RU2677142C1 - Устройство нагрева реакционной зоны каталитического реактора - Google Patents
Устройство нагрева реакционной зоны каталитического реактора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2677142C1 RU2677142C1 RU2018116817A RU2018116817A RU2677142C1 RU 2677142 C1 RU2677142 C1 RU 2677142C1 RU 2018116817 A RU2018116817 A RU 2018116817A RU 2018116817 A RU2018116817 A RU 2018116817A RU 2677142 C1 RU2677142 C1 RU 2677142C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen
- reaction zone
- gas
- line
- heat exchanger
- Prior art date
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 title claims abstract description 22
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 38
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 33
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 17
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 5
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 19
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 8
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 6
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 abstract description 6
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 abstract description 6
- 238000004880 explosion Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 abstract description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005899 aromatization reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000012084 conversion product Substances 0.000 abstract description 2
- 238000002407 reforming Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000002730 additional effect Effects 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 238000007084 catalytic combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000013529 heat transfer fluid Substances 0.000 description 1
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004681 metal hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 102200118166 rs16951438 Human genes 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
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
- C01B3/02—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
- C01B3/38—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 using catalysts
- C01B3/384—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 using catalysts the catalyst being continuously externally heated
-
- 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
- B01J7/00—Apparatus for generating gases
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
Изобретение относится к устройствам для осуществления эндотермических каталитических процессов, протекающих с получением водородсодержащего катализата: риформинга, ароматизации легкого углеводородного сырья, паровой конверсии углеводородов, и может найти применение в нефтегазовой промышленности. Предложено устройство, включающее каталитический нагреватель 1 в виде трубчатого элемента, заполненного катализатором окисления, отделенного водородселективной теплопроводящей перегородкой от реакционной зоны 3, газодувку 4, холодильник 5 и рекуперационный теплообменник 6. При работе устройства нагретое сырье 8 подают в реакционную зону 3, а продукты превращения 9 выводят. Часть водорода из реакционной зоны через водородселективную теплопроводящую перегородку поступает в слой катализатора окисления, где контактирует с кислородсодержащим газом, подаваемым с помощью газодувки 4 после нагрева в рекуперационном теплообменнике 6. Тепло, выделяющееся при окислении водорода, нагревает реакционную зону 3, а полученный отходящий газ 11, содержащий пары воды, образовавшиеся при окислении водорода, охлаждают в рекуперационном теплообменнике 6 и холодильнике 5, при необходимости сепарируя водный конденсат, и смешивают с воздухом 12 для восполнения химического расхода кислорода. Балансовый газ 13 выводят. Технический результат - повышение температуры нагрева, снижение расхода энергии и обеспечение взрывобезопасности устройства. 1 ил.
Description
Изобретение относится к устройствам для осуществления эндотермических каталитических процессов, протекающих с получением водородсодержащего катализата таких как, например, риформинг, ароматизации легкого углеводородного сырья, паровая конверсия углеводородов и может найти применение в нефтегазовой промышленности.
Известна установка каталитической переработки легкого углеводородного сырья [RU 2565229, МПК C10G 35/04, опубл. 20.10.2015 г.], включающая нагреватель, реакторы, генератор теплоносителя, соединенный с реакторами, системы регенерации катализатора и утилизации газа регенерации.
Основным недостатком известной установки является низкая глубина превращения сырья из-за накопления в катализате продуктов реакции.
Известен способ комбинированного производства электроэнергии и получения обогащенного водородом газа паровым риформингом углеводородной фракции с подводом тепла посредством сжигания водорода по месту осуществления способа [RU 2425995, МПК F02C 6/04, опубл. 10.08.2011 г.], осуществляемый на установке, включающей реактор получения синтез-газа паровым риформингом, установленный на линии подачи водорода в качестве топлива в камеру сгорания газотурбинной установки, оснащенный устройством нагрева реакционной зоны, состоящим из внешней установки (устройства) для выделения водорода из синтез-газа (катализата), внутреннего устройства для сжигания водорода и системы подачи кислородсодержащего газа с линией ввода воздуха, включающей воздушный компрессор и устройство для циркуляции азота с рекуперационным теплообменником, холодильником, аппаратом воздушного охлаждения, сепаратором и газодувкой.
Недостатками данного устройства нагрева является сложность из-за большого количества оборудования, а также из-за необходимости использования высоких температур (1000-1200°С) в реакторе вследствие уменьшения глубины конверсии при снижении температуры.
Наиболее близким по технической сущности является система (устройство) нагрева материала для хранения водорода [US 2010/0061926 А1, МПК С01В 3/02, B01J 19/00 опубл. 11.03.2010 г.], которая включает устройство нагрева циркулирующего жидкого флюида-теплоносителя (каталитический нагреватель) за счет каталитического сжигания (окисления) кислородом воздуха части водорода, выделяемого из обратимо гидрируемого (насыщаемого водородом) материала (например, гидрида металла или адсорбента), расположенного внутри резервуара, при нагревании гидрируемого материала нагретым теплоносителем, который пропускают через каналы, расположенные в слое гидрируемого материала, отделенные от последнего теплопроводящей стенкой (перегородкой). Каталитический нагреватель заполнен катализатором окисления, соединен с резервуаром линией подачи части водорода, к которой примыкает линия подачи воздуха с газодувкой, линией подачи нагретого теплоносителя, на которой расположен циркуляционный насос, и линией подачи охлажденного теплоносителя, а также оснащен линией вывода влажного воздуха (отходящего газа), содержащего пары воды, образовавшиеся при окислении водорода.
Недостатками известного устройства являются: низкая температура нагрева гидрируемого материала, ограниченная термостабильностью теплоносителя, большой расход энергии на циркуляцию теплоносителя, взрывоопасность из-за соединения линии подачи воздуха с линией подачи водорода в каталитический нагреватель, что приводит к образованию взрывоопасной смеси водорода с воздухом. Известное устройство не применимо для нагрева реакционной зоны каталитического реактора эндотермических каталитических процессов, протекающих с образованием водорода в области температур 500°С и выше.
Задачами изобретения являются: повышение температуры нагрева, снижение расхода энергии и обеспечение взрывобезопасности устройства.
Техническим результатом является повышение температуры нагрева и снижение расхода энергии за счет исключения использования жидкого теплоносителя путем размещения в каталитическом реакторе каталитического нагревателя, отделенного от реакционной зоны водородселективной теплопроводящей перегородкой, а также обеспечение взрывобезопасности устройства за счет подачи кислородсодержащего газа непосредственно в слой катализатора окисления водорода. Дополнительных эффектом является повышение глубины превращения сырья в реакционной зоне каталитического реактора за счет удаления из зоны реакции одного из продуктов реакции - водорода.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве нагрева, включающем каталитический нагреватель с катализатором окисления, оснащенный линией вывода отходящего газа, а также линию подачи воздуха и газодувку, особенностью является то, что нагреватель размещен в реакционной зоне реактора, отделен от реакционной зоны водородселективной и теплопроводящей перегородкой, оснащен линией ввода кислородсодержащего газа, на которой расположен рекуперационный теплообменник, а на линии вывода отходящего газа размещены рекуперационный теплообменник, холодильник и газодувка, на входе в которую к линии вывода отходящего газа примыкает линия подачи воздуха, а на выходе - линия вывода балансового газа, образуя линию подачи кислородсодержащего газа.
Холодильник может быть оснащен системой сепарации и вывода водного конденсата. При недостатке тепла, выделяющегося при окисления водорода для поддержания температуры реакции, каталитический нагреватель может быть оснащен линией подачи топлива. На линии ввода кислородсодержащего газа может быть расположен пусковой нагреватель.
Каталитический нагреватель может быть выполнен, например, в виде трубчатых элементов с газопроницаемой стенкой, на которую нанесена водородселективная мембрана, например, палладийсодержащая, внутри которых размещен катализатор окисления. При этом реактор, теплообменники и газодувка могут быть изготовлены в любом исполнении, известном из уровня техники, работоспособном при термобарических условиях протекающих каталитических процессов.
Размещение в реакционной зоне реактора каталитического нагревателя, отделенного водородселективной и теплопроводящей перегородкой, позволяет, во-первых, передавать тепло в реакционную зону непосредственно через теплопроводящую перегородку, исключив использование жидкого теплоносителя и насоса для его циркуляции, за счет чего исключить расходование энергии на циркуляцию теплоносителя и повысить температуру нагрева реакционной зоны вследствие отсутствия ограничений по термостабильности теплоносителя, а, во-вторых, позволяет вывести из реакционной зоны через водородселективную перегородку по меньшей мере часть водорода, окислить его кислородсодержащим газом, а затем нагреть реакционную зону за счет тепла, выделяющегося при этом. Контакт водорода и кислорода в этом случае происходит в слое катализатора окисления, что исключает опасность взрыва и обеспечивает взрывобезопасность установки. Кроме того, из-за удаления водорода из зоны реакции, равновесие химического процесса смешается в сторону образования целевых продуктов, позволяя или повысить глубину протекания реакции или снизить температуру процесса, дополнительно уменьшая энергозатраты.
Предлагаемое устройство включает каталитический нагреватель, например, в виде трубчатого элемента, заполненного катализатором окисления 1, отделенного водородселективной теплопроводящей перегородкой 2 от реакционной зоны 3, газодувку 4, холодильник 5, рекуперационный теплообменник 6, и может быть оснащено пусковым нагревателем 7 (показан пунктиром).
При работе устройства нагретое сырье подают в реакционную зону 3 по линиям 8, а продукты превращения выводят по линиям 9. Часть водорода из реакционной зоны 3 через перегородку 2 поступает в слой катализатора окисления 1, где контактирует с кислородсодержащим газом, подаваемым по линии 10 с помощью газодувки 4 после нагрева в теплообменнике 6. Тепло, выделяющееся при окислении водорода, нагревает реакционную зону 3, а полученный отходящий газ выводят по линии 11, охлаждают в аппаратах 6 и 5, при необходимости сепарируя водный конденсат (не показано) и смешивают с воздухом, подаваемым по линии 12, для восполнения химического расхода кислорода. Балансовый газ выводят по линии 13. При недостатке тепла окисления водорода в каталитический нагреватель по линии 14 подают топливо (показано пунктиром).
Таким образом, предлагаемое устройство взрывобезопасно, позволяет повысить температуру нагрева, снизить расход энергии и может быть использовано в промышленности.
Claims (1)
- Устройство для нагрева реакционной зоны каталитического реактора, включающее каталитический нагреватель с катализатором окисления, оснащенный линией вывода отходящего газа, а также линию подачи воздуха и газодувку, отличающееся тем, что нагреватель размещен в реакционной зоне реактора, отделен от реакционной зоны водородселективной и теплопроводящей перегородкой, оснащен линией ввода кислородсодержащего газа, на которой расположен рекуперационный теплообменник, а на линии вывода отходящего газа размещены рекуперационный теплообменник, холодильник и газодувка, на входе в которую к линии вывода отходящего газа примыкает линия подачи воздуха, а на выходе - линия вывода балансового газа, образуя линию подачи кислородсодержащего газа.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018116817A RU2677142C1 (ru) | 2018-05-04 | 2018-05-04 | Устройство нагрева реакционной зоны каталитического реактора |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018116817A RU2677142C1 (ru) | 2018-05-04 | 2018-05-04 | Устройство нагрева реакционной зоны каталитического реактора |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2677142C1 true RU2677142C1 (ru) | 2019-01-15 |
Family
ID=65025281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018116817A RU2677142C1 (ru) | 2018-05-04 | 2018-05-04 | Устройство нагрева реакционной зоны каталитического реактора |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2677142C1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3524819A (en) * | 1967-03-03 | 1970-08-18 | Lummus Co | Steam reforming of hydrocarbons |
| RU2354608C2 (ru) * | 2002-09-26 | 2009-05-10 | Хальдор Топсеэ А/С | Способ и устройство для получения синтез-газа |
| WO2015198186A1 (en) * | 2014-06-23 | 2015-12-30 | Tubitak | An autothermal reformer reactor and a feeding system thereof |
-
2018
- 2018-05-04 RU RU2018116817A patent/RU2677142C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3524819A (en) * | 1967-03-03 | 1970-08-18 | Lummus Co | Steam reforming of hydrocarbons |
| RU2354608C2 (ru) * | 2002-09-26 | 2009-05-10 | Хальдор Топсеэ А/С | Способ и устройство для получения синтез-газа |
| WO2015198186A1 (en) * | 2014-06-23 | 2015-12-30 | Tubitak | An autothermal reformer reactor and a feeding system thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2415073C2 (ru) | Компактный реактор реформинга | |
| US5516344A (en) | Fuel cell power plant fuel processing apparatus | |
| RU2411075C2 (ru) | Компактный риформинг-реактор | |
| US7074373B1 (en) | Thermally-integrated low temperature water-gas shift reactor apparatus and process | |
| US7658078B2 (en) | System for reforming heavy oil, method therefor, and combined cycle power system | |
| US11674068B2 (en) | Hydrogen extraction reactor and hydrogen extraction process using phase change materials | |
| JP2009534516A (ja) | 液体炭化水素の製造方法 | |
| KR20210116145A (ko) | 수소 생성 시스템 | |
| EA011995B1 (ru) | Реактор для одновременного выделения водорода и кислорода из воды | |
| KR20210116144A (ko) | 수소 생성 시스템 | |
| RU2552623C2 (ru) | Теплообменник для охлаждения горячих газов и теплообменная система | |
| RU2677142C1 (ru) | Устройство нагрева реакционной зоны каталитического реактора | |
| RU2565229C1 (ru) | Установка каталитической переработки легкого углеводородного сырья | |
| RU2372277C1 (ru) | Способ получения водорода и устройство для его осуществления | |
| RU2677146C1 (ru) | Установка для получения синтез-газа с каталитическим нагревателем | |
| CN106829860B (zh) | 一种氢气制备装置 | |
| CN115427346B (zh) | 氢供给系统 | |
| JPS5826002A (ja) | スチ−ムリホ−ミング法及びスチ−ムリホ−ミング用反応管 | |
| KR20160045738A (ko) | 탄화수소 및 알코올 개질 시스템용 다관식 개질기 및 이를 포함하는 탄화수소 및 알코올 개질 시스템, 및 관련 방법 | |
| KR101648107B1 (ko) | 금속연료의 반응성을 이용한 하이브리드형 고순도 대용량 수소발생시스템 | |
| JP2817236B2 (ja) | メタノール改質反応装置 | |
| RU2417834C1 (ru) | Конвектор для осуществления газофазных каталитических процессов | |
| RU2801525C1 (ru) | Устройство для получения водородсодержащей смеси из аммиака | |
| RU2299093C2 (ru) | Реактор для проведения неадиабатических реакций | |
| RU2725983C2 (ru) | Автотермический реактор |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20210708 |