RU2807901C1 - Method for enriching natural gas with hydrogen and installation for its implementation - Google Patents
Method for enriching natural gas with hydrogen and installation for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2807901C1 RU2807901C1 RU2023108862A RU2023108862A RU2807901C1 RU 2807901 C1 RU2807901 C1 RU 2807901C1 RU 2023108862 A RU2023108862 A RU 2023108862A RU 2023108862 A RU2023108862 A RU 2023108862A RU 2807901 C1 RU2807901 C1 RU 2807901C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- natural gas
- hydrogen
- carbon
- gas
- mixture
- Prior art date
Links
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 216
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 title claims abstract description 88
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 80
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 80
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 60
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000009434 installation Methods 0.000 title claims description 9
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 title 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 77
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 50
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 50
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 45
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 26
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000004581 coalescence Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000013049 sediment Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000004071 soot Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 12
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 12
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 10
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 9
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 9
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 claims description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 8
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims description 7
- 239000008213 purified water Substances 0.000 claims description 7
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 4
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims description 2
- 239000010802 sludge Substances 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 16
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 12
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 11
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 abstract description 5
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 4
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 3
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 2
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 2
- 101150076749 C10L gene Proteins 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии производства водородосодержащих газов и может быть использовано в теплоэнергетике, использующей природный газ (ПГ) в качестве бездымного топлива и выделенный углерод в химической и металлургической промышленности, а также к сжижению для моторного топлива.The invention relates to a technology for the production of hydrogen-containing gases and can be used in thermal power engineering using natural gas (NG) as a smokeless fuel and released carbon in the chemical and metallurgical industries, as well as liquefaction for motor fuel.
Известен способ производства топлива, обогащённого водородом, характеризующийся наличием потока метанового газа, использованием катализатора, нагреванием катализатора с помощью микроволнового излучения, подачей метанового газа на катализатор и контролем потока метанового газа и мощности микроволнового излучения. (Патент RU 2423176 C2. Способ получения обогащённого водородом топлива посредством разложения метана на катализаторе при микроволновом воздействии. - МПК: B01J 19/08, B01J 8/06, C10L 3/06. - Опубл. 10.07.2011).There is a known method for producing fuel enriched with hydrogen, characterized by the presence of a flow of methane gas, the use of a catalyst, heating the catalyst using microwave radiation, supplying methane gas to the catalyst and controlling the flow of methane gas and the power of microwave radiation. (Patent RU 2423176 C2. Method for producing hydrogen-enriched fuel by decomposing methane on a catalyst under microwave influence. - IPC: B01J 19/08, B01J 8/06, C10L 3/06 . - Published 07/10/2011).
Известен способ получения водородсодержащего газа, включающий подачу парометановой смеси в межтрубное пространство коаксиального смесителя, установленного на верхнем корпусе реактора, подвод паровоздушной смеси в центральную трубу, а также подвод зажигания в камеру окисления метана верхнего корпуса реактора, в которой осуществляется реакция горения метана над верхним подслоем катализатора, причем образующийся в результате реакции поток реагентов поступает на смешение с дополнительным объемом метана, происходящее в свободном пространстве между верхним корпусом реактора и нижним корпусом реактора, при этом подвод метана выполняют с поддержанием содержания метана перед нижним слоем катализатора в диапазоне от 0,1 до 0,25 от объемного содержания водяного пара, смешанный поток реагентов и метана поступает в нижний подслой катализатора конверсии метана нижнего корпуса реактора, посредством которого осуществляется проведение дополнительной реакции конверсии метана за счет физического тепла газовой смеси потока реагентов и из которого осуществляется вывод продукционного газа через выпускной патрубок.There is a known method for producing hydrogen-containing gas, including supplying a steam-methane mixture into the annulus of a coaxial mixer installed on the upper reactor vessel, supplying a steam-air mixture into the central pipe, as well as supplying ignition to the methane oxidation chamber of the upper reactor vessel, in which the methane combustion reaction occurs above the upper sublayer catalyst, and the flow of reagents formed as a result of the reaction is mixed with an additional volume of methane, which occurs in the free space between the upper reactor vessel and the lower reactor vessel, while the methane supply is carried out to maintain the methane content in front of the lower catalyst layer in the range from 0.1 to 0.25 of the volumetric content of water vapor, the mixed flow of reagents and methane enters the lower sublayer of the methane conversion catalyst of the lower reactor vessel, through which an additional methane conversion reaction is carried out due to the physical heat of the gas mixture of the reagent flow and from which the production gas is removed through the outlet pipe branch.
Известен аппарат для получения водородсодержащего газа, содержащий верхний корпус реактора с камерой окисления, нижний корпус реактора с камерой смешения, сообщающиеся через соединительную камеру, покрытые футеровкой на внутренних стенках, коаксиальный смеситель и центральную трубу, образующие межтрубное пространство коаксиального смесителя, канал подачи парометановой смеси, направляемой в межтрубное пространство коаксиального смесителя, канал подачи паровоздушной смеси, направляемой в центральную трубу, подвод зажигания к свече зажигания, размещенной на нижнем срезе центральной трубы, выходящей во внутреннее пространство верхнего корпуса, канал подачи метана в нижнем корпусе, выпускной патрубок внизу нижнего корпуса, соединенный с выводом продукционного газа, корпус каждого реактора включает в себя последовательно расположенные защитные шары, подслой катализатора, свод огнеупорных кирпичей, опирающиеся через опорные шары на опорную решетку, причем катализатор опирается на свод из огнеупорных кирпичей, имеющих отверстия для прохода газа, которые перекрываются корундовыми шарами, предохраняющими от просыпания катализатора и уменьшающими сопротивление для прохода газа через свод. (Патент RU 2 674 971 С1. Аппарат и способ получения водородсодержащего газа. - МПК: C01B 3/50. - Опубл. 13.12.2018).An apparatus for producing hydrogen-containing gas is known, containing an upper reactor body with an oxidation chamber, a lower reactor body with a mixing chamber, communicating through a connecting chamber, covered with a lining on the inner walls, a coaxial mixer and a central pipe forming the annular space of the coaxial mixer, a channel for supplying a steam-methane mixture, directed into the annular space of the coaxial mixer, a channel for supplying a steam-air mixture directed into the central pipe, an ignition supply to a spark plug located on the lower edge of the central pipe, extending into the interior of the upper housing, a methane supply channel in the lower housing, an exhaust pipe at the bottom of the lower housing, connected to the outlet of the production gas, the body of each reactor includes sequentially located protective balls, a catalyst sublayer, a dome of refractory bricks resting through support balls on a support grid, and the catalyst rests on a dome of refractory bricks having holes for the passage of gas, which are covered with corundum balls that prevent catalyst spillage and reduce resistance to gas passage through the roof. (Patent RU 2 674 971 C1. Apparatus and method for producing hydrogen-containing gas. - IPC: C01B 3/50 . - Published 12/13/2018).
Известно устройство для получения углерода и водорода из углеводородного газа, включающее проточный реактор, содержащий продолговатую цилиндрическую камеру из кварцевого стекла, заполненную газопроницаемым электропроводящим веществом-инициатором, выбранным из группы: железо, никель, молибден, никелид титана, снабженный концентратором сверхвысокочастотного электромагнитного поля, изготовленным из отрезков вольфрамовой микропроволоки, раздельными входом углеводородного газа и выходом углерода и водорода, и помещенный в сверхвысокочастотный волновод, соединенный элементами связи с источником энергии сверхвысокочастотного электромагнитного поля. Камера реактора размещена в цилиндрическом сверхвысокочастотном волноводе вдоль его оси. Концентратор отделен от камеры нерадиопрозрачной газопроницаемой перегородкой, выполненной в виде металлической сетки из нержавеющей проволоки. Источник энергии сверхвысокочастотного электромагнитного поля выполнен в виде двух несвязанных между собой генераторов сверхвысокочастотного электромагнитного излучения, один из которых соединен с волноводом элементами связи, выполненными в виде коаксиально-волноводного перехода пуговичного типа, а другой генератор - с концентратором сверхвысокочастотного электромагнитного поля. Выход газа выполнен в нижней части сверхвысокочастотного волновода вблизи металлической сетки из нержавеющей проволоки, а между стенками камеры и сверхвысокочастотного волновода выполнен зазор для прохождения углеводородного газа из входа газа в верхней части камеры реактора. (Патент RU 2390493 C1. Устройство для получения углерода и водорода из углеводородного газа. - МПК: С01В 3/02, С01В 3/26, B82B 3/00. - Опубл. 27.05.2010). A device is known for producing carbon and hydrogen from hydrocarbon gas, including a flow reactor containing an elongated cylindrical chamber made of quartz glass, filled with a gas-permeable electrically conductive initiator substance selected from the group: iron, nickel, molybdenum, titanium nickelide, equipped with a microwave electromagnetic field concentrator made from pieces of tungsten microwire, with separate input of hydrocarbon gas and output of carbon and hydrogen, and placed in a microwave waveguide connected by coupling elements to a source of energy of a microwave electromagnetic field. The reactor chamber is placed in a cylindrical microwave waveguide along its axis. The concentrator is separated from the chamber by a non-radiotransparent gas-permeable partition made in the form of a metal mesh made of stainless wire. The energy source of the microwave electromagnetic field is made in the form of two unconnected generators of microwave electromagnetic radiation, one of which is connected to the waveguide by coupling elements made in the form of a button-type coaxial-waveguide junction, and the other generator is connected to a concentrator of the microwave electromagnetic field. The gas outlet is made in the lower part of the microwave waveguide near a metal mesh made of stainless wire, and between the walls of the chamber and the microwave waveguide there is a gap for the passage of hydrocarbon gas from the gas inlet in the upper part of the reactor chamber. (Patent RU 2390493 C1. Device for producing carbon and hydrogen from hydrocarbon gas. - IPC: С01В 3/02, С01В 3/26, B82B 3/00 . - Published 05/27/2010).
Известно устройство для получения метано-водородного топлива из углеводородного газа, содержащее источник СВЧ-излучения, соединенный с проточным реактором, включающим плазмотрон с разрядной камерой, ввод природного газа, блоки вывода метано-водородной смеси и углерода из реактора, блок очистки метано-водородной смеси от углерода, блок регулирования расхода газа, блок управления мощностью СВЧ-излучения, блок регулирования концентрации водорода в метано-водородной смеси, выполненный в виде газоанализатора и управляемого сопла, установленного в стенке разрядной камеры, и автоматизированная система управления, соединенная с блоками регулирования расхода газа, управления мощностью СВЧ-излучения и концентрации водорода в метано-водородной смеси. (Патент RU 2755267 С1. Устройство для получения метано-водородного топлива из углеводородного газа. - МПК: B01J 19/24, C01B 3/50. - Опубл. 14.09.2021). A device is known for producing methane-hydrogen fuel from hydrocarbon gas, containing a source of microwave radiation connected to a flow reactor, including a plasmatron with a discharge chamber, a natural gas input, units for removing the methane-hydrogen mixture and carbon from the reactor, a unit for purifying the methane-hydrogen mixture from carbon, a gas flow control unit, a microwave radiation power control unit, a unit for regulating the hydrogen concentration in the methane-hydrogen mixture, made in the form of a gas analyzer and a controlled nozzle installed in the wall of the discharge chamber, and an automated control system connected to gas flow control units , control of microwave radiation power and hydrogen concentration in the methane-hydrogen mixture. (Patent RU 2755267 C1. Device for producing methane-hydrogen fuel from hydrocarbon gas. - IPC: B01J 19/24, C01B 3/50 . - Published 09/14/2021).
Известен способ переработки природного газа, заключающийся в том, что природный газ подвергают паровому риформингу при повышенных температуре и давлении с образованием влажного конвертированного газа с температурой 860-830°С и давлением 20-30 атм, затем полученный влажный конвертированный газ подвергают охлаждению до температуры 360-450°С и разделяют на два потока газа, первый из которых направляют последовательно на стадию конверсии оксида углерода, стадию охлаждения и стадию короткоцикловой адсорбции с выделением целевого водорода и газовой фазы, направляемой на паровой риформинг в качестве топлива, а второй поток газа после охлаждения до температуры 30-40°С и выделения влаги направляют либо на стадию получения метанола, либо на стадию получения синтетических жидких углеводородов, причем в случае получения метанола второй поток газа предварительно подвергают компрессии до 50,0-90 атм., при этом первый поток газа перед направлением на стадию конверсии оксида углерода смешивают с отбросным газом процесса получения метанола с обеспечением объемного соотношения в образованной смеси водяного пара и газа не менее 0,6, а в случае получения синтетических жидких углеводородов второй поток газа подвергают синтезу Фишера-Тропша на кобальтовом катализаторе, при этом первый поток газа перед направлением на стадию конверсии оксида углерода смешивают с отбросным газом синтеза Фишера-Тропша с обеспечением объемного соотношения в образованной смеси водяного пара и газа не менее 0,6, причем разделение исходного потока конвертированного газа на два потока газа производят в объемном соотношении первый поток газа ко второму потоку газа в случае получения метанола 1:0,33-0,43, а в случае получения синтетических жидких углеводородов 1:0,21 для исключения образования твердого углерода в процессе конверсии оксида углерода. (Патент RU 2783827 C1. Способ переработки природного газа. - МПК: С01В 3/38, С01В 3/24, С07С 31/40, С07С 1/02. - Опубл. 18.11.2022). There is a known method of processing natural gas, which consists in the fact that natural gas is subjected to steam reforming at elevated temperatures and pressures with the formation of wet converted gas with a temperature of 860-830 ° C and a pressure of 20-30 atm, then the resulting wet converted gas is cooled to a temperature of 360 -450°C and is divided into two gas streams, the first of which is sent sequentially to the carbon monoxide conversion stage, the cooling stage and the short-cycle adsorption stage with the release of the target hydrogen and gas phase, sent to steam reforming as fuel, and the second gas stream after cooling up to a temperature of 30-40°C and the release of moisture, it is sent either to the stage of producing methanol, or to the stage of producing synthetic liquid hydrocarbons, and in the case of producing methanol, the second gas stream is preliminarily subjected to compression to 50.0-90 atm., while the first gas stream before being sent to the conversion stage, carbon monoxide is mixed with the waste gas of the methanol production process, ensuring a volume ratio in the resulting mixture of water vapor and gas of at least 0.6, and in the case of producing synthetic liquid hydrocarbons, the second gas stream is subjected to Fischer-Tropsch synthesis on a cobalt catalyst, wherein the first gas stream, before being sent to the carbon monoxide conversion stage, is mixed with waste gas from the Fischer-Tropsch synthesis to ensure a volume ratio in the resulting mixture of water vapor and gas of at least 0.6, and the separation of the original converted gas stream into two gas streams is carried out in volumetric the ratio of the first gas stream to the second gas stream in the case of producing methanol is 1: 0.33-0.43, and in the case of producing synthetic liquid hydrocarbons 1: 0.21 to eliminate the formation of solid carbon during the conversion of carbon monoxide. (Patent RU 2783827 C1. Method for processing natural gas. - IPC: S01B 3/38, S01B 3/24, S07S 31/40, S07S 1/02 . - Published 11/18/2022).
Известен способ получения водородсодержащего газа из природного газа и перегретого пара, который осуществляют в три этапа: на первом этапе перегретый пар высокого давления смешивают с природным газом при 2,5-3 МПа, при весовом соотношении пара и природного газа 7:1, полученную парометановую смесь нагревают до температуры 500-550°С теплом уходящих газов газовой турбины, подают в адиабатический каталитический реактор, производят паровую каталитическую конверсию метана в никелевом катализаторе, с образованием в каталитическом реакторе парометаново-водородной смеси, содержащей до 5% доли водорода; на втором этапе эту смесь и закрученный поток сжатого воздуха подают в форкамеру, в горелку подают топливный природный газ, полученную «богатую» топливно-воздушную смесь сжигают при коэффициенте избытка воздуха 0,6-0,7, повышая температуру продуктов сгорания до 1300-1350°С и увеличивая долю водорода до 15-20% вследствие высокотемпературной паровой конверсии метана; на третьем этапе в камере дожигания сжигают «бедную» топливно-воздушную смесь при коэффициенте избытка воздуха 1,5-2,5 и повышают долю водорода в продуктах сгорания выше 20%, в ее продукты сгорания подают разбавляющий сжатый воздух и снижают до требуемой температуру газа перед газовой турбиной. There is a known method for producing hydrogen-containing gas from natural gas and superheated steam, which is carried out in three stages: in the first stage, superheated high-pressure steam is mixed with natural gas at 2.5-3 MPa, with a weight ratio of steam and natural gas of 7:1, the resulting steam methane the mixture is heated to a temperature of 500-550°C with the heat of the exhaust gases of a gas turbine, fed into an adiabatic catalytic reactor, steam catalytic conversion of methane in a nickel catalyst is performed, with the formation of a steam-methane-hydrogen mixture in the catalytic reactor containing up to 5% of hydrogen; at the second stage, this mixture and a swirling stream of compressed air are fed into the prechamber, natural fuel gas is supplied to the burner, the resulting “rich” fuel-air mixture is burned at an excess air ratio of 0.6-0.7, increasing the temperature of the combustion products to 1300-1350 °C and increasing the proportion of hydrogen to 15-20% due to high-temperature steam reforming of methane; at the third stage, a “lean” fuel-air mixture is burned in the afterburning chamber at an excess air ratio of 1.5-2.5 and the proportion of hydrogen in the combustion products is increased above 20%, diluting compressed air is supplied to its combustion products and the gas temperature is reduced to the required temperature in front of the gas turbine.
Устройство для реализации данного способа содержит камеру сгорания, адиабатический каталитический реактор, газопровод топливного газа, трубопровод парометановой смеси. Камера сгорания снабжена форкамерой и камерой дожигания, устройство управления, поворотные лопатки, полые завихривающие лопатки с отверстиями, регулирующий клапан. Поворотные лопатки и регулирующий клапан связаны импульсными линиями с устройством управления. Поворотные лопатки и полые завихривающие лопатки с отверстиями установлены перед форкамерой, в которой установлены горелка и импульсная свеча зажигания. Форкамера снабжена охлаждающей рубашкой, содержащей адиабатический каталитический реактор с никелевым катализатором. Форкамера и камера дожигания установлены соосно с воздушным зазором между ними. Вход камеры сгорания связан с компрессором, выход камеры сгорания соединен с газовой турбиной. Вход охлаждающей рубашки форкамеры соединен с трубопроводом парометановой смеси, а ее выход с входом в форкамеру. Газопровод топливного газа связан с горелкой через регулирующий клапан. (Патент RU 2740755 C1. Способ получения водородсодержащего газа из природного газа и перегретого пара и устройство для его осуществления. - МПК: С01В 3/02, С01В 3/32, С01В 3/38, B01J 7/00. - Опубл. 20.01.2021). The device for implementing this method contains a combustion chamber, an adiabatic catalytic reactor, a fuel gas pipeline, and a methane-steam mixture pipeline. The combustion chamber is equipped with a prechamber and an afterburning chamber, a control device, rotary blades, hollow swirl blades with holes, and a control valve. The rotary vanes and the control valve are connected by impulse lines to the control device. Rotary vanes and hollow swirl vanes with holes are installed in front of the prechamber, in which the burner and pulse spark plug are installed. The prechamber is equipped with a cooling jacket containing an adiabatic catalytic reactor with a nickel catalyst. The pre-chamber and afterburning chamber are installed coaxially with an air gap between them. The combustion chamber inlet is connected to the compressor, the combustion chamber outlet is connected to the gas turbine. The inlet of the prechamber cooling jacket is connected to the steam-methane mixture pipeline, and its outlet is connected to the inlet to the prechamber. The fuel gas pipeline is connected to the burner through a control valve. (Patent RU 2740755 C1. Method for producing hydrogen-containing gas from natural gas and superheated steam and a device for its implementation. - IPC: C01B 3/02, C01B 3/32, C01B 3/38, B01J 7/00 . - Publ. 20.01. 2021).
Недостатком известных технических решений является высокие затраты на получение водородсодержащего энергоносителя из природного газа и сложность конструкции устройства для его получения.The disadvantage of the known technical solutions is the high cost of producing a hydrogen-containing energy carrier from natural gas and the complexity of the design of the device for its production.
Основной задачей предлагаемого технического решения является получение более экологичного водородосодержащего газа, уменьшающее эмиссию углекислого газа при его сжигании, выбрасываемого в атмосферу, путём получения водорода из природного газа для обогащения им газового топлива, и упрощение конструкции аппаратного обеспечения технологии его получения.The main objective of the proposed technical solution is to obtain a more environmentally friendly hydrogen-containing gas, reducing the emission of carbon dioxide during its combustion, released into the atmosphere, by obtaining hydrogen from natural gas to enrich gas fuel with it, and simplifying the hardware design of the technology for its production.
Технический результат - повышение экологичности сжигания природного газа путём уменьшения концентрации диоксида углерода СО2 в дымовых газах котлов, промышленных печей, работающих на природном газе, и упрощение конструкции устройства обогащения природного газа водородом.The technical result is increasing the environmental friendliness of natural gas combustion by reducing the concentration of carbon dioxide CO 2 in the flue gases of boilers, industrial furnaces operating on natural gas, and simplifying the design of a device for enriching natural gas with hydrogen.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе обогащения природного газа водородом, включающий пиролиз природного газа с разделением на водородную и углеродную составляющие, закалку газов с утилизацией тепла, осаждение и удаление углеродной составляющей газа, а водородную составляющую смешивают с неразложившейся частью природного газа, согласно предложенному техническому решению,This technical result is achieved by the fact that in the known method of enriching natural gas with hydrogen, including pyrolysis of natural gas with separation into hydrogen and carbon components, hardening of gases with heat recovery, precipitation and removal of the carbon component of the gas, and the hydrogen component is mixed with the undecomposed part of natural gas, according to the proposed technical solution,
поступающий поток природного газа делят на две части в заданном соотношении, одну из которых подвергают пиролизу при температуре 1300…1500°С в течение 0,01…0,05 с. путём смешения её с продуктами сгорания природного газа с окислителем в стехиометрическом соотношении струйчатой подачей с температурой 1600°С в поток природного газа, нагреваемого конвективным теплообменом и излучением тепла от стенки продолговатой полости тигля, нагретой сжиганием природного газа с окислителем, вызывающей турбулентность течения газовой смеси, интенсифицирующая расщепление природного газа на водородную и углеродную составляющие, которые подают на коалесценцию углерода из углеродной составляющей с одновременной струйчатой подачей химически очищенной воды, создающие с периодической частотой пульсирующие завихрения газовой смеси, вызывающие акустические волны, интенсифицирующие процесс коалесценции углерода, затем осуществляют закалку газов впрыскиванием холодной воды с коагуляцией углерода в хлопьевидный осадок, который под воздействием гравитационных сил оседает в зоне сажеулавливания реактора, из которой удаляют тепло с нагретой водой, а смесь водородной составляющей с неразложившимся остатком природного газа образуют водородосодержащую смесь, которую дополнительно охлаждают путём смешения с другой частью природного газа, получая обогащённый водородом природный газ, который затем очищают от взвешенных примесей и направляют по назначению;the incoming natural gas flow is divided into two parts in a given ratio, one of which is subjected to pyrolysis at a temperature of 1300...1500°C for 0.01...0.05 s. by mixing it with the products of combustion of natural gas with an oxidizer in a stoichiometric ratio, streamwise supply with a temperature of 1600 ° C into a flow of natural gas, heated by convective heat exchange and heat radiation from the wall of the elongated cavity of the crucible, heated by the combustion of natural gas with an oxidizer, causing turbulence in the flow of the gas mixture, intensifying the splitting of natural gas into hydrogen and carbon components, which are fed to the coalescence of carbon from the carbon component with simultaneous stream supply of chemically purified water, creating pulsating turbulence of the gas mixture at a periodic frequency, causing acoustic waves that intensify the process of carbon coalescence, then quenching the gases by injecting cold water with coagulation of carbon into a flocculent sediment, which, under the influence of gravitational forces, settles in the soot collection zone of the reactor, from which heat is removed with heated water , and the mixture of the hydrogen component with the undecomposed remainder of natural gas forms a hydrogen-containing mixture, which is additionally cooled by mixing with another part of the natural gas, obtaining natural gas enriched with hydrogen, which is then purified from suspended impurities and sent to its destination;
в качестве окислителя используют оксид азота;Nitric oxide is used as an oxidizing agent;
хлопьевидный осадок углерода дополнительно гранулируют и направляют потребителю.The flocculent carbon sediment is further granulated and sent to the consumer.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной установке для осуществления способа обогащения природного газа водородом, содержащей адиабатический каталитический реактор пиролиза углеводородного сырья, на корпусе которого помещён сообщающийся с ним тигель, снабжённый крышкой с опущенным через неё концом керамической трубки для подачи части углеводородного сырья, согласно предложенному техническому решению, The specified technical result is achieved by the fact that in a known installation for implementing a method for enriching natural gas with hydrogen, containing an adiabatic catalytic reactor for the pyrolysis of hydrocarbon raw materials, on the body of which there is placed a crucible communicating with it, equipped with a lid with the end of a ceramic tube lowered through it to supply part of the hydrocarbon raw materials, according to the proposed technical solution,
полость адиабатического каталитического реактора, сообщающаяся с выходом из полости тигля, выполнена с диаметром, большим внутреннего диаметра полости тигля, корпус которого снабжён: форсункой струйчатой подачи химически очищенной воды в зону коалесценции углерода, форсункой впрыскивания холодной воды в закалочную зону газов с коагуляцией углерода в хлопьевидный осадок, патрубком отвода тепла с горячей водой из зоны сажеулавливания, и приёмник с жалюзи приёма и удаления хлопьевидного осадка, при этом через стенку корпуса реактора проведена коленообразная труба для отвода образовавшейся водородосодержащей смеси с неразложившимся остатком природного газа из зоны сажеулавливания в смеситель газа для охлаждения и смешения с остальной частью исходного природного газа, последовательно соединённым трубопроводами с циклоном и фильтром тонкой очистки газа от примесей;the cavity of the adiabatic catalytic reactor, communicating with the outlet from the crucible cavity, is made with a diameter larger than the internal diameter of the crucible cavity, the body of which is equipped with: a nozzle for flowing chemically purified water into the carbon coalescence zone, a nozzle for injecting cold water into the quenching zone of gases with coagulation of carbon into flocculent sludge, a pipe for removing heat with hot water from the soot collection zone, and a receiver with louvers for receiving and removing flocculent sediment, while an elbow-shaped pipe is installed through the wall of the reactor vessel to remove the resulting hydrogen-containing mixture with the undecomposed remainder of natural gas from the soot collection zone into the gas mixer for cooling and mixing with the rest of the original natural gas, connected in series by pipelines with a cyclone and a filter for fine gas purification from impurities;
тигель выполнен прямоточным из пористого огнеупорного материала, закреплённого термостойкой сеткой, расположенных между корпусом и со стенкой пиролизной полости тигля, с образованием между корпусом и термостойкой сеткой кольцевой полости для сжигания природного газа с окислителем с возможностью протекания пламени вдоль кольцевой полости и нагрева стенки пиролизной полости тигля, выполненной в виде продолговатого цилиндра с радиальными каналами для струйчатой подачи продуктов сгорания природного газа с окислителем в пиролизную полость путём перетекания из кольцевой полости через термостойкую сетку и поры огнеупорного материала;the crucible is made of direct-flow porous refractory material, fixed with a heat-resistant mesh, located between the body and the wall of the pyrolysis cavity of the crucible, with the formation of an annular cavity between the body and the heat-resistant mesh for burning natural gas with an oxidizer with the possibility of flame flowing along the annular cavity and heating the wall of the pyrolysis cavity of the crucible , made in the form of an oblong cylinder with radial channels for stream supply of combustion products of natural gas with an oxidizer into the pyrolysis cavity by flowing from the annular cavity through a heat-resistant mesh and pores of the refractory material;
в качестве пористого огнеупорного материала используется пенодинас или пеношамот.Penodinas or chamotte foam is used as a porous refractory material.
Заявляемый способ обогащения природного газа водородом и установка для его осуществления могут быть использованы в теплоэнергетике, использующей природный газ в качестве топлива, с меньшим выбросом диоксида углерода CO2 в окружающую среду, а также в химической и металлургической промышленности, в том числе при подготовке газа к сжижению в качестве моторного топлива для двигателей внутреннего сгорания. Следовательно, заявляемые технические решения соответствуют условию патентоспособности «промышленная применимость».The inventive method for enriching natural gas with hydrogen and the installation for its implementation can be used in thermal power engineering, using natural gas as fuel, with less emissions of carbon dioxide CO 2 into the environment, as well as in the chemical and metallurgical industries, including in the preparation of gas for liquefaction as a motor fuel for internal combustion engines. Consequently, the claimed technical solutions meet the patentability condition of “industrial applicability”.
На фиг. 1 показана схема установки для обогащения природного газа водородом. In fig. Figure 1 shows a diagram of a plant for enriching natural gas with hydrogen.
Сущность способа обогащения природного газа (ПГ) водородом заключается в переработке одной части природного газа в водородосодержащую смесь с последующим смешением её с другой частью природного газа. Для этого в продолговатую полость тигля вводят определённую часть ПГ и подвергают пиролизу при температуре 1300…1500 °С в течение 0,01…0,05 с., полученной от конвективного теплообмена излучением тепла от нагретой стенки полости тигля от сжигания ПГ с окислителем в полости, охватывающих тигель, и струйчатой подачей горячих продуктов сгорания ПГ с окислителем, например, оксида азота N2O, с температурой 1600°С в стехиометрическом соотношении, вызывающей турбулентность течения газовой смеси, интенсифицирующая расщепление природного газа на водородную и углеродную составляющие, которые поступают на коалесценцию углерода С с одновременной струйчатой подачей химически очищенной воды, создающей с периодической частотой пульсирующие завихрения газовой смеси, вызывающие акустические волны, интенсифицирующие процесс коалесценции углерода с понижением температуры до 800°С, с выделением тепла J, СН4 → С + 2Н2 - J. Затем выполняют закалку углерода С при температуре 500…600°С в течение 0,2…1,0 с. посредством впрыскивания холодной воды, вызывающий коагуляцию углерода С с переходом его в хлопьевидный осадок, который оседает под воздействием гравитационных сил и дополнительно гранулируют и направляют в производство, а тепло J удаляют с паром и нагретой водой с меньшей теплоотдачей. Образовавшую водородосодержащую смесь дополнительно охлаждают до температуры не выше 250°С путём смешивания с остальной частью исходного ПГ в заданном объёмном соотношении от 25 до 75 % смеси в ПГ, увеличивая в ПГ долю водорода Н, который затем очищают от взвешенных примесей и направляют по назначению. The essence of the method for enriching natural gas (NG) with hydrogen is to process one part of the natural gas into a hydrogen-containing mixture and then mix it with another part of the natural gas. To do this, a certain part of the GHG is introduced into the elongated cavity of the crucible and subjected to pyrolysis at a temperature of 1300...1500 °C for 0.01...0.05 s, obtained from convective heat exchange by radiation of heat from the heated wall of the crucible cavity from the combustion of GHG with an oxidizer in the cavity , covering the crucible, and a stream supply of hot combustion products of natural gas with an oxidizer, for example, nitrogen oxide N 2 O, with a temperature of 1600 ° C in a stoichiometric ratio, causing turbulence in the flow of the gas mixture, intensifying the splitting of natural gas into hydrogen and carbon components, which enter the coalescence of carbon C with a simultaneous stream supply of chemically purified water, creating pulsating turbulence of the gas mixture at a periodic frequency, causing acoustic waves that intensify the process of coalescence of carbon with a decrease in temperature to 800°C, with the release of heat J, CH4 → C + 2H2 - J. Then carbon C is quenched at a temperature of 500...600°C for 0.2...1.0 s. by injecting cold water, causing coagulation of carbon C with its transition into a flocculent sediment, which settles under the influence of gravitational forces and is further granulated and sent to production, and heat J is removed with steam and heated water with less heat transfer. The resulting hydrogen-containing mixture is additionally cooled to a temperature not higher than 250°C by mixing with the rest of the original PG in a given volume ratio from 25 to 75% of the mixture in the PG, increasing the proportion of hydrogen H in the PG, which is then purified from suspended impurities and sent to its intended purpose.
Установка для осуществления способа обогащения природного газа (ПГ) водородом содержит адиабатический каталитический реактор 1, на торце корпуса которого установлен сообщающийся с ним тигель 2, закрытый крышкой 3 с опущенным через неё концом керамической трубки 4 для подачи части ПГ в пиролизную полость 5 тигля 2. (Фиг. 1). Пиролизная полость 5 выполнена в виде продолговатого цилиндра с радиальными каналами 6 в стенке 7 для струйчатой подачи продуктов сгорания ПГ с окислителем в поток части ПГ, протекающий вдоль прямоточной пиролизной полости 5. Тигель 2 выполнен из пористого огнеупорного материала 8, например, пенодинаса или пеношамота с огнеупорностью 1680 - 1700°С, закреплённого термостойкой сеткой 9, расположенных между корпусом 10 и стенкой 7 пиролизной полости 5 тигля 2, с образованием между корпусом 10 и термостойкой сеткой 9 кольцевой полости 11 для сжигания ПГ с окислителем с возможностью протекания пламени вдоль кольцевой полости 11 и нагрева стенки 7 пиролизной полости 5 тигля 2, путём перетекания из кольцевой полости 11 через термостойкую сетку 9 и поры огнеупорного материала 8. Корпус 10 тигля 2 снабжён патрубком 12 для подачи ПГ с окислителем в кольцевую полость 11. Пиролизная полость 5 тигля 2 сообщается с полостью реактора 1, выполненным с диаметром, большим диаметра полости 5 тигля 2. Площадь поперечного сечения полости реактора 1 в 3 и более раза больше, чем площадь внутреннего сечения полости 5 тигля 2. В верхней части полости реактора 1 расположена зона 13 коалесценции углерода С из природного газа с форсункой 14 струйчатой подачи химически очищенной воды. Зона 13 коалесценции углерода сообщается с зоной 15 закалки газов пиролиза и коагуляции углерода С в хлопьевидный осадок, снабжённой форсункой 16 впрыскивания охлаждаемой воды, которая, в свою очередь, сообщается с зоной сажеулавливания 17, выполненную с патрубком 18 отвода тепла нагретой водой. В основании полости реактора 1 выполнен накопитель 19 с жалюзи 20 приёма и удаления хлопьевидного осадка углерода С на гранулирование для производства, например, резины. В стенке реактора 1 на уровне зоны сажеулавливания 17 установлена коленообразная труба 21 для отвода водородной составляющей части с неразложившимся остатком ПГ для охлаждения остальной частью потока ПГ в смесителе 22, соединённым трубопроводом 23 с циклоном 24, соединённым трубопроводом 25 с фильтром 26 тонкой очистки газа от примесей, последний соединён с трубопроводом 27 подачи обогащённого водородом ПГ потребителям. Циклон 24 снабжён шибером 28. The installation for implementing the method of enriching natural gas (NG) with hydrogen contains an adiabatic catalytic reactor 1, at the end of the housing of which there is a crucible 2 connected to it, closed with a lid 3 with the end of a ceramic tube 4 lowered through it to supply part of the NG into the pyrolysis cavity 5 of the crucible 2. (Fig. 1). The pyrolysis cavity 5 is made in the form of an elongated cylinder with radial channels 6 in the wall 7 for the stream supply of combustion products of PG with an oxidizer into the flow of part of the PG flowing along the direct-flow pyrolysis cavity 5. The crucible 2 is made of porous refractory material 8, for example, foam foam or chamotte foam with fire resistance 1680 - 1700 ° C, fixed with a heat-resistant mesh 9, located between the body 10 and the wall 7 of the pyrolysis cavity 5 of the crucible 2, with the formation between the body 10 and the heat-resistant mesh 9 of an annular cavity 11 for burning NG with an oxidizer with the possibility of flame flowing along the annular cavity 11 and heating the wall 7 of the pyrolysis cavity 5 of the crucible 2, by flowing from the annular cavity 11 through the heat-resistant mesh 9 and the pores of the refractory material 8. The body 10 of the crucible 2 is equipped with a pipe 12 for supplying PG with an oxidizer into the annular cavity 11. The pyrolysis cavity 5 of the crucible 2 communicates with cavity of the reactor 1, made with a diameter larger than the diameter of the cavity 5 of the crucible 2. The cross-sectional area of the cavity of the reactor 1 is 3 or more times greater than the internal cross-sectional area of the cavity 5 of the crucible 2. In the upper part of the cavity of the reactor 1 there is a zone 13 of coalescence of carbon C from natural gas with jet nozzle 14 supplying chemically purified water. The carbon coalescence zone 13 communicates with the pyrolysis gas hardening zone 15 and the coagulation of carbon C into a flocculent sediment, equipped with a cooled water injection nozzle 16, which, in turn, communicates with the soot collection zone 17, made with a pipe 18 for heat removal with heated water. At the base of the cavity of the reactor 1 there is a storage tank 19 with a shutter 20 for receiving and removing flocculent sediment of carbon C for granulation for the production of, for example, rubber. In the wall of the reactor 1 at the level of the soot collection zone 17, an elbow-shaped pipe 21 is installed to remove the hydrogen component with the undecomposed NG residue for cooling with the rest of the NG flow in the mixer 22, connected by a pipeline 23 to a cyclone 24, connected by a pipeline 25 to a filter 26 for fine gas purification from impurities , the latter is connected to pipeline 27 for supplying hydrogen-enriched NG to consumers. Cyclone 24 is equipped with gate 28.
Установка для осуществления способа обогащения природного газа водородом работает следующим образом.The installation for implementing the method of enriching natural gas with hydrogen operates as follows.
В кольцевую полость 11 тигля 2 по патрубку 13 подаётся природный газ (ПГ) с оксидом азота N2O, в качестве окислителя, в стехиометрическом соотношении, которую воспламеняют и пламя горения ПГ с окислителем продвигаясь вниз по кольцевой полости 11 продуктами сгорания ПГ и окислителя перетекают через термостойкую сетку 9, поры огнеупорного материала 8 и радиальные каналы 6 в стенке 7 струйчатым потоком перетекают в зону пиролиза природного газа в полости 5 тигля 2 с температурой до 1600°С. При этом по керамической трубке 4 через крышку 3 в полость 5 тигля 2 подают определённую часть потока ПГ, которая протекая через продолговатую полость 5 тигля 2 в течение 0,01…0,05 с. нагревается до температуры 1500°С за счет теплоты излучения, конвективного теплообмена и струйчатого потока горячих продуктов сгорания ПГ и окислителя с температурой 1600°С, вызывающей турбулентность течения газовой смеси, интенсифицирующая процесс пиролиза ПГ с расщеплением его на водородную и углеродную составляющие. Из полости 5 тигля 2 водородная и углеродная составляющие протекают в зону 13 в верхней части полости реактора 1 на коалесценцию углерода, в которую с помощью форсунки 14 одновременно подают химически очищенную воду, создающей с периодической частотой пульсирующие завихрения газовой смеси, вызывающие акустические волны, интенсифицирующие процесс коалесценции углерода с понижением температуры до 800 °С и выделением тепла J, СН4 → С + 2Н2 - J. Затем водородная и углеродная составляющие протекают в зону 15 на закалку углерода С при температуре 500…600°С в течение 0,2…1,0 с. с помощью впрыскивания холодной воды форсункой 16, вызывающий коагуляцию углерода С с меньшей теплоотдачей и переходом его в хлопьевидный осадок, который из зоны 17 сажеулавливания под воздействием гравитационных сил оседает в накопителе 19 и через жалюзи 20 периодически направляют на гранулирование для использования в химической и металлургической промышленности для производства, например, резины, а по патрубку 18 из реактора 1 удаляют тепло J с нагретой водой. Образовавшую водородосодержащую смесь из зоны 17 сажеулавливания по коленообразной трубе 21 отводят в смеситель 22 для охлаждения до температуры не выше 250°С путём смешивания с остальной частью исходного ПГ в заданном объёмном соотношении от 25 до 75 % смеси в ПГ, увеличивая в ПГ долю водорода Н. Из смесителя 22 обогащённый ПГ направляют по трубопроводу 23 в циклон 24 для понижения температуры газа до 30--40°С и удаления из обогащённого ПГ дисперсных частиц, которые удаляют из циклона 24 через шибер 28. Затем обогащённый водородом ПГ по трубопроводу 25 отводят в фильтр 26 для тонкой очистки газа от взвешенных примесей, из которого с температурой 20-30°С по трубопроводу 27 направляют по назначению в зависимости от содержания водорода Н в ПГ. Natural gas (NG) with nitrogen oxide N 2 O is supplied to the annular cavity 11 of the crucible 2 through the pipe 13, as an oxidizer, in a stoichiometric ratio, which is ignited and the combustion flame of the NG with the oxidizer, moving down the annular cavity 11, the combustion products of the NG and the oxidizer flow through the heat-resistant mesh 9, the pores of the refractory material 8 and the radial channels 6 in the wall 7 flow in a stream into the pyrolysis zone of natural gas in the cavity 5 of the crucible 2 with temperatures up to 1600°C. In this case, a certain part of the NG flow is supplied through the ceramic tube 4 through the cover 3 into the cavity 5 of the crucible 2, which flows through the elongated cavity 5 of the crucible 2 for 0.01...0.05 s. heated to a temperature of 1500°C due to the heat of radiation, convective heat exchange and the stream flow of hot combustion products of NG and oxidizer with a temperature of 1600°C, causing turbulence in the flow of the gas mixture, intensifying the process of pyrolysis of NG with its splitting into hydrogen and carbon components. From the cavity 5 of the crucible 2, the hydrogen and carbon components flow into zone 13 in the upper part of the cavity of the reactor 1 for carbon coalescence, into which chemically purified water is simultaneously supplied using a nozzle 14, which creates pulsating vortices of the gas mixture at a periodic frequency, causing acoustic waves that intensify the process coalescence of carbon with a decrease in temperature to 800 °C and release of heat J, CH4 → C + 2H2 - J. Then the hydrogen and carbon components flow into zone 15 for hardening of carbon C at a temperature of 500...600°C for 0.2...1. 0 s. by injecting cold water with a nozzle 16, causing coagulation of carbon C with less heat transfer and its transition into a flocculent sediment, which from the soot collection zone 17 under the influence of gravitational forces settles in the accumulator 19 and through the blinds 20 is periodically sent for granulation for use in the chemical and metallurgical industries for the production of, for example, rubber, and through pipe 18 heat J is removed from reactor 1 with heated water. The resulting hydrogen-containing mixture from the soot collection zone 17 through an elbow-shaped pipe 21 is taken to the mixer 22 for cooling to a temperature not exceeding 250°C by mixing with the rest of the original PG in a given volume ratio from 25 to 75% of the mixture in the PG, increasing the proportion of hydrogen H in the PG. From mixer 22, enriched NG is sent through pipeline 23 to cyclone 24 to lower the gas temperature to 30-40°C and remove dispersed particles from the enriched NG, which are removed from cyclone 24 through gate 28. Then, hydrogen-enriched NG is discharged through pipeline 25 to filter 26 for fine purification of gas from suspended impurities, from which at a temperature of 20-30 ° C through pipeline 27 it is sent to its destination depending on the hydrogen content H in the PG.
Предложенные способ обогащения природного газа водородом и установка для его осуществления эффективно используются в промышленности с целью уменьшения выброса диоксида углерода СО2 в атмосферу, а также для подготовки природного газа к сжижению в качестве бездымного моторного топлива.The proposed method for enriching natural gas with hydrogen and the installation for its implementation are effectively used in industry to reduce the emission of carbon dioxide CO 2 into the atmosphere, as well as to prepare natural gas for liquefaction as a smokeless motor fuel.
Claims (6)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2807901C1 true RU2807901C1 (en) | 2023-11-21 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2390493C1 (en) * | 2008-11-10 | 2010-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Device for producing carbon and hydrogen from hydrocarbon gas |
| WO2010127961A1 (en) * | 2009-05-07 | 2010-11-11 | Rolls-Royce Plc | System and method for producing heat and/or power |
| US9493721B2 (en) * | 2002-02-05 | 2016-11-15 | The Regents Of The University Of California | Method to produce methane rich fuel gas from carbonaceous feedstocks using a steam hydrogasification reactor and a water gas shift reactor |
| RU2674971C1 (en) * | 2017-12-07 | 2018-12-13 | Публичное акционерное общество "Газпром" | Device and method for obtaining hydrogen-containing gas |
| RU2755267C1 (en) * | 2020-04-28 | 2021-09-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Томск" (ООО "Газпром трансгаз Томск") | Apparatus for producing methane-hydrogen fuel from hydrocarbon gas |
| WO2022025487A1 (en) * | 2020-07-30 | 2022-02-03 | 부산대학교 산학협력단 | Method for producing hydrogen or hydrogen-rich syngas by using carbon material, and apparatus for producing same |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9493721B2 (en) * | 2002-02-05 | 2016-11-15 | The Regents Of The University Of California | Method to produce methane rich fuel gas from carbonaceous feedstocks using a steam hydrogasification reactor and a water gas shift reactor |
| RU2390493C1 (en) * | 2008-11-10 | 2010-05-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Device for producing carbon and hydrogen from hydrocarbon gas |
| WO2010127961A1 (en) * | 2009-05-07 | 2010-11-11 | Rolls-Royce Plc | System and method for producing heat and/or power |
| RU2674971C1 (en) * | 2017-12-07 | 2018-12-13 | Публичное акционерное общество "Газпром" | Device and method for obtaining hydrogen-containing gas |
| RU2755267C1 (en) * | 2020-04-28 | 2021-09-14 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Томск" (ООО "Газпром трансгаз Томск") | Apparatus for producing methane-hydrogen fuel from hydrocarbon gas |
| WO2022025487A1 (en) * | 2020-07-30 | 2022-02-03 | 부산대학교 산학협력단 | Method for producing hydrogen or hydrogen-rich syngas by using carbon material, and apparatus for producing same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2149312C1 (en) | Modification in burning and utilization of fuel gases | |
| AU2019396135B2 (en) | Method and reactor for producing one or more products | |
| KR920701627A (en) | Method of generating mechanical energy and apparatus thereof | |
| UA79216C2 (en) | Method for preparation of motor fuel from coal | |
| CA1137277A (en) | Process for producing furnace black | |
| RU2120913C1 (en) | Synthesis gas production process | |
| NO326777B1 (en) | Process for the preparation of solid carbonaceous materials and hydrogen-rich gases | |
| NO303061B1 (en) | Apparatus and method for producing synthesis gas, and use thereof | |
| RU2807901C1 (en) | Method for enriching natural gas with hydrogen and installation for its implementation | |
| WO2009154512A2 (en) | Synthesis gas production method and a device for carrying out said method | |
| RU185654U1 (en) | Installation for producing and burning synthesis gas | |
| CN100396758C (en) | Method and device for removing biomass pyrolytic gasifying tar oil | |
| CN211925787U (en) | Waste gas treatment system | |
| CN108097188B (en) | The gasification installation of plasma pyrolysis residual oil and exhaust gas | |
| RU181126U1 (en) | Vortex Gas Generator | |
| KR20210053536A (en) | Superheated steam generator | |
| RU2764686C1 (en) | Device for producing hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide and nitrogen | |
| RU2733605C1 (en) | Method of producing synthetic gas or hydrogen by partial oxidation of fuel in cyclic multi-retort reactor and reactor for implementation thereof | |
| RU2571149C1 (en) | Methane conversion reactor | |
| RU2757044C1 (en) | Thermal hydrogen generator | |
| RU2740755C1 (en) | Method of producing hydrogen-containing gas from natural gas and superheated steam and device for implementation thereof | |
| CN210885291U (en) | Coke hydrogen production system of thermal power plant | |
| CN106829859A (en) | A kind of new hydrogen production device and method | |
| WO2007060480A1 (en) | Fuel reforming apparatus | |
| US2924577A (en) | Production of controlled atmospheres and gas generator therefor |