RU2780486C1 - Induction pyrolysis reactor of hydrogen and solid carbon from hydrocarbon gases and method for production thereof - Google Patents
Induction pyrolysis reactor of hydrogen and solid carbon from hydrocarbon gases and method for production thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2780486C1 RU2780486C1 RU2021130127A RU2021130127A RU2780486C1 RU 2780486 C1 RU2780486 C1 RU 2780486C1 RU 2021130127 A RU2021130127 A RU 2021130127A RU 2021130127 A RU2021130127 A RU 2021130127A RU 2780486 C1 RU2780486 C1 RU 2780486C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen
- carbon
- crucible
- pyrolysis
- molten metal
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 53
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 48
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 44
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 title claims abstract description 35
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 28
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 title claims abstract description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 21
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 9
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 7
- 239000012265 solid product Substances 0.000 claims description 4
- 239000004071 soot Substances 0.000 abstract description 26
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 7
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract 3
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 238000004642 transportation engineering Methods 0.000 description 9
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 6
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 6
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 238000005039 chemical industry Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011068 load Methods 0.000 description 3
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 3
- 230000000171 quenching Effects 0.000 description 3
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- 102200035591 MAP6D1 C10G Human genes 0.000 description 2
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitrogen oxide Substances O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052813 nitrogen oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs
Изобретение относится к области химии и энергетики, способам получения водорода из углеводородных газов с последующим использованием водорода, как топлива для получения тепловой и электрической энергии.The invention relates to the field of chemistry and energy, methods for producing hydrogen from hydrocarbon gases, followed by the use of hydrogen as a fuel for generating thermal and electrical energy.
Существует несколько способов получения водорода из углеводородного газового сырья, однако большинство их них связаны с образованием углекислого газа, который является парниковым и влияет на атмосферу Земли. Перспективным процессом получения водорода из углеводородных газов является сухой пиролиз горючих газов без доступа кислорода с образованием водорода и углерода в твердом виде (сажи). Процесс происходит без углеродного следа (выбросов углекислого газа в атмосферу)There are several ways to produce hydrogen from hydrocarbon gas feedstock, but most of them are associated with the formation of carbon dioxide, which is a greenhouse gas and affects the Earth's atmosphere. A promising process for producing hydrogen from hydrocarbon gases is the dry pyrolysis of combustible gases without access to oxygen to form hydrogen and carbon in solid form (soot). The process takes place without a carbon footprint (carbon dioxide emissions into the atmosphere)
СН4 ->С(сажа)+2Н2 CH 4 -> C (soot) + 2H 2
Пиролиз углеводородных газов осуществляется с разделением и одновременным удалением из зоны пиролиза твердой фракции (сажи) и газообразной фракции (водород) при температуре 1100±100°С. В качестве сырья, в большинстве случаев, используется метан (природный газ), но может использоваться другое газообразное углеводородное топливо и смеси углеводородных газов.Pyrolysis of hydrocarbon gases is carried out with separation and simultaneous removal of the solid fraction (soot) and gaseous fraction (hydrogen) from the pyrolysis zone at a temperature of 1100±100°C. The feedstock is, in most cases, methane (natural gas), but other gaseous hydrocarbon fuels and mixtures of hydrocarbon gases can be used.
В сравнении с традиционной технологией получения водорода из природного газа рассматриваемая технология имеет следующие преимущества:In comparison with the traditional technology for producing hydrogen from natural gas, the technology under consideration has the following advantages:
- себестоимость водорода, получаемого пиролизом природного газа, в 4-5 раз ниже себестоимости водорода, получаемого электролизом воды, и ниже себестоимости водорода, получаемого пароводяной конверсией природного газа;- the cost of hydrogen produced by pyrolysis of natural gas is 4-5 times lower than the cost of hydrogen produced by electrolysis of water, and lower than the cost of hydrogen produced by steam-water reforming of natural gas;
- вредное воздействие на окружающую среду отсутствует;- there is no harmful impact on the environment;
- получаемый в результате пиролиза газа углерод находится в твердой фазе и его можно использовать в химической промышленности.- the carbon obtained as a result of gas pyrolysis is in the solid phase and can be used in the chemical industry.
Уровень техникиState of the art
Известно изобретение «Способ получения водорода из газа, содержащего метан, в частности природного газа, и установка для осуществления способа» (см. патент RU №2344069, МПК С01В 3/38; С01В 31/20; B01J 7/00 от 24.07.2004 г.). Изобретение относится к способу получения водорода из газа, содержащего метан, в частности природного газа. Содержащиеся в газе углеводороды разлагаются в риформинг-печи посредством водяного пара каталитическим путем на водород, оксид углерода и диоксид углерода. На последующей конверсионной ступени с помощью водяного пара осуществляют каталитическую конверсию образовавшегося оксида углерода в диоксид углерода и водород. Диоксид углерода удаляют посредством скруббера из подвергнутого конверсии газового потока, и промытый, богатый водородом газовый поток разделяют затем в адсорбционной установке на состоящий из водорода поток газового продукта и поток отходящего газа.The invention "Method for producing hydrogen from a gas containing methane, in particular natural gas, and installation for the implementation of the method" is known (see patent RU No. G.). The invention relates to a process for producing hydrogen from a gas containing methane, in particular natural gas. The hydrocarbons contained in the gas are catalytically decomposed in the reformer by steam into hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide. In the subsequent conversion stage, steam is used to catalytically convert the formed carbon monoxide into carbon dioxide and hydrogen. Carbon dioxide is removed by means of a scrubber from the reformed gas stream, and the washed, hydrogen-rich gas stream is then separated in an adsorption plant into a hydrogen product gas stream and an off-gas stream.
Недостатком изобретения является то, что данный процесс получения водорода из углеводородных газов сопровождается выделением в атмосферу Земли диоксида углерода, то есть имеет углеродный след.The disadvantage of the invention is that this process of obtaining hydrogen from hydrocarbon gases is accompanied by the release of carbon dioxide into the Earth's atmosphere, that is, it has a carbon footprint.
Известно изобретение «Способ конверсии метана» (см. патент RU №2517505, МПК С01В 3/38; C10G 9/34 от 26.12.2012 г.), включающий взаимодействие метана с водяным паром на катализаторе, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют жидкий шлак медного производства, через который продувают парогазовую смесь в течение 1-1,5 с, температуре расплава 1250-1400°С с последующей регенерацией катализатора периодической продувкой его кислородом воздуха. При конверсии метана с водяным паром идет реакцияThe invention "Methane conversion method" is known (see patent RU No. 2517505, IPC С01В 3/38; C10G 9/34 dated 12/26/2012), including the interaction of methane with steam on a catalyst, characterized in that the catalyst is used liquid slag of copper production, through which the gas-vapor mixture is blown for 1-1.5 s, the melt temperature is 1250-1400°C, followed by regeneration of the catalyst by periodically blowing it with atmospheric oxygen. During the conversion of methane with water vapor, the reaction
Н2O+СН4=СО+3Н2 H 2 O + CH 4 \u003d CO + 3H 2
в конечных продуктах выделяется монооксид углерода СО и водород Н2.carbon monoxide CO and hydrogen H 2 are released in the final products.
Недостатком изобретения является то, что в результате процесса получения водорода выделяется монооксид углерода (угарный газ).The disadvantage of the invention is that carbon monoxide (carbon monoxide) is released as a result of the hydrogen production process.
Наиболее близким по техническому решению является изобретение «Способ получения синтез-газа и реактор пиролиза для получения синтез-газа» (см. патент RU №2465305, МПК C01J 3/72; C10G 9/34; С01В 3/24 от 04.04.2011 г.), включающий пиролиз углеводородного сырья, закалку газов пиролиза, утилизацию их тепла, отличающийся тем, что закалку газов пиролиза осуществляют инертным газом до температуры 500-600°С в течение 0,2-1 с, пиролиз ведут при температуре 800-1600°С в течение 0,1-0,5 с, пиролиз осуществляют в жидкометаллическом теплоносителе.The closest technical solution is the invention "Method for producing synthesis gas and a pyrolysis reactor for producing synthesis gas" (see patent RU No. 2465305, IPC C01J 3/72; C10G 9/34; C01B 3/24 dated 04.04.2011 .), including pyrolysis of hydrocarbon raw materials, quenching of pyrolysis gases, utilization of their heat, characterized in that quenching of pyrolysis gases is carried out with an inert gas to a temperature of 500-600 ° C for 0.2-1 s, pyrolysis is carried out at a temperature of 800-1600 ° C for 0.1-0.5 s, pyrolysis is carried out in a liquid metal coolant.
Реактор пиролиза для получения синтез-газа, содержащий помещенный в герметичный обогреваемый корпус тигель с крышкой и с жидкометаллическим теплоносителем, в который опущена керамическая трубка для подачи углеводородного сырья, в концентрично керамической трубке установлен стакан, днищем прикрепленный к крышке, в днище стакана и крышке выполнены сквозные отверстия для подвода закалочного газа в полость стакана над жидкометаллическим теплоносителем и отвода его в смеси с продуктами реакции, а в боковых стенках крышки установлены патрубки для подачи продувочного газа в пространство вокруг стакана над расплавом и отвода его.A pyrolysis reactor for producing synthesis gas, containing a crucible with a lid and a liquid metal coolant placed in a sealed heated housing, into which a ceramic tube for supplying hydrocarbon raw materials is lowered, a glass is installed concentrically in the ceramic tube, the bottom is attached to the lid, in the bottom of the glass and the lid are made through holes for supplying quenching gas into the cavity of the glass above the liquid metal coolant and removing it mixed with the reaction products, and branch pipes are installed in the side walls of the cover for supplying the purge gas to the space around the glass above the melt and removing it.
Недостатком данного изобретения является то, результатом реакции в пиролизном реакторе является синтез-газ, содержащий водород, этилен, ацетилен, оксиды углерода.The disadvantage of this invention is that the result of the reaction in the pyrolysis reactor is a synthesis gas containing hydrogen, ethylene, acetylene, carbon oxides.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
Задачей предполагаемого изобретения является разработка устройства, позволяющего осуществить процесс получения водорода из углеводородных газов пиролизом горючих газов без доступа кислорода с образованием водорода и углерода в твердом виде (сажи). В настоящий момент существуют эффективные способы транспортировки углеводородного газа от природных месторождений до конечного потребителя. Проблема в том, что существующие способы преобразования тепловой энергии горения углеводородных газов в тепловую и электрическую энергию сопровождаются выделением парниковых газов (оксидов углерода и азота). Углеродный след процесса выработки электрической и тепловой энергии можно избежать, если указанные виды энергии получать при сжигании водорода, полученного из углеводородных газов при доступе кислорода воздуха с образованием воды. Однако, возникают проблемы, связанные с утилизацией углерода, входящего в состав углеводородных газов и выделяющегося в виде газообразных оксидов углерода, которые достаточно сложно утилизировать или хранить.The objective of the proposed invention is to develop a device that makes it possible to carry out the process of producing hydrogen from hydrocarbon gases by pyrolysis of combustible gases without access to oxygen to form hydrogen and carbon in solid form (soot). Currently, there are effective ways to transport hydrocarbon gas from natural fields to the end user. The problem is that the existing methods of converting the thermal energy of combustion of hydrocarbon gases into thermal and electrical energy are accompanied by the release of greenhouse gases (carbon and nitrogen oxides). The carbon footprint of the process of generating electrical and thermal energy can be avoided if these types of energy are obtained by burning hydrogen obtained from hydrocarbon gases with the access of atmospheric oxygen to form water. However, there are problems associated with the utilization of carbon, which is part of hydrocarbon gases and released in the form of gaseous carbon oxides, which are quite difficult to dispose of or store.
Предполагаемое изобретение базируется на способе производства водорода из углеводородных газов на основе процесса пиролиза - разложения соединений на менее тяжелые молекулы или химические элементы под действием повышенной температуры без доступа кислорода с выделением углерода в твердом виде.The alleged invention is based on a method for the production of hydrogen from hydrocarbon gases based on the pyrolysis process - the decomposition of compounds into less heavy molecules or chemical elements under the action of elevated temperature without access to oxygen with the release of carbon in solid form.
Углерод пиролиза углеводородных газов представляет собой сажу - твердый углерод, который можно использовать в химической промышленности. А при избытках, легко хранить и транспортировать. Процесс пиролиза углеводородных газов без доступа кислорода происходит при температуре 1000±100°С в течение 0,1-0,5 секунды в расплавленном металлическом теплоносителе. Реактор пиролиза представляет собой герметичный тигель с крышкой, разогреваемый индукционным тепловым генератором до указанной температуры. Тигель заполнен сплавом металлов (теплоноситель), обладающим заданной температурой плавления. В расплавленном металлическом теплоносителе вертикально расположена жаростойкая трубка для подачи углеводородного газового сырья методом барботирования, перфорированная радиальными отверстиями в нижней, помещенной в расплавленный металлический теплоноситель, части. В верхней части тигля на уровне поверхности расплавленного металлического теплоносителя расположено устройство сбора углерода (сажи) с поверхности расплава в виде вращающегося диска с крыльчатками, выполненного из жаропрочного материала и канала отвода углерода (сажи). Диск вращается вместе с вертикальной жаростойкой трубкой подачи исходного сырья. Вращение жаростойкой трубки и диска с крыльчатками производится одновременно. Привод вращения находится над крышкой тигля. Из канала отвода углерода (сажи) твердые продукты пиролиза проходят узел сбора и транспортировки сажи и шлака и попадают в емкость сбора твердых продуктов. В крышке тигля находится патрубок трубопровода готового водорода, соединенного с трубопроводом подачи готового водорода, полученного в результате пиролиза. Поверхность реактора покрыта теплоизоляционным слоем. Поверхности узла сбора и транспортировки сажи и шлака, и трубопровода подачи готового водорода соединены с контуром охлаждения, обеспечивающим необходимую температуру указанных элементов реактора с возможностью полезного использования данной тепловой энергии для обогрева помещений или с другой технологической целью.The carbon of the pyrolysis of hydrocarbon gases is soot - solid carbon, which can be used in the chemical industry. And in excess, it is easy to store and transport. The process of pyrolysis of hydrocarbon gases without access to oxygen occurs at a temperature of 1000±100°C for 0.1-0.5 seconds in a molten metal coolant. The pyrolysis reactor is a sealed crucible with a lid, heated by an induction heat generator to a specified temperature. The crucible is filled with a metal alloy (coolant) having a given melting temperature. In the molten metal coolant, a heat-resistant tube is vertically located for supplying hydrocarbon gas raw materials by the bubbling method, perforated with radial holes in the lower part placed in the molten metal coolant. In the upper part of the crucible, at the level of the surface of the molten metal coolant, there is a device for collecting carbon (soot) from the melt surface in the form of a rotating disk with impellers made of heat-resistant material and a carbon (soot) removal channel. The disk rotates together with the vertical heat-resistant feed tube. The rotation of the heat-resistant tube and the disk with impellers is carried out simultaneously. The rotation drive is located above the crucible cover. From the carbon (soot) removal channel, solid pyrolysis products pass through the soot and slag collection and transportation unit and enter the solid products collection tank. In the lid of the crucible there is a branch pipe of the finished hydrogen pipeline connected to the pipeline for supplying ready hydrogen obtained as a result of pyrolysis. The surface of the reactor is covered with a heat-insulating layer. The surfaces of the assembly and transportation of soot and slag, and the finished hydrogen supply pipeline are connected to the cooling circuit, which provides the required temperature of the indicated elements of the reactor with the possibility of useful use of this thermal energy for space heating or for other technological purposes.
Технический результат поставленной задачи получения водорода из углеводородных газов с полным отсутствием выбросов газообразных оксидов в атмосферу и возможностью сбора твердых углеродных отходов достигается оригинальной конструкцией герметичного реактора пиролиза без доступа кислорода с индукционным электрическим нагревом до состояния расплава металлического сплава, через который подается исходное сырье методом барботирования через радиальные отверстия в нижней части трубки подачи сырья, оснащенной дисковым вращающимся механизмом сбора сажи и шлака, возникающих в процессе пиролиза на поверхности расплава металлического сплава, подающего отходы реакции пиролиза в узел их сбора и транспортировки. Водород, как основной продукт пиролиза, через поверхность трубопровода подачи готового водорода и углерод (сажа) и шлаки через поверхность узла сбора и транспортировки побочных продуктов охлаждаются циркуляционным контуром съема тепловой нагрузки с целью ее полезного использования.The technical result of the task of obtaining hydrogen from hydrocarbon gases with the complete absence of emissions of gaseous oxides into the atmosphere and the possibility of collecting solid carbon waste is achieved by the original design of a sealed pyrolysis reactor without oxygen access with induction electric heating to the state of a metal alloy melt, through which the feedstock is fed by bubbling through radial holes in the lower part of the raw material supply tube, equipped with a disk rotating mechanism for collecting soot and slag that occurs during pyrolysis on the surface of a metal alloy melt, which supplies pyrolysis reaction waste to the collection and transportation unit. Hydrogen, as the main product of pyrolysis, through the surface of the finished hydrogen supply pipeline and carbon (soot) and slag through the surface of the by-product collection and transportation unit are cooled by the heat load removal circulation circuit for the purpose of its beneficial use.
Краткое описание чертежей.Brief description of the drawings.
На фигуре представлена схема реактора пиролиза углеводородных газов для получения водорода без доступа кислорода, с расплавленным металлическим теплоносителем и оснащенного устройством сбора твердого углерода:The figure shows a diagram of a hydrocarbon gas pyrolysis reactor for producing hydrogen without oxygen access, with a molten metal coolant and equipped with a solid carbon collection device:
A. вход углеводородного газа.A. hydrocarbon gas inlet.
B. выход готового водородаB. finished hydrogen output
C. вход циркуляционного контура съема тепловой нагрузки.C. inlet of the circulation circuit for the removal of heat load.
D. выход циркуляционного контура съема тепловой нагрузки.D. output of the circulation circuit for removing the heat load.
1. патрубок подключения магистрали углеводородного газа.1. branch pipe for connecting the hydrocarbon gas line.
2. жаростойкая трубка.2. heat resistant tube.
3. тигель.3. crucible.
4. крышка тигля.4. cover of the crucible.
5. расплавленный металлический теплоноситель.5. molten metal coolant.
6. индукционный электрический нагреватель.6. induction electric heater.
7. корпус реактора.7. reactor vessel.
8. теплоизоляционный слой.8. thermal insulation layer.
9. патрубок трубопровода готового водорода.9. branch pipe of the finished hydrogen pipeline.
10. трубопровод подачи готового водорода.10. finished hydrogen supply pipeline.
11. циркуляционный контур охлаждения.11. cooling circuit.
12. диск с крыльчатками.12. disc with impellers.
13. привод вращения.13. rotation drive.
14. канал отвода углерода (сажи).14. carbon (soot) removal channel.
15. узел сбора и транспортировки сажи и шлака.15. assembly and transportation of soot and slag.
16. емкость сбора сажи и шлака.16. soot and slag collection tank.
Осуществление изобретения.Implementation of the invention.
Исходное сырье в виде углеводородных газов любого происхождение поступает по направлению А. в пиролизный реактор по патрубку 1 подключения магистрали углеводороного газа в канал жаростойкой трубки 2, расположенной в тигле 3, герметично закрытого крышкой тигля 4. Тигель заполнен расплавленным металлическим теплоносителем 5 в виде сплава с заданной температурой плавления 1000±100°С, разогретого индукционный электрическим нагревателем 6, закрепленным на корпусе реактора 7, с теплоизоляционным слоем 8. Исходное сырье в виде углеводородного газа поступает под давлением в нижнюю часть тигля 3 по центральному каналу жаростойкой трубки 2, через радиальные отверстия жаростойкой трубки (на фигуре не показаны) поступает в нижнюю часть расплавленного металлического теплоносителя 5 и методом борботажа перемещается на поверхность расплавленного металлического теплоносителя 5. Исходный углеводородный газ под воздействием процесса нагрева без доступа кислорода за время движения углеводородного газа от нижней части тигля 3 до верхнего уровня расплавленного металлического теплоносителя 5 распадается на водород в виде газа 2Н2 и углерод в виде твердого образования сажи, которая скапливается на поверхности расплавленного металлического теплоносителя. Нагретый водород поступает по патрубку 9 трубопровода готового водорода к потребителям по трубопроводу 10 подачи готового водороды в направлении В. Температура водорода снижается до требуемой температуры с помощью теплового съема циркуляционным контуром охлаждения 11. Холодный теплоноситель поступаете циркуляционный контур охлаждения 11 по направлению С, охлаждает водород и выходит из циркуляционного контура охлаждения 11 по направлению D. Образовавшиеся на поверхности расплавленного металлического теплоносителя 5 в результате пиролиза сажа и шлаки, собираются вращающимся диском с крыльчатками 12 с помощью привода вращения 13, расположенного на верхней части корпуса реактора 7. Собираемые диском с крыльчатками 12 сажа и шлаки (на фигуре не показаны) направляются в канал отвода углерода (сажи) 14 тигля 3, расположенный в зоне верхней поверхности расплавленного металлического теплоносителя 5, прессуются и направляются под действием диска с крыльчатками 12 в узел сбора и транспортировки сажи и шлака 15 и далее в емкость сбора твердых продуктов 16. Поверхность узла сбора и транспортировки сажи и шлака 15 охлаждается циркуляционным контуром охлаждения 11.The feedstock in the form of hydrocarbon gases of any origin enters the pyrolysis reactor along direction A through
Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:The present invention in comparison with the prototype and other known technical solutions has the following advantages:
- результатом пиролиза углеводородного газа без доступа кислорода является водород в виде газа и углерод в твердом состоянии в виде сажи, что исключает выбросы в атмосферу парниковых газов в виде окислов углерода в газообразном состоянии;- the result of the pyrolysis of hydrocarbon gas without access to oxygen is hydrogen in the form of gas and carbon in the solid state in the form of soot, which excludes emissions of greenhouse gases into the atmosphere in the form of carbon oxides in the gaseous state;
- сажа является удобным продуктом для хранения и может быть использована в химической промышленности;- soot is a convenient product for storage and can be used in the chemical industry;
- тепло, при охлаждении трубопроводов и узла транспортировки сажи можно использовать для других технологических процессов, к примеру отопления и подготовки горячей воды;- heat, during cooling of pipelines and soot transportation unit, can be used for other technological processes, for example, heating and hot water preparation;
- предлагаемое устройство может быть выполнено компактным и использоваться для систем малой мощности потребления.- the proposed device can be made compact and used for low power consumption systems.
Поскольку заявленное изобретение отличается от наиболее близкого аналога рядом существенных признаков, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».Since the claimed invention differs from the closest analogue by a number of essential features, it meets the condition of patentability "novelty".
В основу заявленного изобретения положены известные законы материального мира, что позволяет утверждать о соответствии изобретения условию «промышленная применимость»The claimed invention is based on the known laws of the material world, which allows us to assert that the invention meets the condition of "industrial applicability"
Поскольку из уровня техники не известно устройств пиролиза углеводородных газов без доступа кислорода, оснащенных узлами сбора твердых продуктов в виде сажи с использованием вращающихся крыльчаток с приводом, расположенным над крышкой тигля и узлов сбора и транспортировки сажи, можно сделать вывод о соответствии заявленного устройства условию патентоспособности «изобретательский уровень».Since from the prior art there are no devices for the pyrolysis of hydrocarbon gases without oxygen access, equipped with collection units for solid products in the form of soot using rotating impellers with a drive located above the crucible cover and soot collection and transportation units, it can be concluded that the claimed device complies with the patentability condition " inventive step.
Claims (3)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2780486C1 true RU2780486C1 (en) | 2022-09-26 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2798837C1 (en) * | 2022-12-19 | 2023-06-28 | Алексей Леонидович Торопов | Reactor for producing hydrogen and solid carbon from hydrocarbon gases |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2324660C1 (en) * | 2006-11-03 | 2008-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Tuibular bubble aerator |
| RU111841U1 (en) * | 2011-06-20 | 2011-12-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | PLANT FOR PRODUCING HYDROGEN FROM HYDROCARBON-CONTAINING RAW MATERIALS |
| RU2465305C1 (en) * | 2011-04-04 | 2012-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Method of producing synthesis gas and pyrolysis reactor for producing synthesis gas |
| WO2021232158A1 (en) * | 2020-05-19 | 2021-11-25 | The University Of British Columbia | Hydrogen production from hydrocarbons without carbon dioxide emissions |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2324660C1 (en) * | 2006-11-03 | 2008-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Tuibular bubble aerator |
| RU2465305C1 (en) * | 2011-04-04 | 2012-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Method of producing synthesis gas and pyrolysis reactor for producing synthesis gas |
| RU111841U1 (en) * | 2011-06-20 | 2011-12-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | PLANT FOR PRODUCING HYDROGEN FROM HYDROCARBON-CONTAINING RAW MATERIALS |
| WO2021232158A1 (en) * | 2020-05-19 | 2021-11-25 | The University Of British Columbia | Hydrogen production from hydrocarbons without carbon dioxide emissions |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2798837C1 (en) * | 2022-12-19 | 2023-06-28 | Алексей Леонидович Торопов | Reactor for producing hydrogen and solid carbon from hydrocarbon gases |
| RU2799191C1 (en) * | 2023-01-30 | 2023-07-04 | Публичное акционерное общество "Газпром нефть" (ПАО "Газпром нефть") | Method for producing hydrogen from hydrocarbon raw materials and a reactor for its implementation |
| RU2800344C1 (en) * | 2023-01-31 | 2023-07-20 | Публичное акционерное общество "Газпром нефть" (ПАО "Газпром нефть") | Method for producing hydrogen from hydrocarbon raw materials and reactor for its implementation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2495914C2 (en) | Apparatus and methods of processing hydrogen and carbon monoxide | |
| US10233078B2 (en) | Process for utilizing blast furnace gases, associated gases and/or biogases | |
| MX2008011654A (en) | Thermal reduction gasification process for generating hydrogen and electricity. | |
| KR102026419B1 (en) | Preparation method of syngas and methanol from landfill gas or bio gas containing methane and carbon dioxide | |
| KR101298052B1 (en) | Set-up for production of hydrogen gas by thermo-chemical decomposition of water using steel plant slag and waste materials | |
| KR20130060225A (en) | Gas-to-liquid technology | |
| WO2013094382A1 (en) | Method and device for producing synthetic gas and method and device for synthesizing liquid fuel | |
| US11268035B2 (en) | Production of renewable fuels and energy by steam/CO2 reforming of wastes | |
| KR101995128B1 (en) | Microwave reforming apparatus for gas reforming | |
| US20230106515A1 (en) | Pyrolysis gas reforming system | |
| RU2780486C1 (en) | Induction pyrolysis reactor of hydrogen and solid carbon from hydrocarbon gases and method for production thereof | |
| EP4185658A1 (en) | Reactor and method for the pyrolysis of industrial or municipal waste and for the reduction and purification of pyrolysis gas from heavy hydrocarbons and carbon particles | |
| JP2515870B2 (en) | Process and equipment for converting flammable pollutants and wastes as clean energy and usable products | |
| CN103303865A (en) | Reforming reactor with mixed type gas distributor and process thereof | |
| JP2009023859A (en) | Hydrocarbon gas reforming method using oxyhydrogen flame and hydrocarbon gas reforming apparatus | |
| RU2597612C2 (en) | Method and device for producing coke during indirectly heated gasification | |
| CA2379942A1 (en) | A combined heat and power plant and a process for the operation thereof | |
| RU2798837C1 (en) | Reactor for producing hydrogen and solid carbon from hydrocarbon gases | |
| CN215828695U (en) | Coal gasification furnace and coal gasification system | |
| Zou et al. | Advancing hydrogen generation: Kinetic insights and process refinement for sorption-enhanced steam gasification of biomass utilizing waste carbide slag | |
| JPH11228973A (en) | Thermal hydrocracking process for coal | |
| GB2586867A (en) | Process for producing one or more hydrocarbon products | |
| RU2781405C2 (en) | Method for production of methane-hydrogen mixtures or hydrogen | |
| US20220169927A1 (en) | Production of renewable fuels and energy by steam/co2 reforming of wastes | |
| RU2781559C1 (en) | Method for hydrogen production by landfill gas conversion method |