RU138423U1 - DEVICE FOR PRODUCING A GAS MIXTURE ENHANCED WITH HYDROGEN - Google Patents
DEVICE FOR PRODUCING A GAS MIXTURE ENHANCED WITH HYDROGEN Download PDFInfo
- Publication number
- RU138423U1 RU138423U1 RU2013125737/05U RU2013125737U RU138423U1 RU 138423 U1 RU138423 U1 RU 138423U1 RU 2013125737/05 U RU2013125737/05 U RU 2013125737/05U RU 2013125737 U RU2013125737 U RU 2013125737U RU 138423 U1 RU138423 U1 RU 138423U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- catalyst
- mixture
- catalytic
- hydrogen
- methanol
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
1. Устройство для осуществления паровой каталитической конверсии метанола, и/или диметилового эфира, и/или диметоксиметана в обогащенную водородом газовую смесь для использования в топливных элементах, содержащее каталитический реактор для проведения конверсии, узел подготовки исходной смеси, состоящий из испарителя, пароперегревателя и смесителя реагирующей исходной смеси, нагревательное устройство со встроенным дожигателем анодных газов, образующихся в результате работы топливных элементов, отличающееся тем, что каталитический реактор выполнен в виде плоских блоков, которые содержат экзотермические и эндотермические каналы, внутри которых расположен катализатор, состоящий из чередующихся между собой плоских и гофрированных теплопроводных металлических сетчатых или металлопористых каталитических лент, образующих каналы для прохождения реагирующей смеси, поступающей из узла подготовки смеси.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что катализатор представляет собой плоскую и гофрированную ленты на основе теплопроводных металлических сетчатых или металлопористых материалов, на которые нанесен методом пропитки или методом спекания с подложкой носителя каталитически активный компонент.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в каталитическом реакторе расположен катализатор одного состава, преимущественно, содержащий медь-церий-алюминий оксидные композиции, обеспечивающий паровую каталитическую конверсию метанола, и/или диметилового эфира, и/или диметоксиметана в обогащенную водородом газовую смесь.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что испаритель и пароперегреватель выполнены в виде з�1. Device for carrying out steam catalytic conversion of methanol and / or dimethyl ether and / or dimethoxymethane into a hydrogen-rich gas mixture for use in fuel cells, containing a catalytic reactor for conversion, an initial mixture preparation unit consisting of an evaporator, superheater and mixer reactive initial mixture, a heating device with a built-in afterburner of anode gases resulting from the operation of fuel cells, characterized in that the catalytic actor is in the form of flat blocks that contain exothermic and endothermic channels within which is located a catalyst composed of alternating flat and a corrugated thermally conductive metal mesh or metal porous catalyst strips forming channels for the passage of the reaction mixture coming from the node smesi.2 preparation. The device according to claim 1, characterized in that the catalyst is a flat and corrugated tape based on heat-conducting metal mesh or metal-porous materials, onto which a catalytically active component is applied by impregnation or by sintering with a carrier substrate. The device according to claim 2, characterized in that a catalyst of the same composition is located in the catalytic reactor, mainly containing copper-cerium-aluminum oxide compositions, which provides steam catalytic conversion of methanol and / or dimethyl ether and / or dimethoxymethane to a hydrogen-rich gas mixture .four. The device according to claim 1, characterized in that the evaporator and superheater are made in the form of
Description
Полезная модель относится к устройству осуществления паровой каталитической конверсии метанола, и/или диметилового эфира, и/или диметоксиметана с целью получения обогащенной водородом газовой смеси, которая может использоваться для питания топливных элементов различного назначения, в том числе и для топливных элементов, установленных на передвижных средствах.The invention relates to a device for the implementation of steam catalytic conversion of methanol and / or dimethyl ether and / or dimethoxymethane in order to obtain a hydrogen-enriched gas mixture that can be used to power fuel cells for various purposes, including for fuel cells mounted on mobile means.
Известно устройство (US 00929735, 18.10.2001) для получения синтез-газа из углеводородных топлив, сжиженных газов, спиртов посредством паровой конверсии. Устройство состоит из нескольких коаксиально расположенных труб разного диаметра, образующих цилиндрические каналы, служащие для осуществления подвода или отвода тепла и расположения слоев катализатора различного назначения: паровой конверсии исходного топлива, паровой конверсии CO, селективного каталитического окисления CO или селективного метанирования. В центральной трубе размещена пламенная горелка для сжигания части исходного топлива с целью генерации тепла, которое в виде дымовых газов подается в соответствующие теплообменные коаксиальные каналы. Поскольку в таком реакторе одновременно могут осуществляться несколько каталитических реакций, протекающих при разных температурах, то часть коаксиальных каналов используется для подогрева катализатора или для съема тепла посредством подаваемого в них воздуха или жидкости, а часть для засыпки катализатора. При расположении каналов выдержан принцип максимальной рекуперации тепла, поэтому наиболее высокотемпературные каналы находятся в центре устройства, а низкотемпературные ближе к внешней поверхности. В зависимости от количества коаксиальных каналов устройство может быть использовано либо для получения синтез-газа, либо для водородсодержащего газа с концентрацией CO на уровне 10 ppm.A device is known (US 00929735, 10/18/2001) for producing synthesis gas from hydrocarbon fuels, liquefied gases, alcohols through steam conversion. The device consists of several coaxially arranged pipes of different diameters, forming cylindrical channels, which serve to supply or remove heat and arrange catalyst layers for various purposes: steam conversion of the initial fuel, steam conversion of CO, selective catalytic oxidation of CO or selective methanation. In the central pipe there is a flame burner for burning part of the initial fuel in order to generate heat, which is supplied in the form of flue gases to the corresponding heat-exchange coaxial channels. Since several catalytic reactions occurring at different temperatures can be simultaneously carried out in such a reactor, part of the coaxial channels are used to heat the catalyst or to remove heat by means of air or liquid supplied to them, and part to fill the catalyst. When arranging the channels, the principle of maximum heat recovery is maintained, therefore, the most high-temperature channels are located in the center of the device, and the low-temperature ones are closer to the outer surface. Depending on the number of coaxial channels, the device can be used either to produce synthesis gas or for a hydrogen-containing gas with a CO concentration of 10 ppm.
Устройство достаточно универсальное, но вместе с тем и достаточно сложное за счет использовния нескольких различных реакций; также его общим недостатком является использование пламенной горелки, что приводит к необходимости использования жаропрочных сталей и наличием оксидов азота в продуктах сгорания, а также чрезмерная сложность конструкции, и из-за высокой теплопроводности металла и тепловых контактов существует возможность переточек тепла, затрудняющих обеспечение и регулирование требуемых тепловых режимов.The device is quite universal, but at the same time quite complicated due to the use of several different reactions; also its common drawback is the use of a flame burner, which leads to the need for heat-resistant steels and the presence of nitrogen oxides in the combustion products, as well as excessive design complexity, and due to the high thermal conductivity of the metal and thermal contacts there is the possibility of heat transfer, making it difficult to provide and control the required thermal conditions.
Известно интегрированное устройство для реформинга углеводородов (US 6641625, B01J 8/04; C01B 3/36, 04.11.2003). Устройство для реформинга углеводородов включает два реактора с теплообменником. Первый реактор генерирует водородсодержащий газ посредством парциального окисления или паровой конверсии углеводородного сырья, либо иным способом. Второй реактор содержит катализатор, обеспечивающий реакцию паровой конверсии CO в реформате, богатым водородом. Теплообменник обеспечивает поступление пара, необходимого для проведения реакции паровой конверсии CO, во второй реактор.An integrated device for the reforming of hydrocarbons is known (US 6641625, B01J 8/04;
Известен каталитический реактор (RU 2208475, B01B 3/04; C01B 3/00, 20.07.2003) для получения синтез-газа радиального типа, содержащий газораспределительную трубку со слоем катализатора, который выполнен в виде газопроницаемых плоских и гофрированных армированных лент, навитых и спеченных с газораспределительной трубкой с зазорами между витками с образованием газовоздушных каналов между лентами. Реактор имеет устройство подогрева для запуска его в работу. Газораспределительная трубка имеет отверстия перфорации с диаметром, меньшим критического диаметра для предотвращения проникновения пламени внутрь газораспределительной трубки. В качестве катализатора используют армированный пористый материал, содержащий активные компоненты: родий, никель, платину, палладий, железо, кобальт, рений, рутений или их смеси.Known catalytic reactor (RU 2208475,
Недостатком этого устройства является, высокая трудоемкость изготовления армированных пористых материалов, снижение общей каталитической активности в связи с использованием армирующих материалов и высокая температура выходящего синтез-газа.The disadvantage of this device is the high complexity of manufacturing reinforced porous materials, a decrease in the total catalytic activity due to the use of reinforcing materials and the high temperature of the outgoing synthesis gas.
Изобретение [US 7368482, B01J 1900, 06.05.2008] касается проведения каталитического процесса парциального окисления углеводородов, в том числе, сжиженного нефтяного газа, с целью получения синтез-газа в реакторе, состоящем из входной зоны, в которую подают реагенты и предварительно нагревают реакционную смесь до 400°C, с последующим прохождением реакционной смеси через слой керамического материала. Далее в каталитической зоне реактора происходит каталитическая реакция парциального окисления углеводородов (скорость потока реакционной смеси 1000-1000000 л/лкатч, давление 10-50 атм.) до достижения температуры на выходе 450-1350°C. Соотношение H2O/C варьируют от 0 до 2, соотношение O2/C=0,1-0,8. Подложкой для катализатора служат нитриды, оксиды, оксинитриды или карбиды, содержащие один или более металл из перечисленных: Rh, Ru, Ir, Pt, Ni, Fe, Co, Mo в количестве 0,05-15 вес. %. Для приготовления катализатора носитель погружают в раствор соответствующей соли, например Rh4(CO2)12, Rh6(CO)16, Ir4(CO)12; Pt(CH3COCHCOCH3)2, Ni(CH3COCHCOCH3)2 и др. и далее сушат и прокаливают при температуре разложения соответствующей соли.The invention [US 7368482, B01J 1900, 05.06.2008] relates to a catalytic process for the partial oxidation of hydrocarbons, including liquefied petroleum gas, in order to produce synthesis gas in a reactor consisting of an inlet zone into which reactants are fed and the reaction is preheated mixture to 400 ° C, followed by passing the reaction mixture through a layer of ceramic material. Then, in the catalytic zone of the reactor, a catalytic reaction of partial oxidation of hydrocarbons takes place (the flow rate of the reaction mixture is 1000-1000000 l / l cat , pressure 10-50 atm.) Until the outlet temperature reaches 450-1350 ° C. The ratio of H 2 O / C vary from 0 to 2, the ratio of O 2 / C = 0.1-0.8. The substrate for the catalyst are nitrides, oxides, oxynitrides or carbides containing one or more of the following metals: Rh, Ru, Ir, Pt, Ni, Fe, Co, Mo in an amount of 0.05-15 weight. % To prepare the catalyst, the support is immersed in a solution of the corresponding salt, for example Rh 4 (CO 2 ) 12 , Rh 6 (CO) 16 , Ir 4 (CO) 12; Pt (CH 3 COCHCOCH 3 ) 2 , Ni (CH 3 COCHCOCH 3 ) 2 and others and then dried and calcined at the decomposition temperature of the corresponding salt.
Известен каталитический интегрированный реактор [EP 1779925, A1, BО1J 8/04, 25.05.2007] для проведения паровой конверсии углеводородных топлив в синтез-газ и затем в водородсодержащий газ, содержащий CO не более 10 ppm. Реактор состоит из ряда цилиндрических коаксиальных секций, расположенных в одном корпусе, заполненных катализатором для осуществления реакций получения водорода из углеводородного сырья. В пространстве между каталитическими каналами расположены каналы, в которые подаются дымовые газы от пламенной горелки. Движение реагирующих и дымовых газов осуществляется методом противотока, что увеличивает интенсивность теплообмена.Known catalytic integrated reactor [EP 1779925, A1, BO1J 8/04, 05/25/2007] for the steam conversion of hydrocarbon fuels into synthesis gas and then into a hydrogen-containing gas containing CO not more than 10 ppm. The reactor consists of a series of cylindrical coaxial sections located in one housing, filled with a catalyst for carrying out reactions for the production of hydrogen from hydrocarbon feedstocks. In the space between the catalytic channels are channels in which the flue gases from the flame burner are supplied. The movement of reacting and flue gases is carried out by the counterflow method, which increases the intensity of heat transfer.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство, приведенное в патенте [RU 2372277, B01J 7/00, C01B 3/38, 10.11.2009]. В этом решении в одном корпусе размещены реактор паровой конверсии углеводородного топлива, реактор паровой конверсии CO, реактор селективного метанирования, парогенератор, штуцера подвода и отвода реагентов. Реакторы выполнены таким образом, что объединены по высоте, а между собой разделены инертной засыпкой зернистого материала. Регулирование тепловых режимов в реакторе паровой конверсии осуществляется за счет изменения расхода топлива и избытка воздуха, подаваемых на горелку, а в реакторе метанирования за счет холодного воздуха, подаваемого затем на горелку.Closest to the claimed technical solution is the device described in the patent [RU 2372277, B01J 7/00,
Недостатком данного устройства является сложность регулирования тепловых режимов в реакторах устройства, связанная с возможными перетоками тепла между внутренними частями устройства, ограниченность регулирования режимов работы реакторов только за счет пламенной горелки и ее использование для запуска и подогрева, приводящее к наличию оксидов азота в дымовых газах, которые после их использования удаляются в окружающую среду.The disadvantage of this device is the difficulty of regulating thermal conditions in the reactors of the device associated with possible heat flows between the internal parts of the device, the limited regulation of the operating modes of the reactors only due to the flame burner and its use for starting and heating, leading to the presence of nitrogen oxides in flue gases, which after their use they are disposed of into the environment.
Предлагаемая полезная модель решает задачу создания устройства для получения обогащенной водородом газовой смеси из метанола, и/или диметилового эфира, и/или диметоксиметана, с повышенной эффективностью при содержании CO менее 2%, для энергоустановок на основе топливных элементов (ТЭ).The proposed utility model solves the problem of creating a device for producing a hydrogen-enriched gas mixture from methanol, and / or dimethyl ether, and / or dimethoxymethane, with increased efficiency at a CO content of less than 2%, for power plants based on fuel cells (FC).
Техническим результатом является возможность осуществления в одном устройстве конверсии различных исходных типов топлив в водородсодержащую газовую смесь с малым количеством CO.The technical result is the possibility of carrying out in one device the conversion of various initial types of fuels into a hydrogen-containing gas mixture with a small amount of CO.
Задача решается следующей конструкцией устройства.The problem is solved by the following device design.
В общем случае устройство конверсии метанола, и/или диметилового эфира, и/или диметоксиметана в обогащенную по водороду газовую смесь содержит нагревательный узел, узел подготовки смеси, состоящий из испарителя и пароперегревателя реагирующей смеси с узлом смешения, каталитический реактор для проведения конверсии метанола, и/или диметилового эфира, и/или диметоксиметана в обогащенную по водороду газовую смесь.In general, a device for converting methanol and / or dimethyl ether and / or dimethoxymethane to a hydrogen-rich gas mixture comprises a heating unit, a mixture preparation unit, consisting of an evaporator and a superheater of the reaction mixture with a mixing unit, a catalytic reactor for methanol conversion, and / or dimethyl ether and / or dimethoxymethane into a hydrogen-rich gas mixture.
Устройство для осуществления конверсии метанола, и/или диметилового эфира, и/или диметоксиметана в обогащенную по водороду газовую смесь для применения в топливных элементах, например, в твердооксидных (ТОТЭ) или в высокотемпературных протонобменных мембранных топливных элементах (ВТ ПОМТЭ), содержит каталитический реактор для проведения конверсии, узел подготовки исходной смеси, состоящий из испарителя, пароперегревателя и смесителя реагирующей смеси, нагревательного узла со встроенным дожигателем анодных газов, образующихся в результате работы топливных элементов.A device for converting methanol and / or dimethyl ether and / or dimethoxymethane into a hydrogen-rich gas mixture for use in fuel cells, for example, solid oxide (SOFC) or high-temperature proton exchange membrane fuel cells (VT POMTE), contains a catalytic reactor for conversion, an initial mixture preparation unit, consisting of an evaporator, a superheater and a reacting mixture mixer, a heating unit with an integrated afterburner of anode gases generated in the cut tate operation of fuel cells.
Каталитический реактор выполнен в виде плоских блоков, которые содержат экзотермические и эндотермические каналы, внутри которых расположен катализатор, состоящий из чередующихся между собой плоских и гофрированных теплопроводных металлических сетчатых или металлопористых каталитических лент, образующих каналы для прохождения реагирующей смеси, поступающей из узла подготовки смеси.The catalytic reactor is made in the form of flat blocks that contain exothermic and endothermic channels, inside of which there is a catalyst consisting of alternating flat and corrugated heat-conducting metal mesh or metal-porous catalytic tapes forming channels for the passage of the reacting mixture coming from the mixture preparation unit.
Для улучшения теплового контакта между каналами катализатор может быть спечен со стенкой реактора.To improve thermal contact between the channels, the catalyst can be sintered with the wall of the reactor.
В каталитическом реакторе расположен катализатор одного состава, обеспечивающий конверсию метанола, и/или диметилового эфира, и/или диметоксиметана в обогащенную водородом газовую смесь.A catalyst of the same composition is located in the catalytic reactor, which converts methanol and / or dimethyl ether and / or dimethoxymethane into a hydrogen-rich gas mixture.
Катализатор представляет собой плоскую или гофрированную ленту на основе теплопроводных металлических сетчатых или металлопористых материалов, на которую нанесен методом пропитки или методом спекания с подложкой носителя каталитически активный компонент. В качестве активного компонента может быть использован, например, бифункциональный катализатор, содержащий на поверхности медь-церий-алюминий оксидные композиции - центры гидратации диметилового эфира и/или диметоксиметана и паровой конверсии метанола/формальдегида.The catalyst is a flat or corrugated tape based on heat-conducting metal mesh or metal-porous materials, onto which a catalytically active component is applied by impregnation or by sintering with a support substrate. As an active component, for example, a bifunctional catalyst containing oxide compositions on the surface of copper-cerium-aluminum can be used — centers of hydration of dimethyl ether and / or dimethoxymethane and steam reforming of methanol / formaldehyde.
Испаритель и пароперегреватель узла подготовки смеси могут быть выполнены в виде змеевика или в виде двух типов плоских каналов, в одни из которых подают горячий газ от нагревательного устройства, а в другие воду с метанолом, и/или диметиловым эфиром, и/или диметоксиметаном. В качестве смесителя при использовании жидких топлив могут быть использованы форсунки для подачи воды и топлива раздельно или совместно.The evaporator and superheater of the mixture preparation unit can be made in the form of a coil or in the form of two types of flat channels, some of which supply hot gas from the heating device, and others with water with methanol and / or dimethyl ether and / or dimethoxymethane. As a mixer when using liquid fuels, nozzles for supplying water and fuel separately or jointly can be used.
Нагревательный узел объединен с дожигателем анодных газов, образующихся в результате работы топливных элементов, и состоит из катализатора регулярной структуры, например, гранулированного катализатора, либо катализатора, который содержит носитель из металлопористого жаропрочного материала и активный компонент для окисления углеводородных топлив в смеси с воздухом, либо смеси с добавками водородсодержащего анодного газа и получением горячих продуктов реакции окисления при температуре 700-1000°C.The heating unit is combined with an anode gas afterburner resulting from the operation of fuel cells and consists of a regular catalyst, for example, a granular catalyst, or a catalyst that contains a carrier made of heat-resistant metal-porous material and an active component for the oxidation of hydrocarbon fuels mixed with air, or mixtures with additives of a hydrogen-containing anode gas and obtaining hot oxidation reaction products at a temperature of 700-1000 ° C.
Нагревательный узел оборудован системой запуска, состоящей из тангенциального ввода с запальной свечой.The heating unit is equipped with a start-up system consisting of a tangential input with a spark plug.
Каталитический реактор выполнен в виде одного или нескольких блоков, состоящих из параллельных планарных экзотермических и эндотермических каналов. Каналы имеют регулярную структуру и расположены таким образом, что на один экзотермический канал приходится два эндотермических канала. Эндотермические каналы заполнены структурированным катализатором конверсии метанола, и/или диметилового эфира, и/или диметоксиметана в обогащенную по водороду газовую смесь, приготовленных на термостойкой металлической сетке или металлопористом носителе, имеющим теплопроводность 1-5 W/m·K. Катализатор в каналах расположен таким образом, что имеет хороший тепловой контакт с металлической стенкой, образующей данный канал. Экзотермические каналы выполнены в форме плоских щелей, в которые подается горячий газ, полученный в результате окисления метанола, и/или диметилового эфира, и/или диметоксиметана или анодного газа от ТЭ на дожигателе, встроенном в нагревательное устройство.The catalytic reactor is made in the form of one or more blocks, consisting of parallel planar exothermic and endothermic channels. The channels have a regular structure and are arranged in such a way that there are two endothermic channels per exothermic channel. The endothermic channels are filled with a structured catalyst for the conversion of methanol and / or dimethyl ether and / or dimethoxymethane to a hydrogen-enriched gas mixture prepared on a heat-resistant metal mesh or metal-porous carrier having a thermal conductivity of 1-5 W / m · K. The catalyst in the channels is arranged in such a way that it has good thermal contact with the metal wall forming this channel. The exothermic channels are made in the form of flat slits, into which hot gas is obtained, resulting from the oxidation of methanol and / or dimethyl ether, and / or dimethoxymethane or anode gas from the fuel cell on an afterburner integrated into the heating device.
Вода и метанол, и/или диметилового эфир, и/или диметоксиметан подаются совместно в смесительное устройство, а затем в испаритель, где происходит предварительное испарение воды за счет тепла от нагревательного устройства. Смесительное устройство и испаритель могут быть объединены, возможен также вариант раздельной подачи воды и метанола, и/или диметилового эфира, и/или диметоксиметана. В испарителе происходит перемешивание образовавшегося пара и газа с последующей подачей в пароперегреватель. Пароперегреватель состоит из двух типов плоских каналов, в одни из которых подают горячий газ от нагревательного устройства, а в другие смесь паров воды с метанолом, и/или диметиловым эфиром, и/или диметоксиметаном. Полученная перегретая смесь при температуре 200-400°C поступает в эндотермические каналы каталитического реактора, где осуществляется реакция конверсии с получением обогащенной по водороду газовой смеси.Water and methanol, and / or dimethyl ether, and / or dimethoxymethane are fed together to the mixing device, and then to the evaporator, where water is pre-evaporated by heat from the heating device. The mixing device and the evaporator can be combined; a separate supply of water and methanol and / or dimethyl ether and / or dimethoxymethane is also possible. In the evaporator, the resulting vapor and gas are mixed, followed by supply to the superheater. The superheater consists of two types of flat channels, one of which feeds hot gas from the heating device, and the other a mixture of water vapor with methanol, and / or dimethyl ether, and / or dimethoxymethane. The resulting superheated mixture at a temperature of 200-400 ° C enters the endothermic channels of the catalytic reactor, where the conversion reaction is carried out to obtain a hydrogen-rich gas mixture.
Нагревательный узел, объединенный с дожигателем анодных газов от ТЭ, состоит из катализатора регулярной структуры, приготовленного на основе гранулированного катализатора, либо носителей из металлопористого жаропрочного материала и активного компонента, состоящего из оксидов переходных и редкоземельных элементов 4-6 периодов, в основном, четвертого и пятого периодов, преимущественно. Co, Ni, Fe, Cr, Mn, Ti, Zr; La, Ce, Y, Sm, Pr, Gd, и металлов платиновой группы, в основном, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, преимущественно, Pt, Rh, Ru. В слое катализатора нагревательного устройства осуществляется каталитическое окисление газообразного или испаренного метанола, и/или диметилового эфира, и/или диметоксиметанома воздухом с получением горячих продуктов реакции окисления при температуре 700-1000°C. Эти горячие газы обеспечивают испарение воды в испарителе, перегрев реакционной смеси в пароперегревателе и осуществление реакции паровой конверсии в каталитическом реакторе. Полученная в результате реакции конверсии обогащенная по водороду газовая смесь подается непосредственно в батарею ТЭ.The heating unit, combined with the anode gas afterburner from the fuel cell, consists of a regular structure catalyst prepared on the basis of a granular catalyst, or supports made of metalloporous heat-resistant material and an active component consisting of transition and rare-earth oxides of periods 4-6, mainly the fourth and fifth periods, predominantly. Co, Ni, Fe, Cr, Mn, Ti, Zr; La, Ce, Y, Sm, Pr, Gd, and platinum group metals, mainly Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, mainly Pt, Rh, Ru. Catalytic oxidation of gaseous or vaporized methanol and / or dimethyl ether and / or dimethoxymethane with air is carried out in the catalyst bed of the heating device to produce hot oxidation reaction products at a temperature of 700-1000 ° C. These hot gases provide the evaporation of water in the evaporator, overheating of the reaction mixture in a superheater and the implementation of the steam reforming reaction in a catalytic reactor. The hydrogen mixture enriched in hydrogen resulting from the conversion reaction is fed directly to the fuel cell.
При запуске нагревательного узла можно использовать пусковой нагреватель, например, пламенный, работающий на метаноле, и/или диметиловом эфире, и/или диметоксиметане и воздухе, который обеспечивает предварительный разогрев катализатора до температуры 500-600°C. После достижения такой температуры пусковой нагреватель отключают, и на разогретый слой катализатора подают смесь воздуха и газообразного или испаренного углеводородного топлива в соотношении 1.1-1.15 от стехиометрического. Это приводит к каталитической реакции полного окисления с получением горячих газов, используемых для осуществления процессов в реакторе паровой конверсии. Система запуска, система подачи и дозирования реагентов, каталитический реактор, теплообменники, система управления представляют собой единую конструкцию.When starting the heating unit, a starting heater can be used, for example, a flame heater operating on methanol and / or dimethyl ether and / or dimethoxymethane and air, which provides preliminary heating of the catalyst to a temperature of 500-600 ° C. After reaching this temperature, the starting heater is turned off, and a mixture of air and gaseous or vaporized hydrocarbon fuel is fed to the heated catalyst layer in a ratio of 1.1-1.15 of the stoichiometric one. This leads to a catalytic reaction of complete oxidation to produce hot gases used to carry out processes in a steam reforming reactor. The start-up system, the reagent supply and dosing system, the catalytic reactor, heat exchangers, and the control system are a single design.
Сущность полезной модели иллюстрируется примерами и Фиг 1.The essence of the utility model is illustrated by examples and Fig 1.
На Фиг 1. представлена схема заявляемого устройства. Оно состоит из пускового (нагревательного) узла - 1, узла подготовки смеси, состоящего из смесителя - 2, испарителя - 3 и пароперегревателя - 4, каталитического реактора конверсии метанола, и/или диметилового эфира, и/или диметоксиметана - 5, батареи ТЭ - 6.In Fig 1. presents a diagram of the inventive device. It consists of a starting (heating) unit - 1, a mixture preparation unit, consisting of a mixer - 2, an evaporator - 3 and a superheater - 4, a catalytic conversion reactor for methanol, and / or dimethyl ether, and / or dimethoxymethane - 5, and batteries for TE - 6.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Исходные реагенты: метанол, и/или диметиловый эфир, и/или диметоксиметан и воздух в соотношении α=1.10-1.15 от стехиометрического подают в систему запуска нагревательного узла - 1, где происходит их поджиг. Смесь загорается и продуктами сгорания происходит разогрев каталитического блока нагревательного узла. При нагреве каталитического блока до температуры начала окисления (500-600°C) реакция окисления переходит в режим гетерогенного окисления, при котором температура катализатора и продуктов реакции достигает 900-1000°C. Далее горячий газ поступает на разогрев каталитического реактора - 5, смесителя - 2, испарителя - 3 и пароперегревателя - 4. Когда температура в каталитическом реакторе достигнет температуры начала реакции 200-300°C, в узел подготовки топлива в зависимости от типа топлива подают топливо и воду в соотношении H2O/C=1,5-4.Initial reagents: methanol, and / or dimethyl ether, and / or dimethoxymethane and air in the ratio α = 1.10-1.15 from the stoichiometric feed into the starting system of the heating unit - 1, where they are ignited. The mixture lights up and the combustion products heat up the catalytic unit of the heating unit. When the catalytic unit is heated to the temperature of the onset of oxidation (500-600 ° C), the oxidation reaction goes into a heterogeneous oxidation mode at which the temperature of the catalyst and reaction products reaches 900-1000 ° C. Next, hot gas enters to heat the catalytic reactor - 5, mixer - 2, evaporator - 3 and superheater - 4. When the temperature in the catalytic reactor reaches the temperature of the beginning of the reaction 200-300 ° C, depending on the type of fuel, fuel is supplied to the fuel preparation unit and water in the ratio of H 2 O / C = 1.5-4.
Полученная перегретая смесь поступает в эндотермические каналы каталитического реактора, где происходит реакция конверсии с образованием обогащенной по водороду газовой смеси. Образовавшаяся смесь поступает в виде топлива на батарею ТЭ - 6.The resulting superheated mixture enters the endothermic channels of the catalytic reactor, where a conversion reaction occurs with the formation of a hydrogen-rich gas mixture. The resulting mixture is supplied as fuel to the TE-6 battery.
Пример 1.Example 1
Результаты испытаний устройства при паровой конверсии метанола, диметилового эфира, диметоксиметана.The test results of the device during the steam conversion of methanol, dimethyl ether, dimethoxymethane.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013125737/05U RU138423U1 (en) | 2013-06-05 | 2013-06-05 | DEVICE FOR PRODUCING A GAS MIXTURE ENHANCED WITH HYDROGEN |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013125737/05U RU138423U1 (en) | 2013-06-05 | 2013-06-05 | DEVICE FOR PRODUCING A GAS MIXTURE ENHANCED WITH HYDROGEN |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU138423U1 true RU138423U1 (en) | 2014-03-20 |
Family
ID=50279167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013125737/05U RU138423U1 (en) | 2013-06-05 | 2013-06-05 | DEVICE FOR PRODUCING A GAS MIXTURE ENHANCED WITH HYDROGEN |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU138423U1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2677875C1 (en) * | 2017-12-18 | 2019-01-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (ИК СО РАН) | Catalyst and method for obtaining gas mixture enriched by hydrogen from dimethyl ether and air |
| RU2707880C1 (en) * | 2018-12-03 | 2019-12-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" (ИК СО РАН) | Catalyst and method of producing hydrogen-enriched gaseous mixture from dimethoxymethane and air |
| RU216707U1 (en) * | 2022-11-01 | 2023-02-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" (ИК СО РАН, Институт катализа СО РАН) | Hydrogen production device |
-
2013
- 2013-06-05 RU RU2013125737/05U patent/RU138423U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2677875C1 (en) * | 2017-12-18 | 2019-01-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (ИК СО РАН) | Catalyst and method for obtaining gas mixture enriched by hydrogen from dimethyl ether and air |
| RU2707880C1 (en) * | 2018-12-03 | 2019-12-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" (ИК СО РАН) | Catalyst and method of producing hydrogen-enriched gaseous mixture from dimethoxymethane and air |
| RU216707U1 (en) * | 2022-11-01 | 2023-02-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" (ИК СО РАН, Институт катализа СО РАН) | Hydrogen production device |
| RU2803569C1 (en) * | 2022-11-01 | 2023-09-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки " Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" (ИК СО РАН, Институт катализа СО РАН) | Method for hydrogen production |
| RU225231U1 (en) * | 2023-08-28 | 2024-04-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" (ИК СО РАН, Институт катализа СО РАН) | Energy receiving device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4520100B2 (en) | Hydrogen production apparatus and fuel cell system | |
| AU2010253491B2 (en) | Gas generator and processes for the conversion of a fuel into an oxygen-depleted gas and/or hydrogen-enriched gas | |
| Nahar et al. | Recent advances in hydrogen production via autothermal reforming process (ATR): a review of patents and research articles | |
| Sadykov et al. | Transformation of CH4 and liquid fuels into syngas on monolithic catalysts | |
| US20030188475A1 (en) | Dynamic fuel processor with controlled declining temperatures | |
| JP2002510272A (en) | Method and apparatus for autothermal reforming of hydrocarbons | |
| CN105720285B (en) | A kind of closed-type fuel cell hydrogen source system | |
| AU2006264046A1 (en) | Compact reforming reactor | |
| CN101460437A (en) | Thermo-neutral reforming of petroleum-based liquid hydrocarbons | |
| CN111483978B (en) | Reforming hydrogen production device and reforming hydrogen production method | |
| KR101866500B1 (en) | Hydrogen production rector including carbon monoxide removing unit | |
| KR100857703B1 (en) | Reaction vessel and reaction device | |
| RU113729U1 (en) | PROCESSOR FOR CONVERSION OF HYDROCARBON FUELS IN SYNTHESIS-GAS FOR APPLICATION IN SOLID-OXIDE FUEL ELEMENTS | |
| RU138423U1 (en) | DEVICE FOR PRODUCING A GAS MIXTURE ENHANCED WITH HYDROGEN | |
| JP4464230B2 (en) | Reforming apparatus and method, and fuel cell system | |
| Dai et al. | La-Ce-hexaaluminate doped by multivalent metal ion as the oxygen carrier for the optimization of hydrogen production | |
| WO2015198186A1 (en) | An autothermal reformer reactor and a feeding system thereof | |
| CN205944261U (en) | Methanol reforming reactor and small -size fuel cell power generation system | |
| KR20080060871A (en) | Multi layer catalyst reactor equipped with metal monolith heat exchanger for hydrocarbon steam reforming and producing method of hydrogen gas using the multi layer catalyst reactor | |
| US7271127B2 (en) | Catalyst for partial oxidation reforming of fuel and fuel reforming apparatus and method using the catalyst | |
| Achomo et al. | Hydrogen production from steam reforming of methanol: A comprehensive review on thermodynamics, catalysts, reactors, and kinetic studies | |
| RU191712U1 (en) | Synthesis gas production device | |
| JP4278393B2 (en) | Hydrogen production apparatus and fuel cell system | |
| JPH0335241B2 (en) | ||
| JP5145566B2 (en) | Externally heated hydrogen production apparatus and fuel cell power generation system using the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD1K | Correction of name of utility model owner | ||
| QB9K | Licence granted or registered (utility model) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20171228 Effective date: 20171228 |
|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20200606 |