Способ получения водородосодержащего газообразного топлива и установка для его реализации Российский патент 2024 года по МПК C01B3/32 C01B3/02 C01B3/34 F23K5/04 F23K5/20 

Изобретение относится к теплоэнергетической промышленности, частично использующей альтернативные источники топлива, а также к энергосберегающим технологиям, а именно к способам и устройствам получения водородосодержащего газообразного топлива, преобразуя воду H₂O в водородсодержащий газ в сочетании среды катализатора из ряда C_nH_2n+2 (дизельное топливо, мазут) в непрерывной тепловой огневой среде.

Известен способ получения и использования водородсодержащего газообразного топлива, реализующий зависимость Н₂О+C_nH_2n+2=Н₂+СО₂ в высокотемпературном многостадийном режиме и включающий в себя подачу компонентов в виде воды и углеводородного компонента, предварительно загруженных в герметичные емкости, посредством нагнетания при раздельном вводе компонентов, подачу воды осуществляют в одну ступень корпуса, имеющего ступени для нагрева, и последующий нагрев воды в ней до образования перегретого пара, подачу углеводородного компонента в смесительное устройство, подачу перегретого пара из одной ступени корпуса в смесительное устройство для перемешивания с углеводородным компонентом, получая пароуглеводородную смесь, которую направляют в другую ступень корпуса для последующего нагрева пароуглеводородной смеси, последующий нагрев пароуглеводородной смеси и получение из нагретой пароуглеводородной смеси водородсодержащего газообразного топлива, которое направляют в распылители горелочного устройства для его сжигания и создания рабочего факела на выходе из огневой камеры через элемент сужающего устройства, направляя тепловую мощность на внешнее потребление (патент РФ №2701821, С01В 3/32, опубл. 01.10.2019 г.).

Основным недостатком вышеуказанного способа является то, что способ не предусматривает осуществлять регулирование мощности системы по отношению к заданным ее техническим параметрам при выходе на рабочий режим.

Известна теплогазогенераторная установка получения и использования водородсодержащего газообразного топлива, включающая горелочное устройство с распылителями, корпус, выполненный в виде двух вложенных друг в друга труб с зазором, разделенным перегородкой на изолированные ступени, каждая из которых представляет собой полость, и с образованием огневой камеры внутри внутренней трубы, емкости, выполненные в виде герметичных емкостей раздельно для воды и для углеводородного компонента, смесительное устройство с раздельным вводом для воды в виде перегретого пара и для углеводородного компонента, трубопроводы, контрольно-измерительные приборы, клапаны, при этом каждый распылитель горелочного устройства расположен внутри огневой камеры, емкость для воды соединена с одной ступенью корпуса посредством трубопровода, емкость для углеводородного компонента соединена со смесительным устройством посредством трубопроводов, смесительное устройство соединено с одной ступенью корпуса посредством трубопровода ввода воды и с другой ступенью корпуса посредством трубопровода отвода смеси и на выходе из огневой камеры установлен элемент формирования рабочего факела в виде сужающего устройства (патент РФ №2701821, С01В 3/32, опубл. 01.10. 2019 г.).

Основным недостатком данной установки является то, что при выходе установки на рабочий режим нет возможности осуществлять регулирование его мощности по отношению к заданным техническим параметрам, а также при изготовлении установки использовался дорогостоящий материал - высокотемпературная сталь.

Наиболее близким является многостадийный способ получения водородосодержащего газообразного топлива с замкнутым циклом (Способ Аракеляна Г.Г.), включающий запуск в режиме принудительного разогрева для осуществления процесса саморазогрева, подачу компонентов в виде воды и углеводородного компонента, предварительно загруженные в герметичные емкости, посредством нагнетания при раздельном вводе компонентов, подачу воды осуществляют в первую ступень корпуса, имеющего ступени для нагрева, и последующий нагрев воды в ней до образования перегретого пара, подачу углеводородного компонента осуществляют в смесительное устройство, подачу перегретого пара из первой ступени корпуса в смесительное устройство для перемешивания с углеводородным компонентом, получая пароуглеводородную смесь, которую направляют во вторую ступень корпуса для последующего нагрева пароуглеводородной смеси, последующий нагрев пароуглеводородной смеси во второй ступени корпуса, получение из нагретой пароуглеводородной смеси водородсодержащего газообразного топлива, которое направляют в распылители горелочного устройства для его сжигания и создания рабочего факела на выходе из огневой камеры через элемент сужающего устройства, направляя тепловую мощность на внешнее потребление (патент РФ №2478688, C10G 47/00, С01В 3/02, 3/32, опубл. 10.04.2012 г., прототип).

Недостатком способа является то, что способ не позволяет осуществлять регулирование мощности режима горения по отношению к заданным его техническим параметрам при выходе на рабочий режим.

Наиболее близким является теплогазогенераторная установка для получения водородосодержащего газообразного топлива с замкнутым циклом, содержащая горелочное устройство с распылителями, корпус, выполненный в виде двух вложенных друг в друга цилиндрических труб с зазором, разделенным перегородкой на изолированные ступени, каждая из которых представляет собой полость, и с образованием огневой камеры внутри внутренней трубы, герметичные емкости, выполненные раздельно для воды и для углеводородного компонента, смесительное устройство с раздельным вводом для воды в виде перегретого пара и для углеводородного компонента, трубопроводы, контрольно-измерительные приборы, клапаны, при этом каждый распылитель горелочного устройства расположен внутри огневой камеры, емкость для воды соединена с первой ступенью корпуса посредством трубопровода, емкость для углеводородного компонента соединена со смесительным устройством посредством трубопроводов, смесительное устройство соединено с первой ступенью корпуса посредством трубопровода ввода воды и со второй ступенью корпуса посредством трубопровода отвода смеси и на выходе из огневой камеры установлен элемент формирования рабочего факела в виде сужающего устройства (патент РФ №2478688, C10G 47/00, С01В 3/02, С01В 3/32, опубл. 10.04. 2012 г., прототип).

Основным недостатком данного технического решения является то, что при выходе установки на рабочий режим нет возможности осуществлять регулирование ее мощности режима горения по отношению к заданным техническим параметрам, а также при изготовлении установки использовался дорогостоящий материал, такой как высокотемпературная сталь.

Технический результат заключается в увеличении коэффициента полезного действия, обеспечении стабильности и безопасности процесса получения водородосодержащего газообразного топлива и повышении энергопоказателей, а также позволяет регулировать мощность режима горения, получаемого водородосодержащего газообразного топлива, снижение энергоемкости и расход углеводородного компонента в получаемом водородосодержащем газообразном топливе.

Поставленный технический результат достигается тем, что способ получения водородосодержащего газообразного топлива включает в себя запуск в режиме принудительного разогрева для осуществления процесса саморазогрева, подачу компонентов в виде воды и углеводородного компонента, предварительно загруженных в герметичные емкости, посредством нагнетания при раздельном вводе компонентов, подачу воды осуществляют в первую ступень корпуса, имеющего изолированные ступени для нагрева, для последующего нагрева воды в первой ступени с образованием перегретого пара, подачу углеводородного компонента осуществляют в смесительное устройство, перегретый пар из первой ступени корпуса подают в смесительное устройство для перемешивания с углеводородным компонентом, получая пароуглеводородную смесь, которую направляют во вторую ступень корпуса для последующего нагрева пароуглеводородной смеси, и получение из нагретой пароуглеводородной смеси водородсодержащее газообразное топливо, которое направляют в распылители для его сжигания и создания рабочего факела на выходе из огневой камеры через элемент сужающего устройства, направляя тепловую мощность на внешнее потребление, при этом подачу углеводородного компонента осуществляют в горелочное устройство для создания огневого пламени, нагревание воды в первой ступени корпуса осуществляют при температуре 560-600°С, пароуглеводородную смесь во второй ступени корпуса нагревают до температуры, равной 800-900°С, после чего она из второй ступени корпуса поступает в реактор или реакторы Пантоне с возможностью получения водородосодержащего газообразного топлива, которое направляют из реактора или реакторов Пантоне в распылители, обеспечивая работу на самонагрев.

Установка получения водородосодержащего газообразного топлива содержит горелочное устройство и распылители, корпус, выполненный в виде двух труб, вложенных друг в друга с зазором, разделенным перегородкой на изолированные ступени, каждая из которых представляет собой кольцевую полость, и с образованием огневой камеры во внутренней трубе корпуса, герметичные емкости, выполненные раздельно для воды и для углеводородного компонента, трубопроводы, смесительное устройство, снабженное раздельным вводом перегретого пара и для углеводородного компонента, соединенное с первой и со второй ступенью корпуса посредством трубопроводов, контрольно-измерительные приборы, установленные на трубопроводах с возможностью измерения и контроля параметров давления, клапаны, установленные на трубопроводах с возможностью подачи воды и углеводородного компонента из герметичных емкостей, при этом каждый распылитель расположен внутри огневой камеры, емкость для воды соединена с первой ступенью корпуса посредством трубопровода, емкость для углеводородного компонента соединена со смесительным устройством посредством трубопровода, и элемент формирования рабочего факела в виде сужающего устройства, установленного на выходе из огневой камеры корпуса, дополнительно снабжена, по меньшей мере, одним реактором Пантоне, насосами подачи воды и подачи углеводородного компонента, редукторами для воды и для углеводородного компонента, расположенными с возможностью регулирования параметрами объема, контрольно-измерительными приборами, установленными на трубопроводах с возможностью измерения и контроля параметров температуры, при этом выход из второй ступени корпуса соединен с входом или входами реакторов Пантоне посредством трубопроводов, а выход из реакторов или реактора Пантоне соединен с распылителями посредством трубопроводов, обеспечивая работу на самонагрев, смесительное устройство представляет собой герметичную емкость, выполненную с возможностью смешения перегретого пара и углеводородного компонента и снабженную дозирующим перепускным клапаном, расположенным на входе в смесительное устройство для обеспечения заданного давления пара, горелочное устройство представляет собой вентиляторную жидкотопливную горелку, герметично соединенную с входом огневой камеры корпуса, и дополнительно снабжена блоком управления, включающим в себя контроллер блока управления горелочным устройством и расположенным с возможностью управления горелочным устройством, насосами подачи воды и подачи углеводородного компонента, редукторами для воды и для топлива, с контрольно-измерительными устройствами и клапанами посредством проводной или беспроводной связи.

На фиг. 1 изображена схема установки получения водородосодержащего газообразного топлива, на фиг. 2 приведена табл. 1, в которой указаны технические характеристики установки, на фиг. 3 приведена табл. 2 с результатами расчетов потребления воды и дизельного топлива за 1 час работы заявленной установки и ее аналога.

Установка получения водородосодержащего газообразного топлива включает следующие конструктивные элементы:

1 - горелочное устройство;

2 - перегородка;

3 - реактор Пантоне;

4 - емкость для воды;

5 - емкость для углеводородного компонента;

6 - насос подачи воды;

7 - насос подачи углеводородного компонента;

8 - блок управления;

9 - редуктор для воды;

10 - редуктор для углеводородного компонента;

11 - манометр давления для воды;

12 - манометр давления для углеводородного компонента;

13 - распылители;

14 - термодатчик;

15 - термодатчик;

16 - первая и вторая ступени в корпусе;

17 - смесительное устройство;

18 - дозирующий перепускной клапан;

19 - электроклапан для воды;

20 - электроклапан для углеводородного компонента;

21 - внешняя труба;

22 - внутренняя труба;

23 - огневая камера;

24 - трубопровод подачи воды;

25 - трубопровод подачи углеводородного компонента;

26 - трубопровод ввода углеводородного компонента;

27 - трубопровод ввода пара;

28 - трубопровод отвода смеси;

29 - трубопровод подачи нагретой смеси;

30 - трубопровод выхода топлива;

31 - трубопровод подачи топлива;

32 - клапан.

Установка получения водородосодержащего газообразного топлива (далее по тексту - «Установка») содержит корпус, горелочное устройство 1 с распылителями 13, герметичные емкости, выполненные раздельно для воды 4 и для углеводородного компонента 5, смесительное устройство 17, насос подачи воды 6, насос подачи углеводородного компонента 7, клапаны 19, 20 и 32, редукторы для воды 9 и для углеводородного компонента 10, контрольно-измерительные приборы и, по меньшей мере, один реактор Пантоне 3.

Углеводородный компонент представляет собой водородосодержащее, газообразное топливо, например, дизельное топливо, мазут, природный газ.

Корпус выполнен в виде двух труб, а именно внешней трубы 21 и внутренней трубы 22, вложенных друг в друга с зазором, разделенным посредством перегородки 2 на две изолированные ступени 16, каждая из которых представляет собой кольцевую полость, и с образованием огневой камеры 23 внутри внутренней трубы 22 корпуса. Размер зазора определяют исходя из расчета заданной мощности корпуса.

Перегородка 2 выполнена в виде металлического кольца с возможностью установления и герметичного закрепления его в зазоре между внешней 21 и внутренней 22 трубами с образованием двух герметично изолированных ступеней 16 в корпусе, например, в виде плоского металлического кольца.

Горелочное устройство 1 герметично соединено с корпусом на входе в него. Каждый распылитель 13 расположен внутри огневой камеры 23 и закреплен на выходном участке трубопровода подачи топлива 31. Распылитель 13 представляет собой форсунку, например, форсунку с распылителем; форсунку с керамическим распылителем, обеспечивающую подачу топлива из реактора или реакторов Пантоне 3 в зону горения топлива, а именно в огневую камеру 23 корпуса.

Горелочное устройство 1 представляет собой вентиляторную жидкотопливную горелку, например, дизельную промышленную горелку фирм «Pikinno», «Lamborghini».

Герметичная емкость для воды 4 (далее по тексту - «емкость 4») выполнена в виде герметичного резервуара с возможностью размещения в нем воды, например, в виде герметичного металлического резервуара, и гидравлически герметично соединена с кольцевой полостью первой ступени 16 корпуса посредством трубопровода подачи воды 24.

Герметичная емкость для углеводородного компонента 5 (далее по тексту - «емкость 5») выполнена в виде герметичного резервуара с возможностью размещения в нем топлива, например, в виде герметичного полимерного резервуара, и герметично соединена с горелочным устройством 1 посредством трубопровода подачи углеводородного компонента 25, обеспечивая подачу углеводородного компонента в горелочное устройство 1, и со смесительным устройством 17 посредством трубопровода ввода углеводородного компонента 26.

Смесительное устройство 17 представляет собой герметичную емкость, выполненную с возможностью смешения перегретого пара и углеводородного компонента, например, герметичную емкость в виде металлического цилиндра, и снабженную раздельным вводом перегретого пара и углеводородного компонента и дозирующим перепускным клапаном 18, расположенным на входе в смесительное устройство 17 для обеспечения заданного давления перегретого пара. Заданное давление перегретого пара определяют исходя из показаний манометра давления в пределах 3-5 атмосфер.

Дозирующий перепускной клапан 18 представляет собой известную конструкцию, например, жиклер с регулировочной иглой.

Насос подачи воды 6 расположен на трубопроводе подачи воды 24 и представляет собой известную конструкцию, например, насос для воды поверхностный «Вихрь», «Джилекс», «Pedrollo».

Насос подачи углеводородного компонента 7 расположен на трубопроводе ввода углеводородного компонента 26 и представляет собой известную конструкцию, например, электрического насоса для перекачки дизельного топлива, такой как Компании ProAzs.

Клапаны представляют собой

- электроклапан 19, установленный на трубопроводе подачи воды 24 с возможностью обеспечения управление подачей воды из емкости 4 в кольцевую полость первой ступени 16 корпуса в заданном объеме, с заданным давлением и в течение установленного времени, при этом заданный объем, давление и время определяют исходя из потребности в количестве перегретого пара;

- электроклапан 20, установленный на трубопроводе ввода углеводородного компонента 26 на входе в смесительное устройство 17 с возможностью обеспечения управления подачей углеводородного компонента из емкости 5 в смесительное устройство 17 для смешивания перегретого пара с углеводородным компонентом в заданном объеме и с заданным давлением в течение установленного времени, при этом заданный объем, давление и время определяют исходя из потребности в количестве углеводородного компонента для перегретого пара, обеспечивая заданное соотношение компонентов;

- электроклапан 32, установленный на трубопроводе подачи углеводородного компонента 25 с возможностью обеспечения управление подачей углеводородного компонента из емкости 5 в горелочное устройство 1 в заданном объеме, с заданным давлением и в течение установленного времени, при этом заданный объем, давление и время определяют исходя из потребности в количестве углеводородного компонента для начального прогрева ступени 16 корпуса.

Электроклапан для воды 19 представляет собой известную конструкцию, например, фирмы Danfoss.

Электроклапан для топлива 20 представляет собой известную конструкцию, например, фирмы Danfoss.

Электроклапан для воды 32 представляет собой известную конструкцию, например, фирмы Danfoss.

Редуктор для воды 9, отрегулированный на давление в 5-6 атм, расположен между насосом для воды 6 и манометром для воды 11, и представляет собой известную конструкцию регулятора давления жидкости.

Редуктор для углеводородного компонента 10, отрегулированный на давление в 5-6 атм., расположен между насосом для углеводородного компонента 7 и манометром для углеводородного компонента 12 и представляет собой известную конструкцию регулятора давления, например, фирмы Danfoss.

Контрольно-измерительные приборы представляют собой

- датчик давления для воды 11 в виде манометра;

- датчик давления для топлива 12 в виде манометра

- датчик температуры 14, представляющий собой известную конструкцию термодатчика;

- датчик температуры 15, представляющий собой известную конструкцию термодатчика.

Датчик температуры 14 расположен с возможностью измерения и контроля температуры в первой ступени 16 корпуса.

Датчик температуры 15 расположен с возможностью измерения и контроля температуры во второй ступени 16 корпуса.

Реактор Пантоне 3 представляет собой конструкцию заданных размеров, состоящую из металлической трубки с сердечником внутри, образуя зазор между ними, обеспечивая прохождение в зазоре нагретой пароуглеводородной смеси, которая в процессе прохождения в зазоре между внутренней стенкой трубки и сердечником, разлагается на составляющие за счет статического напряжения, возникающего при прохождении нагретой пароуглеводородной смеси в зазоре.

Реактор Пантоне 3 обеспечивает в интервале температур с 900°С до 600°С разложение молекулы воды, нагретой пароуглеводородной смеси, на водород и кислород, получая стабильную водородсодержащую смесь, и регулирование мощность режима горения с изменением температуры в интервале с 900°С до 600°С.

На трубопроводе подачи воды 24 последовательно размещены насос подачи воды 6, редуктор для воды 9, контрольно-измерительный прибор в виде датчика давления для воды 11 и электроклапан 19.

На трубопроводе ввода углеводородного компонента 26 последовательно размещены насос подачи углеводородного компонента 7, редуктор для топлива 10, датчик давления для топлива 12 и электроклапан 20.

Смесительное устройство 17 и кольцевая полость первой ступени 16 корпуса герметично соединены между собой посредством трубопровода ввода пара 27 с возможностью подачи перегретого водяного пара из первой ступени 16 корпуса в смесительное устройство 17 для смешивания перегретого водяного пара с углеводородным компонентом, поступившим из емкости 5 в заданном соотношении по отношению к перегретому пару, например, 5:1.

Смесительное устройство 17 и вторая ступень 16 корпуса герметично соединены между собой посредством трубопровода отвода смеси 28 с возможностью подачи пароуглеводородной смеси из смесительного устройства 17 во вторую ступень 16 корпуса для нагрева пароуглеводородной смеси до температуры, равной 800-900°С, созданной в огневой камере 23 корпуса посредством горения углеводородного компонента, топлива и которая обеспечит молекулам перегретого водяного пара в соединении с катализатором в виде углеводородного компонента частично находится на грани разрыва молекул воды на водород и кислород.

Вторая ступень 16 корпуса и реактор или реакторы Пантоне 3 герметично соединены между собой посредством трубопровода или трубопроводов подачи нагретой смеси 29, обеспечивая подачу нагретой пароуглеводородной смеси до температуры, равной 800-900°С из кольцевой полости второй ступени 16 корпуса в реактор или реакторы Пантоне 3.

Нагретая пароуглеводородная смесь поступает из кольцевой полости второй ступени 16 корпуса через трубопровод или трубопроводы подачи нагретой смеси 29 в реактор или реакторы Пантоне 3, где скорость прохождения нагретой пароуглеводородной смеси не превышает 2 м/с и при прохождении нагретой пароуглеводородной смеси через реактор Пантоне 3 возникает электростатическое напряжение, которое способствует дальнейшему разрыву молекул воды на водород и кислород, то есть происходит полный разрыв молекул воды в пароуглеводородной смеси на водород и кислород, получая на выходе водородсодержащее газообразное топливо.

Установка дополнительно снабжена блоком управления 8, включающим в себя контроллер и расположенным с возможностью управления горелочным устройством 1 и управления насосами подачи воды 6 и подачи углеводородного компонента 7, редукторами для воды 9 и для углеводородного компонента 10, клапанами 19 и 20 и контрольно-измерительными устройствами, такими как манометрами давления для воды 11 и для углеводородного компонента 12 и термодатчиками 14 и 15 посредством проводной или беспроводной связи.

Процесс получения водородсодержащего газообразного топлива в заявленных технических решениях осуществляют многостадийно с раздельным вводом углеводородного компонента и воды и с замкнутым циклом.

Способ получения водородосодержащего газообразного топлива осуществляют следующим образом.

Осуществляют запуск процесса получения водородосодержащего газообразного топлива в режиме принудительного разогрева, при этом процесс получения водородосодержащего газообразного топлива осуществляют в штатном режиме саморазогрева,

Пуск Установки осуществляют поэтапно.

Первоначально блоком управления 8 или в ручном режиме запускают горелочное устройство 1, представляющее собой вентиляторную жидкотопливную горелку, работающую, например, на дизельном топливе, на мазуте, и одновременно включают насос подачи воды 6 и насос подачи углеводородного компонента 7.

Компоненты в виде воды и углеводородного компонента, предварительно загруженные в емкости 4 и 5, подают посредством нагнетания насосами подачи воды 6 и углеводородного компонента 7.

Ввод углеводородного компонента и воды осуществляют раздельно в заданных объемах и при заданных температуре посредством их нагнетания под заданным давлении.

Углеводородный компонент подают под давлением из емкости 5 по трубопроводу подачи углеводородного компонента 25 в горелочное устройство 1 для создания огневого пламени и заданной температуры в огневой камере 23, обеспечив заданной температурой первую и вторую ступени 16 корпуса.

Воду подают под давлением из емкости 4 посредством насоса подачи воды 6 по трубопроводу подачи воды 24 в кольцевую полость первой ступени 16 корпуса, осуществляя измерение, контроль и регулирование - управление параметрами давления воды посредством редуктора для воды 9, датчика давления для воды 11 и электроклапана 19.

После чего воду в кольцевой полости первой ступени 16 корпуса нагревают до состояния перегретого водяного пара при температуре, равной 560-600°С, созданной в огневой камере 23 посредством горения углеводородного компонента в горелочном устройстве 1.

Углеводородный компонент подают под давлением из емкости 5 посредством насоса подачи углеводородного компонента 7 по трубопроводу ввода углеводородного компонента 26 в смесительное устройство 17, осуществляя измерение, контроль и регулирование - управление параметрами давления углеводородного компонента посредством редуктора для углеводородного компонента 10, датчика давления для углеводородного компонента 12 и электроклапана 20.

В процессе, в том числе и подачи воды, и углеводородного компонента, осуществляют измерение, контроль и регулирование по приборам параметров:

- температуры определяют исходя из показаний датчиков температуры 14 и 15, установленных в соответствующих ступенях 16 корпуса;

- давления топлива определяют исходя из показаний манометра 12;

- давления воды определяют исходя из показаний манометра 11;

объема углеводородного компонента определяют исходя из показаний редуктора давления топлива 10;

- объема воды определяют исходя из показаний редуктора давления воды 9.

При этом Горелочное устройство 1 разогревает огневую камеру 23 корпуса для обеспечения кольцевой полости первой ступени 16 корпуса температурой, равной 560÷600°С. При достижении этой температуры, например, по сигналу термодатчика 14 с блока управления 8, срабатывают дозирующие электроклапаны: на воду 19 и на углеводородный компонент 20, раздельно подавая воду в кольцевую полость первой ступени 16 корпуса, а углеводородный компонент в смесительное устройство 17 в заданном объеме, который обеспечивает соотношение перегретого пара с углеводородным компонентом от 4:1 до 5:1, посредством введения углеводородного компонента в водяной перегретый пар, позволяя получить пароуглеводородная смесь.

Огневая камера 23 разогрета и поддерживается в ней заданная температура равная 560÷600°С для первой ступени 16 корпуса, при этом первоначально температура в огневой камере 23 обеспечивается посредством огневого факела горелочного устройства 1 с последующим переходом на водородсодержащее газообразное топливо из распылителей 13, обеспечивая работу на самонагрев.

Нагревают воду в первой ступени 16 корпуса при температуре 560-600°С, затем из нагретой воды образуется водяной перегретый пар, который подают из первой ступени 16 корпуса в смесительное устройство 17 посредством трубопровода ввода пара 27 для перемешивания с углеводородным компонентом, получая пароуглеводородную смесь, при этом в смесительное устройство 17 через редуктор для топлива 10 и клапан 20 подают углеводородный компонент, и перегретый пар смешивается с углеводородным компонентом, образуя пароуглеводородную (Н₂О+C_nH_2n+2=Н₂+СО₂) смесь (Н₂О+C_nH_2n+2=Н₂+СО₂).

Образовавшуюся пароуглеводородную смесь из смесительного устройства 17 по трубопроводу отвода смеси 28 подают в кольцевую полость второй ступени 16 корпуса для последующего нагрева пароуглеводородной смеси в ней до температуры начальной стадии образования газообразного топлива, равной 800÷900°С, доведя молекулы воды до состояния частичного распада молекул воды на водород и кислород.

Затем из кольцевой полости второй ступени 16 корпуса нагретая пароуглеводородной смесь до заданной температуры направляется по трубопроводу подачи нагретой смеси 29 в реактор или реакторы Пантоне 3 для получения водородосодержащего газообразного топлива из нагретой пароуглеводородной смеси.

Нагретая пароуглеводородной смесь, проходя через реактор или реакторы Пантоне 3 со скоростью прохождения, не превышающей 2 м/с, и созданное в нем гравитационное (инерционное), а также электростатическое поле, которое способствует дальнейшему разрыву молекул воды на водород и кислород посредством физико-химической реакции разложения воды, то есть происходит полный разрыв молекул воды в пароуглеводородной смеси на водород и кислород, обеспечивая получение на выходе реактора или реакторов Пантоне 3 стабильной водородосодержащей смеси с добавлением углеводородного сырья, которое служит катализатором при заданном диапазоне регулировки по мощности режима горения, то есть получая на выходе водородсодержащее газообразное топливо при заданной мощности.

Процесс получения водородсодержащего газообразного топлива в заявленных технических решениях осуществляют многостадийно с раздельным вводом углеводородного компонента и воды и с замкнутым циклом.

Полученное водородсодержащее газообразное топливо из реактора или реакторов Пантоне 3 направляют по трубопроводам подачи 31 и выхода 30 топлива в распылители 13 для его сжигания обеспечивая работу на самонагрев, и создания рабочего факела на выходе из огневой камеры 23 через элемент сужающего устройства, направляя тепловую мощность на внешнее потребление.

Питание распылителей 13 осуществляют водородосодержащим газообразным топливом, поступающим из реактора или реакторов Пантоне 3.

При достижении температуры, равной 800÷1100°С термодатчик 15 отключает подачу углеводородного компонента на горелочное устройство 1 посредством электроклапана 32 и Установка начинает работать в экономичном штатном режиме на водородосодержащем газообразном топливе, вырабатываемом в Установке и поступающим в распылители 13, направляя тепловую мощность на внешнее потребление, отдавая свою тепловую мощность потребителю и работая на саморазогрев Установки.

Пример конкретного выполнения

Технические характеристики Установки приведены в табл. 1. Результаты расчетов потребления воды и дизельного топлива за 1 час работы Установки и ее аналога приведены в табл. 2.

Осуществляют запуск процесса получения водородосодержащего газообразного топлива, для чего блоком управления 8 запускают горелочное устройство 1, представляющую собой вентиляторную жидкотопливную горелку фирмы «Lamborghini» мощностью 50 кВт на дизельном топливе, и одновременно включают насос подачи воды 6 и насос подачи углеводородного компонента 7.

Ввод дизельного топлива и воды осуществляют раздельно:

воду из емкости 4 посредством насоса подачи воды 6 направляют под давлением в 5-6 атм., в первую ступень 16, нагретую до температуры, равной 600°С, а дизельное топливо из емкости 5 направляют под давлением в 5-6 атм. в смесительное устройство 17, контролируя и управляя по приборам: 9, 10, 11, 12.

При достижении температуры, равной 600°С, по сигналу термодатчика 14 с блока управления 8, срабатывают дозирующие электроклапаны: на воду 19 и на дизельное топливо 20, подавая воду в первую ступень 16 корпуса, а дизельное топливо в смесительное устройство 17 через редуктор для топлива 10 и клапан 20 в объеме, который обеспечивает соотношение дизельного топлива с перегретым паром, нагретым при температуре, равной 600°С, равным 5:1, образуя пароуглеводородную (Н₂О+C_nH_2n+2=Н₂+СО₂) смесь (Н₂О+C_nH_2n+2=Н₂+СО₂).

Образовавшаяся пароуглеводородная смесь из смесительного устройства 17 поступает во вторую ступень 16, где она нагревается до температуры начальной стадии образования газообразного топлива, равной 850°С, затем из второй ступени 16 нагретая пароуглеводородной смесь направляется в реактор Пантоне 3 и, проходя через него и созданное в нем гравитационное (инерционное), а также электростатическое поле, посредством физико-химической реакции разложения воды, получают водородосодержащую смесь при мощности режима горения, равной заданной техническими параметрами, исходя из потребностей.

Полученный поток водородосодержащего газообразного топлива после реактора Пантоне 3 направляют на возврат в зону поджига - в огневую камеру 23 для обеспечения горения огневого факела: питания форсунок 13 для сжигания и при достижении температуры, равной 800°С, термодатчик 15 отключает подачу углеводородного компонента на горелочное устройство 1 клапаном 32 и установка посредством электроклапана 20 начинает работать в экономичном штатном режиме на водородосодержащей смеси, вырабатываемой реактором Пантоне и поступающей в распылители 13, отдавая свою тепловую мощность потребителю и работая на саморазогрев.

Заявленные Способ и Установка получения водородосодержащего газообразного топлива позволяют реализовать процесс получения водородосодержащего газообразного топлива, когда: Н₂О+C_nH_2n+2=Н₂+СО₂ с основным компонентом процесса в виде Н₂О (воды) в количестве 90% и более и другим компонентом в количестве до 10% в виде C_nH_2n+2 (углеводородного сырья), включая метан СН₄ и нефть любой фракции, которые в высокотемпературном режиме обеспечивают 100% полного сгорания всех тугоплавких и трудно сгораемых элементов, входящих в состав углеводородного катализатора C_nH_2n+2 и водоуглеродной смеси, увеличить коэффициент полезного действия, обеспечивая стабильность и безопасность процесса получения водородосодержащего газообразного топлива, а также экологическую чистоту окружающей среды, повысить энергопоказатели, кроме этого позволяют регулировать мощность режима горения, получаемого водородосодержащего газообразного топлива, снижении энергоемкости и расхода углеводородного компонента в получаемом водородосодержащем газообразном топливе.

Особенностью заявленных технических решений (Способ и Установка) является принципиально отличный от аналогов способ и установка приготовления пароуглеводородной смеси с широким температурным диапазоном получения водородосодержащей смеси, которые позволяют регулировать мощность режима горения и повышать энергопоказатели Установки.

Возможность регулирования мощностью режима горения позволяет расширять область применения Установки.

Изобретение относится к способу получения водородосодержащего газообразного топлива. Способ включает запуск в режиме принудительного разогрева для осуществления процесса саморазогрева, подачу компонентов в виде воды и углеводородного компонента, предварительно загруженных в герметичные емкости, посредством нагнетания при раздельном вводе компонентов, подачу воды осуществляют в первую ступень корпуса, имеющего изолированные ступени для нагрева, для последующего нагрева воды в первой ступени с образованием перегретого пара, подачу углеводородного компонента осуществляют в смесительное устройство, перегретый пар из первой ступени корпуса подают в смесительное устройство для перемешивания с углеводородным компонентом, получая пароуглеводородную смесь, которую направляют во вторую ступень корпуса для последующего нагрева пароуглеводородной смеси, и получение из нагретой пароуглеводородной смеси водородсодержащего газообразного топлива, которое направляют в распылители для его сжигания и создания рабочего факела на выходе из огневой камеры через элемент сужающего устройства, направляя тепловую мощность на внешнее потребление. Способ характеризуется тем, что подачу углеводородного компонента осуществляют в горелочное устройство для создания огневого пламени, нагревание воды в первой ступени корпуса осуществляют при температуре 560-600°С, пароуглеводородную смесь во второй ступени корпуса нагревают до температуры, равной 800-900°С, после чего она из второй ступени корпуса поступает в реактор или реакторы Пантоне с возможностью получения водородосодержащего газообразного топлива, которое направляют из реактора или реакторов Пантоне в распылители, обеспечивая работу на самонагрев. Также изобретение относится к устройству. Использование предлагаемого изобретения позволяет увеличить коэффициент полезного действия, обеспечить стабильность и безопасность процесса получения водородосодержащего газообразного топлива и повысить энергопоказатели, а также позволяет регулировать мощность режима горения, получаемого водородосодержащего газообразного топлива, снизить энергоемкость и расход углеводородного компонента в получаемом водородосодержащем газообразном топливе. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 пр.

1. Способ получения водородосодержащего газообразного топлива, включающий запуск в режиме принудительного разогрева для осуществления процесса саморазогрева, подачу компонентов в виде воды и углеводородного компонента, предварительно загруженных в герметичные емкости, посредством нагнетания при раздельном вводе компонентов, подачу воды осуществляют в первую ступень корпуса, имеющего изолированные ступени для нагрева, для последующего нагрева воды в первой ступени с образованием перегретого пара, подачу углеводородного компонента осуществляют в смесительное устройство, перегретый пар из первой ступени корпуса подают в смесительное устройство для перемешивания с углеводородным компонентом, получая пароуглеводородную смесь, которую направляют во вторую ступень корпуса для последующего нагрева пароуглеводородной смеси, и получение из нагретой пароуглеводородной смеси водородсодержащего газообразного топлива, которое направляют в распылители для его сжигания и создания рабочего факела на выходе из огневой камеры через элемент сужающего устройства, направляя тепловую мощность на внешнее потребление,

отличающийся тем, что

подачу углеводородного компонента осуществляют в горелочное устройство для создания огневого пламени, нагревание воды в первой ступени корпуса осуществляют при температуре 560-600°С, пароуглеводородную смесь во второй ступени корпуса нагревают до температуры, равной 800-900°С, после чего она из второй ступени корпуса поступает в реактор или реакторы Пантоне с возможностью получения водородосодержащего газообразного топлива, которое направляют из реактора или реакторов Пантоне в распылители, обеспечивая работу на самонагрев.

2. Установка для получения водородосодержащего газообразного топлива, включающая горелочное устройство и распылители, корпус, выполненный в виде двух труб, вложенных друг в друга с зазором, разделенным перегородкой на изолированные ступени, каждая из которых представляет собой кольцевую полость, и с образованием огневой камеры во внутренней трубе корпуса, герметичные емкости, выполненные раздельно для воды и для углеводородного компонента, трубопроводы, смесительное устройство, снабженное раздельным вводом перегретого пара и углеводородного компонента, соединенное с первой и со второй ступенью корпуса посредством трубопроводов, контрольно-измерительные приборы, установленные на трубопроводах с возможностью измерения и контроля параметров давления, клапаны, установленные на трубопроводах с возможностью подачи воды и углеводородного компонента из герметичных емкостей, при этом каждый распылитель расположен внутри огневой камеры корпуса, емкость для воды соединена с первой ступенью корпуса посредством трубопровода, емкость для углеводородного компонента соединена со смесительным устройством посредством трубопровода и элемента формирования рабочего факела в виде сужающего устройства, установленного на выходе из огневой камеры корпуса,

отличающаяся тем, что

дополнительно снабжена, по меньшей мере, одним реактором Пантоне, насосами подачи воды и подачи углеводородного компонента, редукторами для воды и для углеводородного компонента, расположенными с возможностью регулирования параметрами объема, контрольно-измерительными приборами, установленными на трубопроводах с возможностью измерения и контроля параметров температуры, при этом выход из второй ступени корпуса соединен с входом или входами реакторов Пантоне посредством трубопроводов, а выход из реакторов или реактора Пантоне соединен с распылителями посредством трубопроводов, обеспечивая работу на самонагрев, смесительное устройство представляет собой герметичную емкость, выполненную с возможностью смешения перегретого пара и углеводородного компонента и снабженную дозирующим перепускным клапаном, расположенным на входе в смесительное устройство для обеспечения заданного давления пара, горелочное устройство представляет собой вентиляторную жидкотопливную горелку, герметично соединенную с входом огневой камеры корпуса.

3. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что дополнительно снабжена блоком управления, включающим в себя контроллер и расположенным с возможностью управления горелочным устройством, насосами подачи воды и подачи углеводородного компонента, редукторами для воды и для топлива, с контрольно-измерительными устройствами и клапанами посредством проводной или беспроводной связи.