1, is supplied to the housing 1 through the steam-gas mixture supply device 9. Next, the gas-vapor mixture passes sequentially through the lower 4 layer of the catalyst for steam reforming CO 2, the layer of inert packing 5, the upper layer 3 of the catalyst for steam reforming CO 2 and from the housing 1 through the output device of the reaction products 10.

Избыточное тепло, выделяющееся в процессе паровой конверсии в нижнем слое 4 катализатора паровой конверсии CO 2, снимается путем подачи воды в слой инертной насадки 5 через наружный коллектор 7 и соединенный с ним двумя подводящими трубками 8 внутренний кольцевой трубчатый коллектор с отверстиями для выпуска воды 6 охлаждающего устройства. Установившийся при этом температурный режим верхнего слоя 3 катализатора паровой конверсии CO 2 обеспечивает глубину конверсии CO до его остаточного содержания по сухому газу 1% об.The excess heat generated during the steam conversion process in the lower layer 4 of the CO 2 steam conversion catalyst is removed by supplying water to the inert nozzle layer 5 through the external collector 7 and the inner annular tubular collector connected to it by two supply pipes 8 with openings for discharging cooling water 6 devices. The temperature regime of the upper layer 3 of the CO 2 steam reforming catalyst established in this case provides a depth of CO conversion to its residual dry gas content of 1% vol.

Таким образом, заявляемое устройство решает задачу проведения паровой конверсии CO в парогазовой смеси при повышенном до 50% об. по сухому газу содержании CO в парогазовой смеси, что, в свою очередь, обеспечивает непрерывность процесса получения водорода без использования дополнительных веществ на борту подводной лодки.Thus, the claimed device solves the problem of conducting steam reforming of CO in a gas-vapor mixture at an increased up to 50% vol. dry gas content of CO in the vapor-gas mixture, which, in turn, ensures the continuity of the process of producing hydrogen without the use of additional substances on board the submarine.

Claims

Cooled CO steam conversion converter comprising a pressurized housing equipped with a steam-gas mixture supply device and reaction product output device, an electric heater and thermal insulation placed on top of the heater, and a CO steam conversion catalyst consisting of an upper and lower layer separated by an inert layer nozzles, as well as a cooling device made in the form of an inner annular tubular collector with holes for discharging water, located in the middle of the envelope a nozzle within an inert layer, and an outer reservoir connected to the tubular inner annular manifold with holes for discharging water through two conducting tube secured to the housing.