RU2799191C1 - Method for producing hydrogen from hydrocarbon raw materials and a reactor for its implementation - Google Patents
Method for producing hydrogen from hydrocarbon raw materials and a reactor for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2799191C1 RU2799191C1 RU2023101993A RU2023101993A RU2799191C1 RU 2799191 C1 RU2799191 C1 RU 2799191C1 RU 2023101993 A RU2023101993 A RU 2023101993A RU 2023101993 A RU2023101993 A RU 2023101993A RU 2799191 C1 RU2799191 C1 RU 2799191C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- gas
- decomposition
- hydrocarbon
- metal
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к области химических технологий и может быть использовано для получения водорода из углеводородного сырья способом последовательного разложения в расплавах металлов.The present invention relates to the field of chemical technology and can be used to produce hydrogen from hydrocarbon feedstock by sequential decomposition in metal melts.
Из уровня техники известны такие способы получения водорода из природного газа, как паровая конверсия, парокислородная конверсия, адиабатическая конверсия. Однако, в ходе этих процессов образуется значительно количество углекислого газа, тогда как при пиролизе метана образуются только водород и твердый углерод, что делает данный способ получения водорода экологически более чистым. Известен способ некаталитического пиролиза метана, в ходе которого оксиды углерода не образуются. Однако приемлемые показатели конверсии метана достигаются лишь при высоких температурах, что делает процесс пиролиза метана энергоемким. Известен также способ каталитического разложения метана на твердых катализаторах, происходящий при относительно низких температурах. Однако, оседающие на поверхности катализаторов углеродные частицы, образующиеся во время разложения, приводят к их дезактивации.From the prior art such methods for producing hydrogen from natural gas are known, such as steam reforming, steam-oxygen reforming, adiabatic reforming. However, during these processes, a significant amount of carbon dioxide is formed, while only hydrogen and solid carbon are formed during the pyrolysis of methane, which makes this method of hydrogen production more environmentally friendly. A known method of non-catalytic pyrolysis of methane, during which carbon oxides are not formed. However, acceptable rates of methane conversion are achieved only at high temperatures, which makes the process of methane pyrolysis energy-intensive. There is also known a method for the catalytic decomposition of methane on solid catalysts, which occurs at relatively low temperatures. However, the carbon particles deposited on the surface of the catalysts, which are formed during decomposition, lead to their deactivation.
Из RU 2408529, 04.06.2009 известен способ получения синтез-газа и водорода, включающий высокотемпературную термическую обработку исходного углеводородного газа, осуществляемую в жидком теплоносителе при температуре 1250-1800°С. Подачу исходного углеводородного газа осуществляют по меньшей мере двумя несмешиваемыми потоками в режиме барботажа в нижнюю часть реактора, содержащего жидкий теплоноситель, в качестве которого используют расплав неорганических солей или металла, либо сплава, например, меди, железа, алюминия или никеля. Образующийся синтез-газ выводят из зоны над поверхностью расплава и охлаждают любым известным способом. Недостатком данного способа и реализующего его устройства является необходимость поддерживания высоких температур.From RU 2408529, 04.06.2009, a method for producing synthesis gas and hydrogen is known, including high-temperature thermal treatment of the source hydrocarbon gas, carried out in a liquid heat carrier at a temperature of 1250-1800°C. The supply of the initial hydrocarbon gas is carried out by at least two immiscible flows in the bubbling mode into the lower part of the reactor containing a liquid coolant, which is a melt of inorganic salts or a metal or an alloy, for example, copper, iron, aluminum or nickel. The resulting synthesis gas is removed from the area above the surface of the melt and cooled by any known method. The disadvantage of this method and the device that implements it is the need to maintain high temperatures.
Из US 2019055173, 21.02.2019 известны система и способ пиролиза с использованием жидкометаллического катализатора, включающий подачу углеводородсодержащей смеси газов в реактор, содержащий каталитически активный расплавленный металл или каталитически активный расплавленный металлический сплав, где металл или сплав катализирует реакцию разложения углеводородсодержащей композиции на водородную газовую фазу и твердую углеродную фазу, которая нерастворима в металле или сплаве. Реактор может работать при температурах 1000°С, обеспечивая эффективность конверсии более 50%. Установка представляет собой барботажную колонну, содержащую каталитически активный расплавленный металлический сплав (никеля с галлием, меди с галлием, железа с галлием, меди-олова, никеля-олова или их комбинации). Расплавленный металл, содержащийся в реакторе, может заполнять не более 40% объема. В газовом пространстве реактора размещаются вспомогательные устройства, такие как мешалки или скребки для удаления углеродного наноматериала. Внутренняя часть реактора может быть облицована слоем оксида металла, который обеспечивает ограниченный приток кислорода для модуляции поверхностного натяжения расплавленного металла и защищает реакционный сосуд от коррозии расплавленным металлом. Способ разложения углеводородсодержащей смеси газов включает: подачу газов в реактор, содержащий расплав металла, который катализирует реакцию разложения на содержащую водород смесь газов и твердую углеродную фазу; регулирование межфазного натяжения внутри реактора с помощью оксидов металлов, при этом твердая углеродная фаза минимально растворима в металле или сплаве. Однако, недостатком данного решения является использование вспомогательных устройств (скребков или мешалок) для удаления углеродного наноматериала с поверхности расплава металла, что усложняет конструкцию.From US 2019055173, February 21, 2019, a system and method for pyrolysis using a liquid metal catalyst is known, including the supply of a hydrocarbon-containing gas mixture to a reactor containing a catalytically active molten metal or a catalytically active molten metal alloy, where the metal or alloy catalyzes the reaction of decomposition of the hydrocarbon-containing composition into a hydrogen gas phase and a solid carbon phase which is insoluble in the metal or alloy. The reactor can operate at temperatures of 1000°C, providing a conversion efficiency of more than 50%. The plant is a bubble column containing a catalytically active molten metal alloy (nickel-gallium, copper-gallium, iron-gallium, copper-tin, nickel-tin, or combinations thereof). The molten metal contained in the reactor can fill no more than 40% of the volume. Auxiliary devices such as stirrers or scrapers are placed in the gas space of the reactor to remove the carbon nanomaterial. The interior of the reactor may be lined with a metal oxide layer which provides a limited supply of oxygen to modulate the surface tension of the molten metal and protects the reaction vessel from corrosion by the molten metal. The method for decomposing a hydrocarbon-containing gas mixture includes: supplying gases to a reactor containing a metal melt, which catalyzes the decomposition reaction into a hydrogen-containing gas mixture and a solid carbon phase; regulation of interfacial tension inside the reactor using metal oxides, while the solid carbon phase is minimally soluble in the metal or alloy. However, the disadvantage of this solution is the use of auxiliary devices (scrapers or stirrers) to remove the carbon nanomaterial from the surface of the metal melt, which complicates the design.
Техническим результатом изобретения является создание способа получения водорода из углеводородного сырья, а также реактора для осуществления указанного способа, которые позволяют достичь высокой конверсии углеводородного газа при более низких температурах и высокой производительности реактора.The technical result of the invention is the creation of a method for producing hydrogen from hydrocarbon feedstock, as well as a reactor for implementing this method, which make it possible to achieve high conversion of hydrocarbon gas at lower temperatures and high reactor productivity.
Достижение технического результата обеспечивается способом получения водорода в реакторе путем последовательного разложения углеводородного газа, в котором сначала подают углеводородный газ в кварцевый стакан, расположенный в нижней части реактора и вмещающий нагретый расплав металлов, затем обеспечивают разложение углеводородного газа путем его барботирования через слой нагретого расплава металлов и его попадание в газовое пространство реактора, после чего обеспечивают прохождение газа через твердый катализатор для его каталитического разложения.The achievement of the technical result is ensured by a method for producing hydrogen in a reactor by successive decomposition of hydrocarbon gas, in which hydrocarbon gas is first supplied to a quartz glass located in the lower part of the reactor and containing a heated metal melt, then the hydrocarbon gas is decomposed by bubbling it through a layer of heated metal melt and its entry into the gas space of the reactor, after which the passage of the gas through the solid catalyst is ensured for its catalytic decomposition.
В одном из вариантов осуществления способа твердый катализатор представляет собой насыпной катализатор, размещенный на перфорированных тарелках.In one embodiment of the method, the solid catalyst is a bulk catalyst placed on perforated trays.
В одном из вариантов осуществления способа углеродный наноматериал, скапливающийся на поверхностях расплава металлов и твердого катализатора, удаляют из реактора путем продувки реактора инертным газом.In one of the embodiments of the method, the carbon nanomaterial accumulating on the surfaces of the melted metals and the solid catalyst is removed from the reactor by purging the reactor with an inert gas.
В одном из вариантов осуществления способа углеродный наноматериал удаляют периодически по мере заполнения объема реактора без остановки при этом процесса разложения газаIn one of the embodiments of the method, the carbon nanomaterial is removed periodically as the volume of the reactor is filled without stopping the process of gas decomposition.
Также, достижение технического результата обеспечивается реактором для получения водорода путем последовательного разложения, содержащим корпус, шланг подачи углеводородного газа, кварцевый стакан для вмещения металла, при нагреве которого образуется расплав металлов, кварцевую трубку для подачи углеводородного газа в нижнюю часть стакана, нагревательный элемент для нагрева металла и/или расплава металлов в кварцевом стакане, перфорированные тарелки для размещения на них твердого катализатора, расположенные в газовом пространстве реактора над кварцевым стаканом, трубку отвода водородсодержащего газа из реактора, причем указанный реактор выполнен с возможностью осуществления указанного выше способа.Also, the achievement of the technical result is ensured by a reactor for producing hydrogen by sequential decomposition, containing a housing, a hydrocarbon gas supply hose, a quartz glass for containing metal, which, when heated, forms a metal melt, a quartz tube for supplying hydrocarbon gas to the lower part of the glass, a heating element for heating metal and/or molten metals in a quartz glass, perforated plates for placing a solid catalyst on them, located in the gas space of the reactor above the quartz glass, a tube for removing hydrogen-containing gas from the reactor, and said reactor is configured to implement the above method.
В одном из вариантов осуществления реактор дополнительно содержит кран подачи инертного газа, соединенный с трубкой, выходящей в газовое пространство реактора, и трубку отвода углеродного наноматериала из реактора, соединенную с выводным газовым краном, для обеспечения возможности продувки реактора и удаления углеродного наноматериала, скапливающегося на поверхностях расплава металлов и твердого катализатора.In one of the embodiments, the reactor further comprises an inert gas supply valve connected to a tube exiting the gas space of the reactor, and a carbon nanomaterial outlet tube connected to the outlet gas valve to enable the reactor to be purged and carbon nanomaterial accumulating on the surfaces to be removed. molten metals and solid catalyst.
Сущность изобретения заключается в следующем. В стакан реактора из кварцевого стекла загружают металл, температуру которого доводят до температуры проведения процесса при помощи нагревательного элемента, и металл переходит в жидкое агрегатное состояние. Выбор кварца в качестве материала для стакана реактора обусловлен тем, что металлические элементы реактора при контакте с расплавленным металлом очень быстро корродируют и частично растворяются в нем. Кварц же химически и механически стабилен в рассматриваемом диапазоне температур (от 500°С до 1000°С). Предпочтительным металлом для использования в качестве теплоносителя и создания расплава металлов является олово в виду его высокой теплопроводности и относительно низкой температуры плавления, высокой плотности по сравнению с углеродом, нетоксичности и долговременной химической стабильности. Также могут быть использованы в качестве теплоносителя сплавы никеля и висмута (90% Ni / 10% Bi), никель и висмут в эвтектической пропорции или другие металлические сплавы.The essence of the invention is as follows. A metal is loaded into a reactor glass made of quartz glass, the temperature of which is brought to the temperature of the process using a heating element, and the metal passes into a liquid state of aggregation. The choice of quartz as a material for the reactor glass is due to the fact that the metal elements of the reactor, in contact with the molten metal, corrode very quickly and partially dissolve in it. Quartz is chemically and mechanically stable in the considered temperature range (from 500°C to 1000°C). The preferred metal for use as a heat transfer medium and to create a metal melt is tin due to its high thermal conductivity and relatively low melting point, high density compared to carbon, non-toxicity and long-term chemical stability. Alloys of nickel and bismuth (90% Ni / 10% Bi), nickel and bismuth in eutectic proportion, or other metal alloys can also be used as a heat transfer medium.
Далее, углеводородный газ (природный газ или чистый метан) барботируется через слой расплава металлов, то есть расплавленного металла. Время контакта образовавшихся пузырьков газа с расплавом металлов можно варьировать за счет изменения одного из двух параметров: расхода газа (оперативный контроль) и высоты слоя расплава металлов (определяется на этапе загрузки металла в реактор). Газовые пузырьки нагреваются до температуры расплава металлов (от 500°С до 1000°С), и происходит первый этап процесса разложения с образованием водорода, углерода и, если используется в качестве углеводородного газа природный газ - этана, этилена и ацетилена. Соответственно, рабочие температуры в изобретении ниже, чем в решениях уровне техники, в которых также применяется метод барботирования.Further, hydrocarbon gas (natural gas or pure methane) is bubbled through the layer of molten metals, ie molten metal. The time of contact of the formed gas bubbles with the metal melt can be varied by changing one of two parameters: the gas flow rate (operational control) and the height of the metal melt layer (determined at the stage of loading the metal into the reactor). Gas bubbles are heated to the temperature of the metal melt (from 500°C to 1000°C), and the first stage of the decomposition process occurs with the formation of hydrogen, carbon and, if natural gas is used as a hydrocarbon gas, ethane, ethylene and acetylene. Accordingly, the operating temperatures in the invention are lower than in prior art solutions that also use the bubbling method.
Расплавы металлов являются хорошей средой для проведения процесса разложения углеводородов. При смешивании неактивных металлов с низкой температурой плавления и активных в конверсии углеводородов металлов-катализаторов образуется металлический сплав, являющийся одновременно теплоносителем и катализатором для разложения углеводородного газа с получением водорода и углерода. При этом нерастворенный в этом сплаве углерод всплывает на поверхность в виде углеродного наноматериала, откуда может быть обеспечено его удаление, за счет чего предотвращается отложение углерода на поверхности катализатора, и, соответственно, потери активности катализатора исключаются.Metal melts are a good medium for carrying out the process of hydrocarbon decomposition. When mixing inactive metals with a low melting point and catalyst metals active in the conversion of hydrocarbons, a metal alloy is formed, which is both a heat carrier and a catalyst for the decomposition of hydrocarbon gas to produce hydrogen and carbon. At the same time, carbon undissolved in this alloy floats to the surface in the form of a carbon nanomaterial, from where it can be removed, thereby preventing carbon deposition on the catalyst surface, and, accordingly, loss of catalyst activity is excluded.
Образовавшиеся за счет этого продукты, а также непрореагировавший углеводородный газ, имеющий высокую температуру, попадают в газовое пространство реактора. Здесь они проходят через перфорированные тарелки с бортиками, по поверхности которых на подложке распределен твердый металлический катализатор. Подложка используется для уменьшения скорости движения потока газа и его равномерного распределения по объему катализатора. В качестве катализатора может быть использован никель на кизельгуре или другие катализаторы. Здесь осуществляется второй этап процесса разложения, что позволяет достигать более высокой конверсии углеводородного газа.The products formed as a result of this, as well as the unreacted hydrocarbon gas having a high temperature, enter the gas space of the reactor. Here they pass through perforated plates with sides, on the surface of which a solid metal catalyst is distributed on a substrate. The substrate is used to reduce the speed of the gas flow and its uniform distribution over the volume of the catalyst. Nickel on diatomaceous earth or other catalysts can be used as a catalyst. Here, the second stage of the decomposition process is carried out, which makes it possible to achieve a higher conversion of hydrocarbon gas.
Частицы углерода (углеродный наноматериал), накапливающиеся на поверхности расплава металлов и насыпного катализатора, периодически удаляются с нее путем продувки реактора инертным газом. В качестве инертного газа может быть использован азот или же аргон. При осуществлении заявленного способа возможна организация непрерывной работы реактора за счет создания технологического цикла, включающего 2 стадии: разложение углеводородного газа (98% времени от продолжительности цикла) и продувка инертным газом (2% времени от продолжительности цикла). Таким образом, отсутствует необходимость в применении каких-либо вспомогательных средств очистки, например, мешалок, поскольку углеродный наноматериал удаляют с поверхности нагретого расплава металлов путем продувки реактора инертным газом (инертный газ поступает в реактор через кран подачи инертного газа и выходит через трубку отвода углеродного наноматериала).Carbon particles (carbon nanomaterial) accumulating on the surface of the melted metals and bulk catalyst are periodically removed from it by purging the reactor with an inert gas. Nitrogen or argon can be used as inert gas. When implementing the claimed method, it is possible to organize continuous operation of the reactor by creating a technological cycle that includes 2 stages: hydrocarbon gas decomposition (98% of the cycle time) and inert gas purge (2% of the cycle time). Thus, there is no need to use any auxiliary cleaning means, for example, stirrers, since the carbon nanomaterial is removed from the surface of the heated metal melt by purging the reactor with an inert gas (the inert gas enters the reactor through the inert gas supply valve and exits through the carbon nanomaterial outlet tube). ).
Для очистки газообразных продуктов реакции от твердых углеродных частиц предусмотрена двухступенчатая система фильтрации, включающая вихревой циклон и сменный фильтр.To clean the gaseous reaction products from solid carbon particles, a two-stage filtration system is provided, including a vortex cyclone and a replaceable filter.
На фиг. 1 проиллюстрирована примерная схема реактора для получения водорода путем последовательного разложения сначала в нагретом расплаве металлов, а потом в газовой фазе, где:In FIG. 1 illustrates an exemplary scheme of a reactor for producing hydrogen by successive decomposition, first in a heated melt of metals, and then in the gas phase, where:
1 шланг подачи углеводородного газа;1 hydrocarbon gas supply hose;
2 хомут;2 clamp;
3 уплотнительная прокладка;3 sealing gasket;
4 трубка отвода водородсодержащего газа;4 tube removal of hydrogen-containing gas;
5 крышка реактора;5 reactor cover;
6 стальная трубка;6 steel tube;
7 корпус крышки реактора;7 reactor cover body;
8 кварцевая трубка;8 quartz tube;
9 стержни;9 rods;
10 тарелки для катализатора;10 plates for catalyst;
11 болт;11 bolt;
12, 16 шайбы;12, 16 washers;
13, 15 стальные кольца;13, 15 steel rings;
14 уплотнительная прокладка;14 sealing gasket;
17 гайка;17 nut;
18 термопара;18 thermocouple;
19 предохранительный клапан;19 safety valve;
20 трубка предохранительного клапана;20 safety valve tube;
21 трубка отвода углеродного наноматериала;21 carbon nanomaterial outlet tubes;
22 выводной газовый кран;22 outlet gas cock;
23 стальная плита;23 steel plate;
24 кварцевый стакан;24 quartz glass;
25 корпус реактора;25 reactor vessel;
26 слой изоляции из асбеста;26 layer of asbestos insulation;
27 слой изоляции из минеральной ваты;27 layer of mineral wool insulation;
28 нагревательный элемент;28 heating element;
29 расплав металлов;29 metal melt;
30 асбестовая прокладка;30 asbestos gasket;
31 слой изоляции из асбеста;31 layers of asbestos insulation;
32 стальная плита;32 steel plate;
33 скоба;33 bracket;
34 болт;34 bolt;
35 манометр;35 manometer;
36 стальная трубка;36 steel tube;
37 кран подачи инертного газа;37 inert gas supply valve;
38 стальная трубка;38 steel tube;
39 болт;39 bolt;
40 жестяные цилиндры крепления тепловой изоляции;40 tin cylinders fastening thermal insulation;
41 сварочные узлы;41 welding units;
42 бортики для аварийного удержания расплавленного металла.42 sides for emergency containment of molten metal.
Реактор устроен следующим образом.The reactor is arranged as follows.
Шланг 1 подачи углеводородного газа крепится хомутом 2 через уплотнительную прокладку 3 к кварцевой трубке 8. Крышка 5 реактора соединена с корпусом 25 четырьмя болтами 11 и гайкой 17, обеспечивающими плотность контакта между стальными кольцами 13, 15 с помощью шайб 12, 16 и уплотнительной прокладки 14.The hydrocarbon
В нижней части корпуса 25 расположен стакан 24, который выполнен из кварца, и в котором находится расплав 29 металлов с погруженной в него трубкой 8, также выполненной из кварца. К верхней части кварцевого стакана 24 с помощью болтов 39 присоединены стержни 9, необходимые для удобства погружения стакана и его извлечения из реактора. В нижней части реактора под кварцевым стаканом 24 расположена асбестовая прокладка 30, исключающая возможность повреждения кварцевого стакана при его погружении.In the lower part of the
Для создания необходимой температуры (от 500°С до 1000°С) в реакторе используется нагревательный элемент 28. Для уменьшения теплопотерь в окружающую среду в пространстве между тремя жестяными цилиндрами 40 расположены слой 26 изоляции из асбеста и слой 27 изоляции из минеральной ваты. Также предусмотрен еще один слой 31 изоляции из асбеста для уменьшения теплопотерь через дно реактора. Нагревательный элемент и слои изоляции сверху и снизу ограничены стальными плитами 23 и 32, прикрепленными скобами 33 к внешней поверхности жестяного цилиндра 40. Нижняя стальная плита оснащена специальными бортиками 42 для удержания расплава металлов в случае возникновения аварийной ситуации. Для удаления образующегося на поверхности расплава металлов углеродного наноматериала выполняется периодическая продувка инертным газом, подаваемым через кран 37 подачи инертного газа через трубку 38 и отводящимся вместе с частицами углеродного наноматериала через трубку 21 отвода углеродного наноматериала при полном открытии выводного газового крана 22. Для измерения давления внутри реактора предусмотрен манометр 35.To create the required temperature (from 500°C to 1000°C), a
Углеводородный газ подается по кварцевой трубке 8 в нижнюю часть кварцевого стакана 24 и барботируется через слой расплава металлов в виде газовых пузырей, разлагаясь на этан, этилен, ацетилен, водород и углерод. Углеродный наноматериал, образующийся в расплаве металлов, всплывает вследствие меньшей плотности и собирается на поверхности расплава металлов. С определенной периодичностью частицы углеродного наноматериала или сажи удаляются с поверхности расплава металлов продувочным инертным газом. Непрореагировавший газ и его производные (этан, этилен, ацетилен) после выхода из расплава металлов поступают в газовое пространство реактора, где осуществляется второй этап пиролиза на катализаторе, расположенном на перфорированных тарелках 10. Таким образом, происходит максимально эффективное разложение исходного углеводородного газа на водород и углеродные частицы.Hydrocarbon gas is supplied through a
В случае возникновения нештатных ситуаций в процессе работы реактора и повышении давления внутри него выше определенной критической величины срабатывает предохранительный клапан 19, и через трубку 20 предохранительного клапана производится выброс избыточного газа в окружающую среду с остановкой работы реактора.In the event of emergency situations during the operation of the reactor and an increase in pressure inside it above a certain critical value, the
Ниже приведены данные, демонстрирующие эффективность заявленного изобретения. В качестве углеводородного газа был выбран метан.Below are data demonstrating the effectiveness of the claimed invention. Methane was chosen as the hydrocarbon gas.
При проведении процесса пиролиза метана в расплаве висмута (высота столба расплавленного металла 10 см) при постоянном расходе метана 10 л/ч и температуре 850°C количество водорода в продуктовом газе равно 0,7%, а при 950°C возрастает до 11,3%.When carrying out the process of methane pyrolysis in a bismuth melt (the height of the molten metal column is 10 cm) at a constant methane flow rate of 10 l/h and a temperature of 850°C, the amount of hydrogen in the product gas is 0.7%, and at 950°C it increases to 11.3 %.
При осуществлении процесса пиролиза метана в никель - висмутовом расплаве (90% Ni, 10% Bi) при высоте столба расплавленного металла 10 см и расходе метана 3 л/ч при температуре 850°C количество водорода в продуктовом газе равно 0,66%, а при 950°C и 1000°C составляет 12,2% и 32,3%, соответственно.When carrying out the process of pyrolysis of methane in a nickel-bismuth melt (90% Ni, 10% Bi) at a molten metal column height of 10 cm and a methane consumption of 3 l/h at a temperature of 850°C, the amount of hydrogen in the product gas is 0.66%, and at 950°C and 1000°C is 12.2% and 32.3%, respectively.
При проведении процесса барботажа метана в жидком олове (высота столба 35 см) при постоянном расходе метана 15 л/ч при температуре 850°C количество водорода в продуктовом газе равно 22,9%, а при 950°C и 1000°C эта величина составляет 60,5% и 65,5%, соответственно.When carrying out the process of bubbling methane in liquid tin (
Помимо возможности увеличения количества водорода в продуцируемом в реакторах газе за счет увеличения высоты расплава металлов или добавления катализирующих металлов в расплав, в заявленном решении предусмотрена установка катализатора в газовом пространстве реактора - непосредственно после пиролиза углеводородов в расплаве металлов, что дает значительное увеличение количества водорода для такого способа пиролиза углеводородов при более низкой температуре. Например, при использовании чистого висмута высотой 10 см вместе с катализатором, дополнительно размещенным над поверхностью жидкого висмута в газовом пространстве-количество водорода в продуцируемом газе увеличивается в несколько раз. Так, по сравнению с чистым висмутом (при температуре 850°C концентрация водорода составляла 0,7%), при размещении в газовой фазе катализатора «никель на кизельгуре» количество водорода увеличивается до 2% при 700°C, до 15% при 800(и до 28% при 850°C. Кроме того, возможность продувки реактора инертным газом в значительной степени ускоряет процесс удаления углеродного наноматериала с поверхностей расплава металлов и твердого катализатора.In addition to the possibility of increasing the amount of hydrogen in the gas produced in the reactors by increasing the height of the metal melt or adding catalyzing metals to the melt, the claimed solution provides for the installation of a catalyst in the gas space of the reactor - immediately after the pyrolysis of hydrocarbons in the metal melt, which gives a significant increase in the amount of hydrogen for such a method for pyrolysis of hydrocarbons at a lower temperature. For example, when using
В заявленном способе в качестве углеводородного газа также может быть использован природный газ, что позволяет реализовывать способ в процессах переработки природного и попутного газов. Продуцируемый газ представляет собой метановодородную смесь, характеризуемую поддерживаемым на выходе содержанием водорода около 75% после первого этапа (барботирование) и около 93% после второго этапа (каталитическое разложение).In the claimed method, natural gas can also be used as a hydrocarbon gas, which makes it possible to implement the method in the processing of natural and associated gases. The gas produced is a methane-hydrogen mixture, characterized by a hydrogen content maintained at the outlet of about 75% after the first stage (bubbling) and about 93% after the second stage (catalytic decomposition).
Claims (17)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2799191C1 true RU2799191C1 (en) | 2023-07-04 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009097599A1 (en) * | 2008-02-01 | 2009-08-06 | Texas Syngas, Inc. | Gaseous transfer in multiple metal bath reactors |
RU108754U1 (en) * | 2011-03-17 | 2011-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ) | PLANT FOR PYROLYSIS OF HYDROCARBON-CONTAINING RAW MATERIALS |
US20160009554A1 (en) * | 2013-02-28 | 2016-01-14 | How Kiap Gueh | Molten metal gasifier |
US20190055173A1 (en) * | 2017-08-21 | 2019-02-21 | Palo Alto Research Center Incorporated | System and method for pyrolysis using a liquid metal catalyst |
WO2019197253A1 (en) * | 2018-04-09 | 2019-10-17 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | A process for producing hydrogen and carbon products |
RU2780486C1 (en) * | 2021-11-29 | 2022-09-26 | Алексей Леонидович Торопов | Induction pyrolysis reactor of hydrogen and solid carbon from hydrocarbon gases and method for production thereof |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009097599A1 (en) * | 2008-02-01 | 2009-08-06 | Texas Syngas, Inc. | Gaseous transfer in multiple metal bath reactors |
RU108754U1 (en) * | 2011-03-17 | 2011-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ) | PLANT FOR PYROLYSIS OF HYDROCARBON-CONTAINING RAW MATERIALS |
US20160009554A1 (en) * | 2013-02-28 | 2016-01-14 | How Kiap Gueh | Molten metal gasifier |
US20190055173A1 (en) * | 2017-08-21 | 2019-02-21 | Palo Alto Research Center Incorporated | System and method for pyrolysis using a liquid metal catalyst |
WO2019197253A1 (en) * | 2018-04-09 | 2019-10-17 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | A process for producing hydrogen and carbon products |
RU2780486C1 (en) * | 2021-11-29 | 2022-09-26 | Алексей Леонидович Торопов | Induction pyrolysis reactor of hydrogen and solid carbon from hydrocarbon gases and method for production thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7250016B2 (en) | Simultaneous reaction and separation of chemicals | |
RU2561986C2 (en) | Catalytic system for processes of partial catalytic oxidation with short duration of contact | |
US5577346A (en) | Multi-zone molten-metal hydrogen and fuel gas generation process | |
JP2006508234A (en) | Catalytic reactor and method | |
JP2013095618A (en) | Method and apparatus for producing hydrogen | |
NO337602B1 (en) | Method for reforming hydrocarbons | |
Msheik et al. | Experimental comparison of solar methane pyrolysis in gas-phase and molten-tin bubbling tubular reactors | |
US9701535B2 (en) | Process for producing a syngas intermediate suitable for the production of hydrogen | |
US20050182145A1 (en) | Methods of reducing and loading a metal-based catalyst into a reactor | |
RU2799191C1 (en) | Method for producing hydrogen from hydrocarbon raw materials and a reactor for its implementation | |
AU2019252154B2 (en) | Pyrolysis of methane with a molten salt based catalyst system | |
CN112138728A (en) | Activation method of copper-based catalyst for hydrogen production by methanol-water reforming reaction | |
AU684129B2 (en) | Method for reforming organics into shorter-chain unsaturated organic compounds | |
KR100857240B1 (en) | Method and Apparatus for Decomposing SO3 for Producing Nuclear Hydrogen | |
US20230025624A1 (en) | Method and device for producing hydrogen and pyrolytic carbon from hydrocarbons | |
EP2955154A1 (en) | Reactor for partial oxidation of hydrocarbon gases | |
Dolgikh et al. | Experimental research of the process of methane pyrolysis in a layer of liquid tin aiming to get hydrogen | |
JP2006510565A (en) | Method for generation of synthesis gas by catalytic partial oxidation | |
Seo et al. | Catalytic CH4 pyrolysis promoted by the interface of a molten metal–salt hybrid system | |
US2920940A (en) | Manufacture of hydrocyanic acid | |
JPS6384629A (en) | Heat exchanger type reactor used for performing reaction accompanying generation of hydrogen | |
Rostrup-Nielsen | Carbon limits in steam reforming | |
CN107213854A (en) | A kind of apparatus and method by acetylene production light aromatics for realizing reaction regeneration | |
JP2004244274A (en) | Hydrogen-containing gas producer and its operation method | |
WO2022261452A1 (en) | Prevention of solid deposition on internal structures of reactors |