СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК C01B3/38 C01B3/48 C01B3/58 B01J7/00 

Описание патента на изобретение RU2372277C1

Изобретения относятся к способам и устройствам получения водорода и других продуктов риформинга из газообразного углеводородного топлива и воды для работы топливных элементов.

Известно устройство для получения водорода (см. патент DE 10144285 А1 от 27.03.2003 г.), которое содержит корпус с реактором паровой конверсии углеводородного топлива, внутри которого и соосно ему установлена горелка, реактор паровой конверсии монооксида углерода, реактор селективного метанирования или реактор селективного метанирования и реактор селективного окисления монооксида углерода, парогенератор, штуцера подвода и отвода реагентов. В качестве катализатора в реакторе паровой конверсии монооксида углерода, реакторе селективного метанирования используется металлическая проволочная сетка, которая покрыта каталитическим слоем. Из сетки намотаны кольца, которые установлены соосно между собой и представляют ступени катализатора для проведения специфических реакций.

В вышеуказанном устройстве реализован способ получения водорода, заключающийся в том, что предварительно разогревают парогенератор, реактор паровой конверсии углеводородного топлива, реактор паровой конверсии монооксида углерода, реактор селективного метанирования или реактор селективного метанирования и реактор селективного окисления монооксида углерода продуктами сгорания углеводородного топлива, вырабатываемого в горелке. Парогазовую смесь получают в парогенераторе из смеси воды с углеводородным топливом путем подвода тепла от продуктов сгорания углеводородного топлива при предварительном нагреве, после чего в реактор паровой конверсии углеводородного топлива подают парогазовую смесь для осуществления паровой конверсии углеводородного топлива с образованием водородсодержащего газа. В реакторе паровой конверсии монооксида углерода осуществляют в одну стадию паровую конверсию монооксида углерода, а тонкую очистку водородсодержащего газа от монооксида углерода осуществляют путем селективного метанирования в реакторе метанирования или в реакторе селективного метанирования и реакторе селективного окисления монооксида углерода. В вышеуказанном способе реакторы устанавливают таким образом, что поток риформата внутри каждого реактора направлен в основном радиально с температурным профилем, понижающимся наружу.

Вышеуказанный способ и устройство являются наиболее близкими к заявляемому способу и устройству по технической сущности и поэтому взяты в качестве прототипов.

Недостатком вышеуказанного способа и устройства является сложность одновременной реализации нескольких каталитических процессов с заданным для каждого температурным понижающимся наружу профилем, постоянным по высоте.

Решаемой технической задачей является создание способа и устройства получения водорода, используемых для работы топливных элементов с содержанием монооксида углерода не более 10 ppm на гранулированных катализаторах, серийно выпускаемых промышленностью.

Техническим результатом изобретений является повышение эффективности использования природного газа.

Для достижения указанного технического результата в заявляемом способе получения водорода, заключающемся в том, что предварительно разогревают парогенератор, реактор паровой конверсии углеводородного топлива, реактор паровой конверсии монооксида углерода, реактор метанирования или реактор метанирования и реактор селективного окисления монооксида углерода продуктами сгорания углеводородного топлива, вырабатываемого в горелке, парогазовую смесь получают в парогенераторе из смеси воды с углеводородным топливом путем подвода тепла от продуктов сгорания углеводородного топлива при предварительном нагреве, после чего в реактор паровой конверсии углеводородного топлива подают парогазовую смесь для осуществления паровой конверсии углеводородного топлива с образованием водородсодержащего газа, в реакторе паровой конверсии монооксида углерода осуществляют в одну стадию паровую конверсию монооксида углерода, а тонкую очистку водородсодержащего газа от монооксида углерода осуществляют путем селективного метанирования в реакторе метанирования или в реакторе селективного метанирования и реакторе селективного окисления монооксида углерода, при этом реакторы устанавливают таким образом, что поток риформата внутри каждого реактора направлен в основном радиально с температурным профилем, понижающимся наружу, новым является то, что в рабочем режиме парогазовую смесь получают из воды и углеводородного топлива за счет высокотемпературного тепла отходящих продуктов паровой конверсии и продуктов сгорания углеводородного топлива от парового риформера, регулирование температурных режимов паровой конверсии углеводородного топлива и паровой конверсии монооксида углерода производят горелкой за счет изменения расхода углеводородного топлива и коэффициента избытка воздуха, регулирование температурных режимов при тонкой очистке водородсодержащего газа от монооксида углерода осуществляют за счет использования в качестве теплоносителя воздуха, поступающего в дальнейшем на горелку.

Новая совокупность существенных признаков позволяет получить способ получения водорода с содержанием монооксида углерода не более 10 ppm за счет перераспределения тепловых потоков при проведении паровой конверсии природного газа при парогенерации, при паровой конверсии монооксида углерода, при тонкой очистке водородсодержащего газа от монооксида углерода путем селективного метанирования или селективного метанирования и селективного окисления, при нагревании воздуха, подаваемого на полное окисление углеводородного топлива.

Для достижения указанного технического результата в заявляемом устройстве получения водорода, содержащем корпус с реактором паровой конверсии углеводородного топлива, внутри которого и соосно ему установлена горелка, реактор паровой конверсии монооксида углерода, реактор селективного метанирования или реактор селективного метанирования и реактор селективного окисления монооксида углерода, парогенератор, штуцера подвода и отвода реагентов, новым является то, что в верхней части корпуса дополнительно установлен распределитель потоков с каналами для прохода риформата и продуктов сгорания углеводородного топлива и введены два блока теплоизоляции, установленные соосно реактору паровой конверсии углеводородного топлива и парогенератору с образованием кольцевых каналов между ними для подвода тепла к риформату, при этом блоки теплоизоляции установлены по обе стороны парогенератора, который выполнен в виде шнека и установлен соосно реактору паровой конверсии углеводородного топлива, к которому он примыкает через один из блоков теплоизоляции, между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью блока теплоизоляции, примыкающей к парогенератору, установлен теплообменник, выполненный в виде двух коаксиальных труб, разделенных между собой, по крайней мере, одной продольной перегородкой, установленной с зазором относительно нижнего торца труб, нижние и верхние торцы труб объединены кольцевыми пластинами, в кольцевом пространстве между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью теплообменника установлены последовательно реактор паровой конверсии монооксида углерода, реактор селективного метанирования или реактор селективного метанирования и реактор селективного окисления монооксида углерода, каждый из которых выполнен в виде труб с засыпанными в них соответствующими катализаторами, при этом трубы расположены равномерно по окружности кольцевого пространства и установлены в отверстиях, выполненных в кольцевых пластинах, установленных поперечно оси корпуса и с зазором между собой, в каждой кольцевой пластине равномерно по окружности выполнены выемки, ось каждого отверстия и каждой выемки соответственно совпадает с осями отверстий и выемок других кольцевых пластин, при этом в кольцевых пластинах выемки выполнены поочередно с наружной или внутренней цилиндрических поверхностей, реактор паровой конверсии монооксида углерода, реактор селективного метанирования или реактор селективного метанирования и реактор селективного окисления монооксида углерода объединены по высоте, при этом катализаторы ректоров паровой конверсии монооксида углерода, селективного метанирования или селективного метанирования и селективного окисления монооксида углерода разделены между собой инертной засыпкой или разделяющей сеткой, реактор паровой конверсии углеводородного топлива соединен с парогенератором, в нижней части кольцевого зазора между наружной поверхностью парогенератора и внутренней поверхностью блока теплоизоляции установлен коллектор для сбора риформата, выходящего из реактора паровой конверсии углеводородного топлива, соединенный с каждой трубой реактора паровой конверсии монооксида углерода.

Техническая сущность заявляемых способа и устройства заключается в том, что при проведении паровой конверсии углеводородного топлива в рабочем режиме парогазовую смесь получают из воды и углеводородного топлива за счет высокотемпературного тепла отходящих продуктов паровой конверсии и продуктов сгорания углеводородного топлива от парового риформера, для чего парогенератор устанавливают непосредственно после реактора паровой конверсии углеводородного топлива.

Это позволяет снизить температуру риформата и продуктов сгорания углеводородного топлива до температур, необходимых для очистки водородсодержащей смеси от монооксида углерода, одновременно регулирование температурных режимов паровой конверсии углеводородного топлива и паровой конверсии монооксида углерода производят горелкой за счет изменения расхода углеводородного топлива и коэффициента избытка воздуха, регулирование температурных режимов при тонкой очистке водородсодержащего газа от монооксида углерода осуществляют за счет использования в качестве теплоносителя воздуха, поступающего в дальнейшем на горелку, обеспечивая получение водорода, используемого для работы топливных элементов с содержанием монооксида углерода не более 10 ppm.

На фиг.1 представлено устройство для осуществления способа получения водорода, на фиг.2 представлена схема движения газовых потоков при осуществлении способа, на фиг.3 представлены элементы теплообменника, на фиг.4 представлена конструкция кольцевых пластин 13.

Устройство содержит корпус 1, реактор паровой конверсии углеводородного топлива 2, внутри которого установлена горелка 3, реактор паровой конверсии монооксида углерода 4, реактор селективного метанирования 5 или реактор селективного метанирования 5 и реактор селективного окисления монооксида углерода 6, парогенератор 7, распределитель потоков 8 с каналами для прохода риформата и продуктов сгорания углеводородного топлива, два блока теплоизоляции 9 и 10, установленные соосно реактору паровой конверсии углеводородного топлива 2 и парогенератору 7 с образованием кольцевых каналов между ними для подвода тепла к риформату, при этом блоки теплоизоляции 9 и 10 установлены по обе стороны парогенератора 7, который выполнен в виде шнека и установлен соосно реактору паровой конверсии углеводородного топлива 2, к которому он примыкает через блок теплоизоляции 9, между внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью блока теплоизоляции 10, примыкающей к парогенератору 7, установлен теплообменник 11, выполненный в виде двух коаксиальных труб 23 и 24, разделенных между собой, по крайней мере, одной продольной перегородкой 25, установленной с зазором относительно нижнего торца труб, нижние и верхние торцы труб объединены кольцевыми пластинами 26 (см. фиг.3), в кольцевом пространстве между внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью теплообменника 11 установлены последовательно реактор паровой конверсии монооксида углерода 4, реактор селективного метанирования 5 или реактор селективного метанирования 5 и реактор селективного окисления монооксида углерода 6, каждый из которых выполнен в виде труб 12 с засыпанными в них соответствующими катализаторами. При этом трубы 12 расположены равномерно по окружности кольцевого пространства и установлены в отверстиях, выполненных в кольцевых пластинах 13 (см. фиг.4), установленных поперечно оси корпуса 1 и с зазором между собой. В каждой кольцевой пластине 13 равномерно по окружности выполнены выемки 27 и 28, ось каждого отверстия и каждой выемки соответственно совпадает с осями отверстий и выемок других кольцевых пластин 13, при этом в кольцевых пластинах 13 выемки 27 и 28 выполнены поочередно с наружной или внутренней цилиндрических поверхностей (см. фиг.4), реактор паровой конверсии монооксида углерода 4, реактор селективного метанирования 5 или реактор селективного метанирования 5 и реактор селективного окисления монооксида углерода 6 могут быть объединены по высоте, при этом катализаторы реакторов паровой конверсии монооксида углерода, селективного метанирования или селективного метанирования и селективного окисления монооксида углерода разделены между собой инертной засыпкой и разделяющими сетками 14 (или одними сетками), реактор паровой конверсии углеводородного топлива соединен с парогенератором 7 трубками 15, в нижней части кольцевого зазора между наружной поверхностью парогенератора и внутренней поверхностью блока теплоизоляции установлен коллектор 16 для сбора риформата, выходящего из реактора паровой конверсии углеводородного топлива, соединенный трубками 17 с каждой трубой 12 реактора паровой конверсии монооксида углерода 4, датчик контроля пламени 18, смеситель воды и природного газа 19, штуцера подвода и отвода реагентов 20, теплоизоляция 21, свеча зажигания 22, термопары контроля температур элементов конструкции устройства (не показаны).

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Углеводородное топливо и воздух подают в горелку 3, при этом воспламенение топливовоздушной смеси обеспечивают с помощью свечи зажигания 22 при коэффициенте избытка воздуха по отношению к стехиометрическому, равном α=1.05÷1.2. Продуктами сгорания углеводородного топлива горелки 3 разогревают реактор паровой конверсии 2 до температуры катализатора паровой конверсии природного газа, равной ~550÷650°С, при этом одновременно разогреваются парогенератор 7, реактор паровой конверсии монооксида углерода 4, реактор селективного метанирования 5 или реактор селективного метанирования 5 и реактор селективного окисления моноксида углерода 6 до рабочих температур. Регулирование температур разогрева реакторов обеспечивается горелкой 3 за счет изменения расхода углеводородного топлива и коэффициента избытка воздуха. Дополнительно регулирование температурных режимов реакторов 4, 5 и 6 осуществляют охлаждением продуктов сгорания углеводородного топлива с помощью теплообменника 11 нагрева воздуха. В качестве теплоносителя используется часть воздуха, поступающего в дальнейшем в горелку 3. При достижении в реакторах рабочих температур на катализатор реактора паровой конверсии 2 подают парогазовую смесь, которую получают в парогенераторе 7. Из смесителя воды и природного газа 19 подаются в парогенератор 7 вода и природный газ. Парогенератор 7 в верхней части, где происходит нагрев и испарение воды, выполнен в виде однозаходного шнека, а далее, где происходит перегрев парогазовой смеси, выполнен в виде многозаходного шнека. Такое решение используется с целью повышения эффективности перегрева парогазовой смеси и снижения гидравлических потерь в парогенераторе 7. Нагрев и испарение воды в смеси с природным газом, а далее перегрев парогазовой смеси в парогенераторе 7 обеспечивается: теплом отходящего потока продуктов сгорания углеводородного топлива с внутренней цилиндрической стенки парогенератора; теплом отходящего потока продуктов паровой конверсии природного газа - с внешней стороны стенки парогенератора 7. На входе в парогенератор 7 вода и природный газ имеют температуру окружающей среды, на выходе из парогенератора температура парогазовой смеси имеет температуру примерно 400÷600°С, при которой происходит конверсия природного газа.

Чтобы этого достичь, продукты сгорания углеводородного топлива, отходящие от реактора паровой конверсии природного газа 2, подают противотоком вдоль внутренней цилиндрической поверхности парогенератора 7, обеспечивая таким образом необходимую температуру парогазовой смеси на выходе из парогенератора. Направление движения продуктов паровой конверсии природного газа совпадает с направлением движения потока воды и природного газа в парогенераторе вдоль наружной цилиндрической поверхности парогенератора 7. Таким образом снижается температура продуктов паровой конверсии природного газа до рабочей температуры реактора паровой конверсии монооксида углерода 4 (200÷400°С). Для стабилизации рабочих температур реактора паровой конверсии природного газа 2 и парогенератора 7 используется блок теплоизоляции 9, устанавливаемый в виде кольцевого слоя между реактором паровой конверсии природного газа 2 и парогенератора 7, и разнообразные интенсификаторы теплопередачи. Охлажденный поток продуктов паровой конверсии природного газа подается в реактор паровой конверсии монооксида углерода 4, который представляет собой кольцевой трубчатый теплообменник, внутрь труб которого засыпан катализатор паровой конверсии монооксида углерода. В кольцевом пространстве теплообменника установлены кольца 13, обеспечивающие продольно-поперечное обтекание труб с катализатором продуктами сгорания углеводородного топлива. Количество колец и расстояние между ними определяется из условия поддержания необходимого теплоотвода по высоте реактора паровой конверсии монооксида углерода 4. Конструкция колец обеспечивает продольно-поперечное движение продуктов сгорания углеводородного топлива, прошедших через парогенератор 7 и которые используются в качестве теплоносителя в реакторе паровой конверсии монооксида углерода 4 (см. фиг.2).

Для тонкой очистки водородсодержащего газа от монооксида углерода до остаточного содержания монооксида углерода не более 10 ppm используется реактор селективного метанирования 5 или реактор селективного метанирования и реактор селективного окисления 6, катализаторы которых засыпаны последовательно в продолжение труб за катализатором паровой конверсии монооксида углерода. Внутренняя стенка реактора селективного метанирования 5 сопряжена с теплообменником нагрева воздуха 11, подаваемого на горелку 3, который охлаждает продукты сгорания углеводородного топлива для обеспечения рабочих температур катализатора селективного метанирования. Необходимая температура продуктов сгорания углеводородного топлива устанавливается дозированным расходом воздуха.

Конструктивно реактор селективного метанирования 5 и реактор селективного окисления 6 могут быть выполнены либо продолжением реактора паровой конверсии монооксида углерода 4, либо совместно с теплообменником 11 могут быть выполнены в виде отдельного блока.

Заявляемый способ реализуется следующим образом.

Углеводородное топливо и воздух подают в горелку 3, при этом воспламенение топливовоздушной смеси обеспечивают с помощью свечи зажигания 22 при коэффициенте избытка воздуха по отношению к стехиометрическому, равном α=1.05÷1.2. Продуктами сгорания углеводородного топлива горелки 3 разогревают реактор паровой конверсии 2 до температуры катализатора паровой конверсии природного газа, равной ~550÷650°С, при этом одновременно разогреваются парогенератор 7, реактор паровой конверсии монооксида углерода 4, реактор селективного метанирования 5 или реактор селективного метанирования 5 и реактор селективного окисления монооксида углерода 6 до рабочих температур. Регулирование температур разогрева реакторов обеспечивается горелкой 3 за счет изменения расхода углеводородного топлива и коэффициента избытка воздуха. Дополнительно регулирование температурных режимов реакторов 4, 5 и 6 осуществляют охлаждением продуктов сгорания углеводородного топлива с помощью теплообменника нагрева воздуха 11. В качестве теплоносителя используется часть воздуха, поступающего в дальнейшем в горелку 3. При достижении в реакторах рабочих температур на катализатор реактора паровой конверсии 2 подают парогазовую смесь, которую получают в парогенераторе 7. Из смесителя воды и природного газа 19 подаются в парогенератор 7 вода и природный газ. Нагрев и испарение воды в смеси с природным газом, а далее перегрев парогазовой смеси в парогенераторе 7 обеспечиваются: теплом отходящего потока продуктов сгорания углеводородного топлива с внутренней цилиндрической стенки парогенератора; теплом отходящего потока продуктов паровой конверсии природного газа - с внешней стороны стенки парогенератора 7. На входе в парогенератор 7 вода и природный газ имеют температуру окружающей среды, на выходе из парогенератора температура парогазовой смеси имеет температуру примерно 400÷600°С, при которой происходит конверсия природного газа. Чтобы этого достичь, продукты сгорания углеводородного топлива, отходящие от реактора паровой конверсии природного газа 2, подают противотоком вдоль внутренней цилиндрической поверхности парогенератора 7, обеспечивая этим необходимую температуру парогазовой смеси на выходе из парогенератора. Направление движения продуктов паровой конверсии природного газа совпадает с направлением движения потока воды и природного газа в парогенераторе вдоль наружной цилиндрической поверхности парогенератора 7. Таким образом, снижается температура продуктов паровой конверсии природного газа до рабочей температуры реактора паровой конверсии монооксида углерода 4 (200÷400°С). Охлажденный поток продуктов паровой конверсии природного газа подается в реактор паровой конверсии монооксида углерода 4. В кольцевом пространстве теплообменника установлены кольца 13, обеспечивающие обтекание труб с катализатором продуктами сгорания углеводородного топлива. Количество колец и расстояние между ними определяется из условия поддержания необходимого теплоотвода по высоте реактора паровой конверсии монооксида углерода 4.

Для тонкой очистки водородсодержащего газа от монооксида углерода до остаточного содержания монооксида углерода не более 10 ppm используется реактор селективного метанирования 5 или реактор селективного метанирования и реактор селективного окисления 6, катализаторы которых засыпаны последовательно в продолжение труб за катализатором паровой конверсии монооксида углерода. Необходимая температура продуктов сгорания углеводородного топлива устанавливается дозированным расходом воздуха.

Предлагаемый способ получения водорода и устройство позволяют получить водородсодержащий газ с содержанием монооксида углерода не более 10 ppm на гранулированных катализаторах, серийно выпускаемых промышленностью, который может быть использован в качестве топлива для энергоустановок на топливных элементах.

Похожие патенты RU2372277C1

название год авторы номер документа
ЭНЕРГОУСТАНОВКА НА ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ 2007
  • Бризицкий Олег Федорович
  • Зюнева Алевтина Вячеславовна
  • Кожухарь Николай Георгиевич
  • Хробостов Лев Николаевич
RU2353023C1
Способ получения водорода из углеводородного сырья 2016
  • Загашвили Юрий Владимирович
  • Ефремов Василий Николаевич
  • Кузьмин Алексей Михайлович
  • Левихин Артем Алексеевич
  • Голосман Евгений Зиновьевич
RU2643542C1
Устройство для получения водорода, монооксида углерода, диоксида углерода и азота 2021
  • Надеев Валентин Федорович
RU2764686C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАНОЛА И АММИАКА 2018
  • Ингам, Алан
  • Джанардханан, Мадханакришнан
  • Пэч, Джон Дэвид
  • Иу, Кар Чи
RU2782258C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА ИЗ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ 2013
  • Филимонов Юрий Николаевич
  • Загашвили Юрий Владимирович
  • Савченко Григорий Борисович
  • Левихин Артем Алексеевич
RU2561077C2
ЭНЕРГОУСТАНОВКА НА ОСНОВЕ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 2013
  • Маркелов Виталий Анатольевич
  • Титов Анатолий Иванович
  • Маслов Алексей Станиславович
  • Сярг Борис Альфетович
  • Лялин Дмитрий Александрович
  • Руделев Дмитрий Сергеевич
  • Филатов Николай Иванович
RU2526851C1
Способ производства водорода 2022
RU2791358C1
Способ получения водородсодержащего газа для производства метанола и устройство для его осуществления 2016
  • Загашвили Юрий Владимирович
  • Ефремов Василий Николаевич
  • Кузьмин Алексей Михайлович
  • Анискевич Юлия Владимировна
  • Ефремов Владислав Васильевич
  • Ефремов Роман Николаевич
  • Левихин Артем Алексеевич
  • Левтринская Наталья Анатольевна
RU2632846C1
СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2010
  • Савицкий Анатолий Иванович
  • Петров Петр Петрович
  • Савенков Анатолий Митрофанович
  • Лапушкин Николай Александрович
RU2488013C2
СПОСОБ КОНВЕРСИИ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА И КОНВЕРТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2012
  • Трощиненко Георгий Андреевич
  • Малков Юрий Павлович
  • Степанов Сергей Георгиевич
  • Вильнит Игорь Владимирович
  • Арсентьев Александр Сергеевич
  • Янкевич Александр Иванович
RU2515326C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 372 277 C1

Реферат патента 2009 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретения относятся к области химии и могут быть использованы для получения водорода и метана. Устройство содержит корпус 1, реактор паровой конверсии углеводородного топлива 2, внутри которого установлена горелка 3, реактор паровой конверсии монооксида углерода 4, реактор селективного метанирования 5 или реактор селективного метанирования 5 и реактор селективного окисления монооксида углерода 6, парогенератор 7, распределитель потоков 8 с каналами для прохода риформата и продуктов сгорания углеводородного топлива, два блока теплоизоляции 9 и 10, установленные соосно реактору паровой конверсии углеводородного топлива 2 и парогенератору 7 с образованием кольцевых каналов между ними для подвода тепла к риформату. Блоки теплоизоляции 9 и 10 установлены по обе стороны парогенератора 7, который выполнен в виде шнека и установлен соосно реактору паровой конверсии углеводородного топлива 2. Между внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью блока теплоизоляции 10, примыкающей к парогенератору 7, установлен теплообменник 11, выполненный в виде двух коаксиальных труб 23 и 24, разделенных между собой, по крайней мере, одной продольной перегородкой 25, установленной с зазором относительно нижнего торца труб. Реактор паровой конверсии монооксида углерода, реактор селективного метанирования 5 или реактор селективного метанирования и реактор селективного окисления монооксида углерода 6 объединены по высоте, а катализаторы этих реакторов разделены между собой инертной засыпкой или разделяющими сетками 14. Реактор паровой конверсии углеводородного топлива соединен с парогенератором 7 трубками 15. В нижней части кольцевого зазора между наружной поверхностью парогенератора и внутренней поверхностью блока теплоизоляции установлен коллектор 16 для сбора риформата, выходящего из реактора паровой конверсии углеводородного топлива, соединенный трубками 17 с каждой трубой 12 реактора паровой конверсии монооксида углерода 4. Устройство также содержит датчик контроля пламени 18, смеситель воды и природного газа 19, штуцеры подвода и отвода реагентов 20, теплоизоляцию 21, свечу зажигания 22, термопары контроля температур элементов конструкции устройства. Регулирование температурных режимов паровой конверсии углеводородного топлива и паровой конверсии монооксида углерода производят горелкой за счет изменения расхода углеводородного топлива и коэффициента избытка воздуха, регулирование температурных режимов при тонкой очистке водородсодержащего газа от монооксида углерода осуществляют за счет использования в качестве теплоносителя воздуха, поступающего в дальнейшем на горелку. Изобретения позволяют повысить эффективность процесса. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Формула изобретения RU 2 372 277 C1

1. Способ получения водорода, заключающийся в том, что предварительно разогревают парогенератор, реактор паровой конверсии углеводородного топлива, реактор паровой конверсии монооксида углерода, реактор метанирования или реактор метанирования и реактор селективного окисления монооксида углерода продуктами сгорания углеводородного топлива, вырабатываемого в горелке, парогазовую смесь получают в парогенераторе из смеси воды с углеводородным топливом путем подвода тепла от продуктов сгорания углеводородного топлива при предварительном нагреве, после чего в реактор паровой конверсии углеводородного топлива подают парогазовую смесь для осуществления паровой конверсии углеводородного топлива с образованием водородсодержащего газа, в реакторе паровой конверсии монооксида углерода осуществляют в одну стадию паровую конверсию монооксида углерода, а тонкую очистку водородсодержащего газа от монооксида углерода осуществляют путем селективного метанирования в реакторе метанирования или в реакторе селективного метанирования и реакторе селективного окисления монооксида углерода, при этом реакторы устанавливают таким образом, что поток риформата внутри каждого реактора направлен в основном радиально с температурным профилем, понижающимся наружу, отличающийся тем, что в рабочем режиме парогазовую смесь получают из воды и углеводородного топлива за счет высокотемпературного тепла отходящих продуктов паровой конверсии и продуктов сгорания углеводородного топлива от парового риформера, регулирование температурных режимов паровой конверсии углеводородного топлива и паровой конверсии монооксида углерода производят горелкой за счет изменения расхода углеводородного топлива и коэффициента избытка воздуха, регулирование температурных режимов при тонкой очистке водородсодержащего газа от монооксида углерода осуществляют за счет использования в качестве теплоносителя воздуха, поступающего в дальнейшем на горелку.

2. Устройство для получения водорода, содержащее корпус с реактором паровой конверсии углеводородного топлива, внутри которого и соосно ему установлена горелка, реактор паровой конверсии монооксида углерода, реактор селективного метанирования или реактор селективного метанирования и реактор селективного окисления монооксида углерода, парогенератор, штуцеры подвода и отвода реагентов, отличающееся тем, что в верхней части корпуса дополнительно установлен распределитель потоков с каналами для прохода риформата и продуктов сгорания углеводородного топлива и введены два блока теплоизоляции, установленные соосно реактору паровой конверсии углеводородного топлива и парогенератору с образованием кольцевых каналов между ними для подвода тепла к риформату, при этом блоки теплоизоляции установлены по обе стороны парогенератора, который выполнен в виде шнека и установлен соосно реактору паровой конверсии углеводородного топлива, к которому он примыкает через один из блоков теплоизоляции, между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью блока теплоизоляции, примыкающей к парогенератору, установлен теплообменник, выполненный в виде двух коаксиальных труб, разделенных между собой, по крайней мере, одной продольной перегородкой, установленной с зазором относительно нижнего торца труб, нижние и верхние торцы труб объединены кольцевыми пластинами, в кольцевом пространстве между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью теплообменника установлены последовательно реактор паровой конверсии монооксида углерода, реактор селективного метанирования или реактор селективного метанирования и реактор селективного окисления монооксида углерода, каждый из которых выполнен в виде труб с засыпанными в них соответствующими катализаторами, при этом трубы расположены равномерно по окружности кольцевого пространства и установлены в отверстиях, выполненных в кольцевых пластинах, установленных поперечно оси корпуса и с зазором между собой, в каждой кольцевой пластине равномерно по окружности выполнены выемки, ось каждого отверстия и каждой выемки соответственно совпадает с осями отверстий и выемок других кольцевых пластин, при этом в кольцевых пластинах выемки выполнены поочередно с наружной или внутренней цилиндрических поверхностей, реактор паровой конверсии монооксида углерода, реактор селективного метанирования или реактор селективного метанирования и реактор селективного окисления монооксида углерода объединены по высоте, при этом катализаторы реакторов паровой конверсии монооксида углерода, селективного метанирования или селективного метанирования и селективного окисления монооксида углерода разделены между собой инертной засыпкой или разделяющей сеткой, реактор паровой конверсии углеводородного топлива соединен с парогенератором, в нижней части кольцевого зазора между наружной поверхностью парогенератора и внутренней поверхностью блока теплоизоляции установлен коллектор для сбора риформата, выходящего из реактора паровой конверсии углеводородного топлива, соединенный с каждой трубой реактора паровой конверсии монооксида углерода.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2372277C1

DE 10144285 A1, 27.03.2003
Способ получения водородсодержащего газа 1979
  • Фридланд Михаил Иосифович
  • Пендраковский Владимир Трофимович
  • Алексеев Аркадий Мефодьевич
SU880971A1
СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ В МНОГОФАЗНОЙ СИСТЕМЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1996
  • Семиколенов В.А.
RU2105602C1
RU 2053957 C1, 10.02.1996
Гидростойка шахтной механизированной крепи 1989
  • Полей Леонид Семенович
  • Руденко Александр Александрович
  • Швыряев Сергей Иванович
SU1645540A1
JP 2004196614 A, 15.07.2004
Газоочистка доменного газа 1978
  • Боголюбов Анатолий Васильевич
  • Казанский Виталий Вениаминович
  • Фролов Борис Николаевич
  • Ларин Юрий Кузьмич
  • Каненко Галина Матвеевна
  • Велецкий Руслан Константинович
  • Сиротин Олег Николаевич
  • Мохорт Константин Силиверстович
  • Жданов Николай Андреевич
SU722948A1

RU 2 372 277 C1

Авторы

Бризицкий Олег Федорович

Зюнева Алевтина Вячеславовна

Лукьянчук Татьяна Витальевна

Терентьев Валерий Яковлевич

Халявин Виталий Александрович

Христолюбов Александр Павлович

Хробостов Лев Николаевич

Даты

2009-11-10Публикация

2008-06-10Подача