RU2733605C1 - Method of producing synthetic gas or hydrogen by partial oxidation of fuel in cyclic multi-retort reactor and reactor for implementation thereof - Google Patents
Method of producing synthetic gas or hydrogen by partial oxidation of fuel in cyclic multi-retort reactor and reactor for implementation thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2733605C1 RU2733605C1 RU2020106721A RU2020106721A RU2733605C1 RU 2733605 C1 RU2733605 C1 RU 2733605C1 RU 2020106721 A RU2020106721 A RU 2020106721A RU 2020106721 A RU2020106721 A RU 2020106721A RU 2733605 C1 RU2733605 C1 RU 2733605C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- retort
- gas
- synthesis gas
- porous material
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J7/00—Apparatus for generating gases
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/346—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using heat generated by superheated steam
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/36—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using oxygen or mixtures containing oxygen as gasifying agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
- C10B1/00—Retorts
- C10B1/02—Stationary retorts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
- C10J3/06—Continuous processes
- C10J3/16—Continuous processes simultaneously reacting oxygen and water with the carbonaceous material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
- C10J3/20—Apparatus; Plants
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области получения синтез-газа или водорода при переработке различных топлив посредством парциального окисления; конкретно - к области переработки в реакторе в основном заполненном пористым теплоносителем.The invention relates to the field of production of synthesis gas or hydrogen in the processing of various fuels by means of partial oxidation; specifically - to the area of processing in a reactor, mainly filled with a porous coolant.
Известно достаточно большое число способов получения синтез-газа при парциальном окислении углеводородов, прежде всего природного газа. В частности, известны способы конверсии горючих газов в синтез-газ в реакторах с пористым наполнителем в режиме со сверхадиабатическим разогревом с обращаемым потоком газа. Такой процесс описан в статьях [Dobrego К. V., Gnezdilov N.N., Lee S.H., Choi Н.К. Methane partial oxidation reverse flow reactor scale up and optimization// Int. J. Of Hydrogen Energy, 2008. vol. 33. PP. 5535-5544, Dhamrat R.S., Ellzey J.L. Numerical and experimental study of the conversion of methane to hydrogen in a porous media reactor//Combustion and Flame, 2006, vol. 144, PP. 698-709, J.P. Bingue, A.V. Saveliev, A.A. Fridman, L.A. Kennedy, Hydrogen production in ultra-rich filtration combustion of methane and hydrogen sulphide, Int. Journal of Hydrogen Energy, 2002, vol. 27, PP. 643-649.]A fairly large number of methods for producing synthesis gas by partial oxidation of hydrocarbons, primarily natural gas, are known. In particular, methods are known for converting combustible gases to synthesis gas in reactors with a porous filler in a superadiabatic heating mode with a reversible gas flow. This process is described in the articles [Dobrego K. V., Gnezdilov N.N., Lee S.H., Choi N.K. Methane partial oxidation reverse flow reactor scale up and optimization // Int. J. Of Hydrogen Energy, 2008. vol. 33. PP. 5535-5544, Dhamrat R.S., Ellzey J.L. Numerical and experimental study of the conversion of methane to hydrogen in a porous media reactor // Combustion and Flame, 2006, vol. 144, PP. 698-709, J.P. Bingue, A.V. Saveliev, A.A. Fridman, L.A. Kennedy, Hydrogen production in ultra-rich filtration combustion of methane and hydrogen sulphide, Int. Journal of Hydrogen Energy, 2002, vol. 27, PP. 643-649.]
Описанный процесс протекает следующим образом. Смесь горючего газа (природного газа, иных углеводородных газов, сероводорода) с кислородом и, возможно, химически инертных газов (например, азота воздуха) подается в реактор, заполненный твердым пористым теплоносителем. Состав газовой смеси выбирается таким образом, чтобы количество кислорода было недостаточным для полного окисления горючего газа. В реакторе предварительно формируется слой нагретого пористого материала. Реакция горючего газа с кислородом, протекающая при недостатке последнего, при высокой температуре приводит к образованию, в случае углеводородных газов - синтез-газа, содержащего водород и окись углерода, в случае сероводорода - водорода и элементной серы. Целью процесса является получение водорода или синтез-газа с максимально возможным выходом, т.е. при минимально возможном потреблением кислорода.The described process proceeds as follows. A mixture of combustible gas (natural gas, other hydrocarbon gases, hydrogen sulfide) with oxygen and, possibly, chemically inert gases (for example, air nitrogen) is fed into a reactor filled with a solid porous coolant. The composition of the gas mixture is chosen so that the amount of oxygen is insufficient for the complete oxidation of the combustible gas. A layer of heated porous material is preliminarily formed in the reactor. The reaction of a combustible gas with oxygen, which occurs when the latter is deficient, at high temperatures leads to the formation, in the case of hydrocarbon gases, of synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide, in the case of hydrogen sulfide, hydrogen and elemental sulfur. The purpose of the process is to produce hydrogen or synthesis gas with the highest possible yield, i.e. with the lowest possible oxygen consumption.
Конверсия горючих газов в синтез-газ и водород при неполном окислении в реакторе с пористым наполнителем и обращаемым потоком описана в патенте US8323363 (J.P.Bingue et al.,. 04.12.2012, МПК [2012.01] B01J 7/00, B01J 10/00, C01B 3/36, C01B 6/24). Описано несколько вариантов реакторов для проведения процесса. Предлагается проводить окислительную конверсию углеводородных газов или сероводорода в заполненном твердым пористым материалом реакторе с периодически обращаемым потоком. Смесь указанных газов с кислородсодержащим газом подается с одного конца реактора. Зона реакции, в которой происходит неполное окисление горючих газов распространяется в слое твердого пористого материала. Для уменьшения теплопотерь внутренняя стенка реактора покрыта теплоизолирующим слоем. Камера реактора заполнена пористой матрицей - твердым пористым инертным материалом. Реактор также включает систему трубопроводов и запорной арматуры, позволяющей переключать направление газового потока в реакторе и производить попеременную подачу реакционной смеси с одного конца и производить отбор продуктов со второго, а после переключения потока производить подачу реакционной смеси со второго конца и производить отбор продуктов из первого. Переключение потока осуществляется с помощью кранов, согласованно перекрывающих и открывающих соответствующие трубопроводы. Процесс конверсии включает предварительный прогрев камеры реактора, заполненной твердой пористой матрицей, подачу реакционной смеси сквозь нагретую матрицу, где реакционная смесь реагирует при высокой температуре, формируя зону реакции. Направление подачи реакционной смеси по прошествии предписанного времени меняют на противоположное. Обращение потока позволяет удержать зону реакции внутри реактора и позволяет повысить энергетическую эффективность процесса. Когда зона реакции перемещается в реакторе в направлении газового потока, газовая смесь прогревается за счет тепла, запасенного пористой матрицей, и это обеспечивает протекание реакции при более высокой температуре при меньшем тепловом эффекте. Это позволяет проводить конверсию сверхбогатых смесей, количество кислорода в которых существенно ниже, чем необходимо для полного окисления. Однако режим окислительно-паровой конверсии смеси углеводородных газов с кислородом (который реализуется в каждом полупериоде описанного процесса) не обеспечивает температуры достаточно высокой для активного вовлечения водяного пара в реакцию с метаном.The conversion of combustible gases to synthesis gas and hydrogen during incomplete oxidation in a reactor with a porous filler and reversible flow is described in patent US8323363 (JP Bingue et al.,. 04.12.2012, IPC [2012.01] B01J 7/00, B01J 10/00,
В способе получения синтез-газа или водорода при переработке (парциальном окислении) горючих, наиболее близком к заявляемому, описанном в патенте RU2574464 (Дорофеенко С.О. и др., опуб.: 10.02.2016 Бюл. №4, МПК B01J 7/00 [2006.01]) предложен путь проведения процесса с более высокой энергетической эффективностью, в том числе за счет вовлечения в реакцию водяного пара, т.е., при сжигании в процессе малой доли сырья. В указанном патенте описан способ получения синтез-газа и/или водорода из горючего сырья, в том числе: метана, пропана, бутана, жидких углеводородов, сероводорода, твердых топлив, в том числе биомассы, твердых углеводородов, угля, а также смесей, содержащих вышеперечисленные компоненты, в трубчатом реакторе с обращаемым потоком. Способ включает предварительный разогрев по крайней мере части камеры трубчатого реактора, заполненной твердым пористым материалом до высокой температуры с использованием внешнего источника энергии, например, газовой горелки или электрического нагревателя. Далее в трубчатый реактор подают два реагента, один из реагентов - горючее, и второй - кислородсодержащий газ, причем кислородсодержащий газ подают в количестве недостаточном для полного окисления горючего. Проводят реакцию горючего и кислородсодержащего газа в слое твердого пористого материала, заполняющего камеру реактора. При этом обеспечивают установление в трубчатом реакторе газового потока от одного конца реактора до другого конца посредством подачи газообразного реагента с одного конца реактора и вывода газообразных продуктов реакции в виде синтез-газа с противоположного конца. Температуру в реакторе непрерывно измеряют и по мере повышения температуры синтез-газа на выходе из реактора выше предписанного предела производят переключение газового потока в реакторе на противоположное, для чего начинают подавать газообразный реагент в тот конец реактора, который до этого служил для отбора синтез-газа, а отбор синтез-газа, напротив, начинают производить с того конца реактора, который до этого служил для подачи газообразного реагента. Далее процесс продолжают, периодически изменяя направление газового потока в реакторе. При этом реагенты подают в реактор раздельно: один из реагентов, газообразный реагент - А - подают с одного конца реактора, а второй реагент- В - подают в среднюю часть реактора и проводят смешение реагентов в средней части реактора.In the method of producing synthesis gas or hydrogen during the processing (partial oxidation) of fuels, closest to the claimed one, described in patent RU2574464 (Dorofeenko S.O. et al., Publ .: 10.02.2016 Bull. No. 4, IPC B01J 7 / 00 [2006.01]) proposed a way of carrying out the process with a higher energy efficiency, including due to the involvement of water vapor in the reaction, ie, when a small fraction of the raw material is burned in the process. This patent describes a method for producing synthesis gas and / or hydrogen from combustible feedstock, including: methane, propane, butane, liquid hydrocarbons, hydrogen sulfide, solid fuels, including biomass, solid hydrocarbons, coal, as well as mixtures containing the above components, in a reversible tubular reactor. The method includes preheating at least a part of a tube reactor chamber filled with a solid porous material to a high temperature using an external energy source, for example, a gas burner or an electric heater. Next, two reagents are fed into the tubular reactor, one of the reagents is fuel, and the second is an oxygen-containing gas, and the oxygen-containing gas is supplied in an amount insufficient for complete oxidation of the fuel. The reaction of the combustible and oxygen-containing gas is carried out in a layer of solid porous material filling the reactor chamber. At the same time, a gas flow is established in the tubular reactor from one end of the reactor to the other end by supplying a gaseous reactant from one end of the reactor and withdrawing gaseous reaction products in the form of synthesis gas from the opposite end. The temperature in the reactor is continuously measured and as the temperature of the syngas at the outlet of the reactor rises above the prescribed limit, the gas flow in the reactor is switched to the opposite one, for which the gaseous reagent is fed to that end of the reactor, which previously served to extract the syngas, and the selection of synthesis gas, on the contrary, begins to be carried out from that end of the reactor, which previously served to supply the gaseous reactant. Then the process continues, periodically changing the direction of the gas flow in the reactor. In this case, the reagents are fed into the reactor separately: one of the reagents, the gaseous reagent - A - is fed from one end of the reactor, and the second reagent - B - is fed into the middle part of the reactor and the reactants are mixed in the middle part of the reactor.
Такая организация процесса обеспечивает ряд преимуществ. Во-первых, отсутствие в системе реакционной смеси повышает общую пожаро-взрывобезопасность производства. Во-вторых, раздельная подача реагентов позволяет провести предварительный разогрев газообразного реагента А, который подают сквозь слой твердого пористого материала, разогретого в предшествующем полуцикле процесса до высокой температуры, при которой в предварительно перемешанной смеси реакция уже интенсивно протекала бы; таким образом можно достичь более высоких температур, что обеспечивает более высокий выход целевых продуктов (водорода и окиси углерода), в частности за счет вовлечения в реакцию водяного пара. Дополнительное улучшение, предложенное в патенте RU2574464 заключается в том, что перед изменением направления газового потока в реакторе на короткое время прекращают подачу реагента А и подают вместо реагента А синтез-газ в количестве по объему не менее половины внутреннего объема реактора. Это улучшение позволяет не допустить попадания в синтез-газ непрореагировавших исходных реагентов при переключениях направления потока.This organization of the process provides several advantages. Firstly, the absence of a reaction mixture in the system increases the overall fire and explosion safety of the production. Secondly, the separate supply of the reagents allows preliminary heating of the gaseous reagent A, which is fed through a layer of solid porous material heated in the previous half-cycle of the process to a high temperature at which the reaction would have proceeded intensively in the premixed mixture; in this way, higher temperatures can be achieved, which provides a higher yield of target products (hydrogen and carbon monoxide), in particular due to the involvement of water vapor in the reaction. An additional improvement proposed in patent RU2574464 consists in the fact that before changing the direction of the gas flow in the reactor, the supply of reactant A is briefly stopped and instead of reactant A, synthesis gas is supplied in an amount by volume of at least half of the internal volume of the reactor. This improvement prevents unreacted feed reagents from entering the synthesis gas when the flow direction is switched.
Вместе с тем, предложенный в патенте RU2574464 способ не свободен от недостатков. При изменении направления газового потока в реакторе неизбежно происходит перестройка зоны реакции и, как следствие, меняются характеристики получаемого синтез-газа. При включении в операционный цикл продувки реактора получаемым синтез-газом процесс в реакторе приходится на время продувки прерывать. Из сказанного следует техническая задача, решаемая настоящим изобретением -получение синтез-газа или водорода при переработке (парциальном окислении) горючего сырья, прежде всего углеводородного, с высокой энергетической эффективностью, т.е., при наименьшей доле сырья, окисляемой кислородом в процессе, и при этом обеспечить непрерывность процесса.At the same time, the method proposed in the patent RU2574464 is not free from disadvantages. When the direction of the gas flow in the reactor is changed, the reaction zone is inevitably restructured and, as a consequence, the characteristics of the resulting synthesis gas change. When purging the reactor with the resulting synthesis gas is included in the operating cycle, the process in the reactor must be interrupted during the purging. From the foregoing, the technical problem solved by the present invention follows - the production of synthesis gas or hydrogen during the processing (partial oxidation) of combustible feedstock, primarily hydrocarbon, with high energy efficiency, i.e., with the smallest fraction of feedstock oxidized by oxygen in the process, and while ensuring the continuity of the process.
Поставленная задача решается в предлагаемом способе получения синтез-газа или водорода из горючего сырья, в том числе: метана, пропана, бутана, жидких углеводородов, сероводорода, твердых топлив, в том числе биомассы, твердых углеводородов, угля, а также смесей, содержащих вышеперечисленные компоненты, в многоретортном циклическом реакторе, в существенной мере заполненном твердым пористым материалом, с циклически переключаемым потоком. Предлагаемый способ включает предварительный разогрев по крайней мере части камеры реактора, заполненной твердым пористым материалом, до высокой температуры с использованием внешнего источника энергии, например газовой горелки или электрического нагревателя. Далее в реактор подают два реагента: один из реагентов - горючее, и второй - кислородсодержащий газ, причем расход реагентов регулируют таким образом, что кислородсодержащий газ подают в количестве недостаточном для полного окисления горючего. Проводят реакцию горючего и кислородсодержащего газа и выведение газообразных продуктов из реактора. При этом обеспечивают установление в реакторе газового потока посредством подачи газообразного реагента в одной части реактора и вывода газообразных продуктов реакции в виде синтез-газа из другой части. Температуру в реакторе непрерывно измеряют и по мере повышения температуры синтез-газа на выходе из реактора выше предписанного предела производят переключение газового потока в реакторе, для чего начинают производить отбор синтез-газа в той части реактора, в которой до этого твердый пористый материал охлаждался за счет подачи газообразного реагента. Далее процесс продолжают, периодически производя переключение газового потока в реакторе. При этом реагенты подают в реактор раздельно: один из реагентов, газообразный реагент - А - подают в одну часть реактора, направляют поток реагента А через слой нагретого твердого пористого материала, а второй реагент - В - подают в реактор ниже по газовому потоку и проводят смешение реагента В и нагретого при теплообмене с твердым пористым материалом реагента А, а поток продуктов реакции в виде синтез-газа направляют сквозь слой твердого пористого материала.The problem is solved in the proposed method for producing synthesis gas or hydrogen from combustible raw materials, including: methane, propane, butane, liquid hydrocarbons, hydrogen sulfide, solid fuels, including biomass, solid hydrocarbons, coal, as well as mixtures containing the above components, in a multi-rotor cyclic reactor, substantially filled with a solid porous material, with a cyclically switched flow. The proposed method includes preheating at least part of the reactor chamber filled with a solid porous material to a high temperature using an external energy source, such as a gas burner or an electric heater. Further, two reagents are fed into the reactor: one of the reagents is fuel, and the second is an oxygen-containing gas, and the flow rate of the reagents is controlled in such a way that the oxygen-containing gas is supplied in an amount insufficient for complete oxidation of the fuel. The reaction of the combustible and oxygen-containing gas is carried out and the removal of gaseous products from the reactor. In this case, the establishment of a gas flow in the reactor is ensured by supplying a gaseous reactant in one part of the reactor and withdrawing gaseous reaction products in the form of synthesis gas from the other part. The temperature in the reactor is continuously measured and as the temperature of the syngas at the outlet of the reactor rises above the prescribed limit, the gas flow in the reactor is switched, for which the sampling of syngas begins in that part of the reactor, in which the solid porous material was previously cooled by supply of gaseous reagent. Then the process is continued, periodically switching the gas flow in the reactor. In this case, the reagents are fed into the reactor separately: one of the reagents, the gaseous reagent - A - is fed into one part of the reactor, the flow of the reagent A is directed through a layer of heated solid porous material, and the second reagent - B - is fed into the reactor downstream of the gas flow and mixing is carried out reagent B and reagent A heated during heat exchange with solid porous material, and the reaction product stream in the form of synthesis gas is directed through a layer of solid porous material.
Новизна предлагаемого метода заключается в том, что процесс проводят в циклическом многоретортном реакторе, выполненном в виде не менее двух циклически соединенных реторт - объемов, в основном заполненных твердым пористым материалом, снабженных запорными устройствами, перекрывающими и открывающими поток газа между ретортами, где каждая реторта снабжена устройствами ввода реагентов и вывода синтез-газа. При этом отбор синтез-газа производят из реторты, газовый поток из которой в следующую по циклу реторту перекрыт, причем при прогреве твердого пористого материала в реторте, из которой производят отбор синтез-газа, производят переключение потока: открывают поток из реторты, из которой производили отбор синтез-газа, в следующую реторту, перекрывают поток газа из следующей реторты в следующую за ней по циклу, начинают отбор синтез-газа из следующей реторты и переключают подачу реагентов А и В на одну реторту по циклу.The novelty of the proposed method lies in the fact that the process is carried out in a cyclic multi-retort reactor, made in the form of at least two cyclically connected retorts - volumes, mainly filled with solid porous material, equipped with shut-off devices that block and open the gas flow between retorts, where each retort is equipped with devices for input of reagents and output of synthesis gas. In this case, the synthesis gas is taken from the retort, the gas flow from which to the next retort in the cycle is shut off, and when the solid porous material is heated in the retort, from which the synthesis gas is taken, the flow is switched: the flow is opened from the retort, from which extraction of synthesis gas to the next retort, shut off the gas flow from the next retort to the next one in the cycle, start the extraction of synthesis gas from the next retort and switch the supply of reagents A and B to one retort in the cycle.
Технический результат при осуществлении предлагаемого способа заключается в возможности проведения процесса в практически непрерывном режиме при сохранении высокой энергетической эффективности процесса, поскольку тепло, отобранное твердым теплоносителем у синтез-газа, после циклического переключения потока в ретортах возвращается в процесс с газообразным реагентом А, подаваемым в прогретую реторту реактора.The technical result in the implementation of the proposed method consists in the possibility of carrying out the process in an almost continuous mode while maintaining the high energy efficiency of the process, since the heat taken away by the solid coolant from the synthesis gas, after cyclic switching of the flow in the retorts, returns to the process with the gaseous reagent A supplied to the heated retort of the reactor.
Предпочтительно отношение расходов реагентов регулируют таким образом, чтобы температура газообразных продуктов на входе в пористый материал в реторте следующей за подачей реагента В составляла не менее 1000°С. Это значение температуры обеспечивает протекание реакции конверсии с достаточной скоростью и полнотой. При этом при необходимости повысить указанную температуру производят увеличение относительного расхода кислородсодержащего газа.Preferably, the ratio of the flow rates of the reactants is adjusted so that the temperature of the gaseous products at the entrance to the porous material in the retort following the feed of the reactant B is at least 1000 ° C. This temperature value ensures that the conversion reaction proceeds with sufficient speed and completeness. In this case, if it is necessary to increase the specified temperature, the relative flow rate of the oxygen-containing gas increases.
Заявленный процесс допускает в его общих рамках усовершенствование, заключающееся в том, что процесс проводят в реакторе, включающем не менее трех циклически соединенных реторт, заполненных твердым пористым материалом, причем подачу реагента В производят в реторту предшествующую в направлении газового потока реторте, из которой производят отбор синтез-газа, а переключение подачи реагентов А и В производят после прогревания до высокой температуры основной массы твердого пористого материала в реторте из которой производят отбор синтез-газа. При такой организации процесса газообразные продукты, образующиеся при реакции А и В поступают в слой твердого пористого материала прогретого до высокой температуры, что обеспечивает условия для протекания конверсии с высокой полнотой и скоростью.The claimed process allows, within its general framework, an improvement, consisting in the fact that the process is carried out in a reactor that includes at least three cyclically connected retorts filled with a solid porous material, and the reagent B is fed into the retort preceding the retort in the direction of the gas flow, from which the sample is taken synthesis gas, and switching the supply of reagents A and B is performed after heating to a high temperature the bulk of the solid porous material in the retort from which the synthesis gas is taken. With such an organization of the process, the gaseous products formed during the reaction A and B enter a layer of solid porous material heated to a high temperature, which provides conditions for the conversion to proceed with high completeness and speed.
Заявленный процесс допускает в его общих рамках усовершенствование, заключающееся в том, что процесс проводят в реакторе, включающем не менее трех циклически соединенных реторт, заполненных твердым пористым материалом, причем в реторту непосредственно следующую в направлении газового потока за ретортой, из которой производят отбор синтез-газа, подают синтез-газ, принудительно отбирая его из коллектора продуктов. Синтез-газ подают с таким расходом, чтобы его объем за время между переключениями потока составил не менее внутреннего объема реторты, что позволяет провести к моменту переключения потока полное вытеснение реагента А из реторты и таким образом предотвратить попадание реагента А в синтез-газ при переключении потока.The claimed process allows, within its general framework, an improvement, which consists in the fact that the process is carried out in a reactor that includes at least three cyclically connected retorts filled with a solid porous material, and in the retort immediately following in the direction of the gas flow after the retort, from which synthesis is taken. gas, syngas is supplied, forcibly withdrawing it from the product manifold. The synthesis gas is supplied at such a rate that its volume during the time between flow switchings is not less than the internal volume of the retort, which makes it possible to completely displace reactant A from the retort by the time the flow is switched and thus prevent the ingress of reactant A into the synthesis gas when switching the flow ...
Предпочтительно заявленный процесс проводят в реакторе, включающем не менее четырех циклически соединенных реторт, заполненных твердым пористым материалом, причем в реторту непосредственно следующую в направлении газового потока за ретортой, из которой производят отбор синтез-газа, подают синтез-газ, принудительно отбирая его из коллектора продуктов. Синтез-газ подают с таким расходом, чтобы его объем за время между переключениями потока составил не менее внутреннего объема реторты. При этом подачу реагента В производят в реторту предшествующую в направлении газового потока реторте, из которой производят отбор синтез-газа, а переключение подачи реагентов А и В производят после прогревания до высокой температуры основной массы твердого пористого материала в реторте из которой производят отбор синтез-газа. Таким образом обеспечивают к моменту переключения потока полное вытеснение реагента А из реторты и таким образом предотвращают попадание реагента А в синтез-газ при переключении потока. Одновременно обеспечивается поступление газообразных продуктов, образующихся при реакции А и В в каждый момент в слой твердого пористого материала прогретого до высокой температуры, что создает условия для непрерывного протекания конверсии с высокой полнотой и скоростью.Preferably, the claimed process is carried out in a reactor including at least four cyclically connected retorts filled with a solid porous material, and synthesis gas is fed into the retort immediately following the retort from which the synthesis gas is extracted, forcibly withdrawing it from the manifold products. Synthesis gas is supplied at such a rate that its volume during the time between flow switches is not less than the internal volume of the retort. In this case, the reagent B is fed into the retort, which is preceded in the direction of the gas flow by the retort, from which the synthesis gas is withdrawn, and the switching of the supply of the reagents A and B is performed after the bulk of the solid porous material in the retort is heated to a high temperature, from which the synthesis gas is withdrawn ... Thus, by the time the flow is switched, reagent A is completely displaced from the retort, and thus reagent A is prevented from entering the synthesis gas when the flow is switched. At the same time, the flow of gaseous products formed during the reaction of A and B at each moment into a layer of solid porous material heated to a high temperature is provided, which creates conditions for the continuous flow of conversion with high completeness and speed.
Дальнейшее улучшение при переработке углеводородов может быть достигнуто, если в состав реагента А добавляют водяной пар. При этом водяной пар при высокой температуре в зоне горения вступает в реакции с углеводородами и окисью углерода с образованием дополнительного количества водорода в синтез-газе. Добавление пара именно в реагент А позволяет без затрат энергии - за счет тепла, запасенного твердым пористым материалом - подогреть пар до высокой температуры перед поступлением его в зону реакции.Further improvement in the processing of hydrocarbons can be achieved if steam is added to reactant A. In this case, water vapor at a high temperature in the combustion zone reacts with hydrocarbons and carbon monoxide to form an additional amount of hydrogen in the synthesis gas. The addition of steam to reagent A allows, without energy consumption - due to the heat stored by the solid porous material - to heat the steam to a high temperature before entering the reaction zone.
Добавление водяного пара в состав реагента А может быть достигнуто также и при подаче в ту же часть реактора, куда подают реагент А, воды в жидкой фазе. В этом случае парообразование происходит за счет тепла, запасенного твердым пористым материалом в предыдущем цикле, и это повышает общую энергетическую эффективность процесса.The addition of water vapor to the composition of reagent A can also be achieved by feeding water in the liquid phase into the same part of the reactor where reagent A is fed. In this case, vaporization occurs due to the heat stored in the solid porous material in the previous cycle, and this increases the overall energy efficiency of the process.
В одной возможной реализации процесса в качестве реагента А в реактор подают метан, пропан, бутан, природный газ, попутный нефтяной газ, сероводород или смесь вышеперечисленных газов между собой и, возможно, с иными газами, в т.ч. углекислым газом и/или водяным паром, а в качестве реагента В в реактор ниже по потоку газа подают кислородсодержащий газ - воздух, кислород или обогащенный кислородом воздух. Такая организация процесса предпочтительна, когда горючий газ содержит существенную долю инертных составляющих; тогда тепло, отбираемое у твердого пористого материала и затрачиваемое на нагревание инертных составляющих газа А до температуры реакции, рекуперируется при фильтрации синтез-газа, нагревающего твердый пористый материал в части реактора (реторте) ниже зоны реакции по потоку газа.In one possible implementation of the process, methane, propane, butane, natural gas, associated petroleum gas, hydrogen sulfide, or a mixture of the above gases with each other and, possibly, with other gases, incl. carbon dioxide and / or water vapor, and as reactant B, oxygen-containing gas - air, oxygen or oxygen-enriched air - is fed into the reactor downstream of the gas flow. Such an organization of the process is preferable when the combustible gas contains a significant proportion of inert components; Then the heat taken from the solid porous material and spent on heating the inert constituents of gas A to the reaction temperature is recovered during filtration of synthesis gas heating the solid porous material in the part of the reactor (retort) below the reaction zone downstream of the gas flow.
Альтернативно, в качестве реагента А через слой нагретого твердого пористого материала подают воздух или обогащенный кислородом воздух, возможно в смеси с углекислым газом и/или водяным паром, а в качестве реагента В ниже по потоку газа в реактор подают метан, пропан, бутан, природный газ, попутный нефтяной газ, жидкие углеводороды или смесь вышеперечисленных компонентов. Такая организация процесса предпочтительна, когда в качестве окислителя используют воздух, содержащий большое количество химически инертного азота, на нагревание которого до температуры реакции затрачивается энергия. Кроме того, такая схема реализации процесса дает возможность провести конверсию в синтез-газ жидкостей, которые не могут быть поданы в виде смеси с газом-окислителем, например, глицерина или тяжелых углеводородов.Alternatively, air or oxygen-enriched air is supplied as reactant A through a layer of heated solid porous material, possibly mixed with carbon dioxide and / or water vapor, and as reactant B downstream of the gas flow, methane, propane, butane, natural gas, associated petroleum gas, liquid hydrocarbons or a mixture of the above components. Such an organization of the process is preferable when air containing a large amount of chemically inert nitrogen is used as the oxidizing agent, and energy is expended on heating it to the reaction temperature. In addition, such a scheme for the implementation of the process makes it possible to carry out the conversion into synthesis gas of liquids that cannot be supplied as a mixture with an oxidizing gas, for example, glycerin or heavy hydrocarbons.
При подаче в реактор в качестве реагента А воздуха или обогащенного кислородом воздуха, возможно в смеси с углекислым газом и/или водяным паром, появляется возможность конвертировать в синтез-газ также и твердое органическое топливо. Для этого твердое органическое топливо (твердые углеводороды, в т.ч. пластики, биомассу, бурый или каменный уголь, различные смеси этих компонентов) подают в измельченном виде в реактор, возможно совместно с углеводородными газами или жидкими углеводородами, в качестве реагента В. Твердое топливо, попадая в реакторе в газовый поток, смешивается с нагретым до высокой температуры газом-окислителем А и реагирует с образованием синтез-газа.When air or oxygen-enriched air is fed into the reactor as reagent A, possibly mixed with carbon dioxide and / or water vapor, it becomes possible to convert solid organic fuel into synthesis gas as well. For this, solid organic fuel (solid hydrocarbons, including plastics, biomass, lignite or bituminous coal, various mixtures of these components) is fed in a crushed form into the reactor, possibly together with hydrocarbon gases or liquid hydrocarbons, as a reagent B. Solid the fuel, entering the gas stream in the reactor, mixes with the oxidizing gas A heated to a high temperature and reacts to form synthesis gas.
Для реализации описанного выше процесса получения синтез-газа или водорода предлагается реактор, включающий газоплотный корпус и камеру реактора, причем камера реактора в преобладающей части своего объема заполнена твердым пористым материалом; реактор снабжен системой газопроводов, присоединенных к реактору и запорной арматурой, например газовыми кранами, позволяющими подавать газ в реактор и отбирать из реактора газообразные продукты. Новизна предлагаемого решения заключается в том, что реактор выполнен в виде циклически соединенных двух или более реторт, причем каждая из реторт в преобладающей части своего объема заполнена твердым пористым материалом и снабжена устройством, перекрывающим газовый поток из реторты в следующую за ней, а газопроводы присоединенные к реактору обеспечивают возможность подачи в каждую из реторт одного из двух реагентов и отбора из каждой реторты газообразных продуктов. Вводы для подачи в каждую реторту реагентов А и В могут быть выполнены как раздельно для каждого реагента, так и с использованием одного входного трубопровода; при этом изменение вида подаваемого реагента обеспечивают системой трубопроводов и запорной аппаратуры вне реактора.To implement the above-described process for producing synthesis gas or hydrogen, a reactor is proposed, which includes a gas-tight body and a reactor chamber, the reactor chamber being filled with a solid porous material in the predominant part of its volume; the reactor is equipped with a system of gas pipelines connected to the reactor and shut-off valves, for example, gas valves, allowing gas to be supplied to the reactor and gaseous products removed from the reactor. The novelty of the proposed solution lies in the fact that the reactor is made in the form of cyclically connected two or more retorts, and each of the retorts in the predominant part of its volume is filled with a solid porous material and equipped with a device that blocks the gas flow from the retort to the next one, and gas pipelines are connected to the reactor is provided with the possibility of supplying one of the two reagents to each of the retorts and withdrawing gaseous products from each retort. Inlets for supplying reagents A and B to each retort can be made either separately for each reagent or using one inlet pipeline; in this case, a change in the type of the supplied reagent is provided by a system of pipelines and shut-off equipment outside the reactor.
Предпочтительно реактор выполнен с числом реторт не менее трех, причем каждая из реторт дополнительно снабжена устройством (газопроводом и запорной аппаратурой) для попеременной подачи в каждую из реторт синтез-газа.Preferably, the reactor is made with at least three retorts, and each of the retorts is additionally equipped with a device (gas pipeline and shut-off equipment) for alternately supplying synthesis gas to each of the retorts.
Для обеспечения как вытеснения реагента А перед переключением потока, так и непрерывного поступления продуктов реакции в слой нагретого твердого пористого материала, реактор предпочтительно выполняют с числом реторт не менее четырех, причем каждая из реторт дополнительно снабжена устройством (газопроводом и запорной аппаратурой) для попеременной подачи в каждую из реторт синтез-газа.To ensure both the displacement of the reagent A before switching the flow, and the continuous flow of reaction products into the layer of heated solid porous material, the reactor is preferably made with at least four retorts, and each of the retorts is additionally equipped with a device (gas pipeline and shut-off equipment) for alternating supply to each of the synthesis gas retorts.
Устройство, перекрывающее газовый поток из реторты в следующую за ней реторту, может быть выполнено в виде заслонки, перекрывающей сечение реактора между ретортой и следующей за ней. Заслонку снабжают механическим приводом, который обеспечивает перемещение заслонки при ее открывании и закрывании.The device shutting off the gas flow from the retort to the retort following it can be made in the form of a damper covering the section of the reactor between the retort and the next one. The damper is equipped with a mechanical drive, which ensures the movement of the damper when it is opened and closed.
Альтернативно, устройство, перекрывающее газовый поток из реторты в следующую за ней реторту, может быть выполнено в виде U-образного колена между двумя последовательными ретортами, причем U-образное колено снабжено трубопроводами, позволяющими заполнить колено жидкостью (например водой) и трубопроводом в нижней точке U-образного колена, позволяющим слить воду, заполняющую колено, и таким образом открыть просвет для газового потока между ретортами.Alternatively, the device for shutting off the gas flow from the retort to the retort following it can be made in the form of a U-shaped elbow between two successive retorts, and the U-shaped elbow is equipped with pipelines that allow filling the elbow with liquid (for example, water) and a pipeline at the lowest point U-shaped elbow, which allows the water filling the elbow to be drained and thus open the gap for gas flow between the retorts.
На Фиг. 1 представлена принципиальная схема возможной реализации процесса в циклическом двухретортном реакторе и показаны основные элементы соответствующего устройства.FIG. 1 shows a schematic diagram of a possible implementation of the process in a cyclic two-retort reactor and shows the main elements of the corresponding device.
На Фиг. 2 представлена принципиальная схема возможной реализации процесса в циклическом четырехретортном реакторе и показаны основные элементы соответствующего устройства.FIG. 2 shows a schematic diagram of a possible implementation of the process in a cyclic four-retort reactor and shows the main elements of the corresponding device.
Фиг. 3 иллюстрирует возможную реализацию конструкции одной из циклически соединяемых реторт в случае, когда запорным устройством служит заполняемое жидкостью U-образное колено.FIG. 3 illustrates a possible implementation of the design of one of the cyclically connected retorts in the case when the shut-off device is a U-shaped elbow filled with liquid.
Данные ниже примеры возможной реализации процесса, проиллюстрированные Фиг. 1-2, подтверждают, но не исчерпывают предлагаемый способ конверсии органического топлива с получением синтез-газа. Фиг. 1-3 иллюстрируют и схематически представляют предпочтительные конструктивные варианты предлагаемых устройств, но не ограничивают возможные реализации конструкции реактора.Examples of possible process implementations given below, illustrated in FIG. 1-2, confirm, but do not exhaust the proposed method for the conversion of organic fuel to obtain synthesis gas. FIG. 1-3 illustrate and schematically represent the preferred design options for the proposed devices, but do not limit the possible implementation of the design of the reactor.
Пример 1.Example 1.
На Фиг. 1 представлена принципиальная схема возможной реализации процесса в циклическом двухретортном реакторе.FIG. 1 shows a schematic diagram of a possible implementation of the process in a cyclic two-retort reactor.
Процесс протекает следующим образом:The process proceeds as follows:
Конверсия газообразного топлива (далее в настоящем примере рассматривается конверсия углеводородного газа, например, попутного нефтяного газа) проводится в циклическом реакторе, включающем две трубчатые реторты 1 и 2, имеющие газоплотный корпус и снабженные теплоизолирующим слоем. Реторты разделяются выдвигаемыми заслонками 91 и 92. Основная часть объема каждой из реторт заполнена твердым пористым материалом. В качестве твердого пористого материала может быть использована, например, засыпка гранулированного огнеупора. В фазе работы, представленной на Фиг. 1, заслонка 91 открыта, так что газ из реторты 1 перетекает в реторту 2; заслонка 92 закрыта. Углеводородный газ А в смеси с водяным паром подают в реторту 1 реактора через ввод 61 Парогазовая смесь А в реторте 1 фильтруется через слой твердого пористого материала нагретого в предшествующей фазе процесса. Нагревшийся при фильтрации через слой нагретого твердого пористого материала газ поступает в реторту 2, куда через ввод 72 подают реагент В, кислород, в количестве недостаточном для окисления газа А. Подачу газа В осуществляют в часть реторты 2, не занятую пористым материалом, что обеспечивает быстрое и полное смешение реагентов. Предварительно нагретый углеводородный газ реагирует с кислородом при высокой температуре; в результате реакции образуется синтез-газ G, содержащий окись углерода и водород. Синтез-газ далее фильтруется в реторте 2 через слой твердого пористого материала, нагревая последний, а сам синтез-газ при этом остывает и выходит из камеры реактора по газоходу 82 при относительно низкой температуре. В ходе работы реактора непрерывно контролируют температуру в камере реактора и температуру синтез-газа G на выходе из камеры реактора (на газоходе 82). Когда температура превышает предписанное значение (Это означает, что прогрелся до высокой температуры весь слой твердого пористого материала в реторте 2.) производят переключение газовых потоков. Для этого одновременно: закрывают заслонку 91, открывают заслонку 92, перекрывают подачу реагента А через ввод 61 и открывают подачу реагента А через ввод 62, перекрывают подачу реагента В через ввод 72 и открывают подачу реагента В через ввод 71, отбор синтез-газа G через газоход 82 перекрывают и открывают отбор синтез-газа G через газоход 81. При совершении указанных переключений реторты 1 и 2 меняются ролями: реагент А теперь поступает в реторту 2, где нагревается за счет теплообмена с твердым пористым материалом, нагретым в предыдущей фазе процесса при теплообмене с горячим синтез-газом G. В то же время, синтез-газ G, образующийся в реторте 1, прежде чем покинуть реактор через газоход 81 отдает свое тепло твердому пористому материалу в реторте 1. В каждой последующей фазе процесса углеводородный газ А нагревается при фильтрации в слое твердого пористого материала, нагретого в предыдущей фазе и реагирует с кислородсодержащим газом при высокой температуре. Возможность достижения высокой температуры при малом тепловом эффекте реакции обеспечивает высокий выход целевых продуктов - водорода и окиси углерода в процессе конверсии.Conversion of gaseous fuel (hereinafter in this example, the conversion of hydrocarbon gas, for example, associated petroleum gas, is considered) is carried out in a cyclic reactor including two tubular retorts 1 and 2 having a gas-tight body and equipped with a heat-insulating layer. The retorts are separated by retractable flaps 9 1 and 9 2 . The main part of the volume of each of the retorts is filled with solid porous material. As a solid porous material, for example, granular refractory filling can be used. In the operating phase shown in FIG. 1, the damper 9 1 is open, so that the gas from the
Пример 2.Example 2.
Фиг. 2 представляет схему возможной реализации процесса при проведении конверсии в синтез-газ в циклическом четырехретортном реакторе. Процесс протекает следующим образом:FIG. 2 presents a diagram of a possible implementation of the process when carrying out conversion to synthesis gas in a cyclic four-retort reactor. The process proceeds as follows:
Конверсия газообразного топлива (далее в настоящем примере рассматривается конверсия углеводородного газа) проводится в циклическом реакторе, включающем четыре соединенные по циклу трубчатые реторты 1-4, имеющие газоплотный корпус и снабженные теплоизолирующим слоем. Реторты снабжены выдвигаемыми заслонками 91, 92, 93 и 94, соответственно, которые в закрытом состоянии перекрывают газовый поток из реторты в следующую за ней по циклу реторту. Основная часть объема каждой из реторт заполнена твердым пористым материалом. В фазе работы, представленной на Фиг. 2, заслонки 91, 92 и 93 открыты, так что газ из реторты 1 перетекает в реторту 2, из реторты 2 перетекает в реторту 3, а из реторты 3 перетекает в реторту 4; заслонка 94 закрыта.Conversion of gaseous fuel (further in the present example, the conversion of hydrocarbon gas is considered) is carried out in a cyclic reactor, which includes four tubular retorts 1-4 connected in a loop, having a gas-tight body and equipped with a heat-insulating layer. The retorts are equipped with retractable dampers 9 1 , 9 2 , 9 3 and 9 4 , respectively, which in the closed state shut off the gas flow from the retort to the retort following it in the cycle. The main part of the volume of each of the retorts is filled with solid porous material. In the operating phase shown in FIG. 2, the dampers 9 1 , 9 2 and 9 3 are open, so that the gas from the
Углеводородный газ А в смеси с водяным паром подают в реторту 2 через ввод 62. При этом в реторту 1 через ввод 51 принудительно, например, с помощью компрессора, подают синтез-газ G, отбираемый из коллектора синтез-газа. Расход синтез-газа через ввод 51 выбирают с таким расчетом, чтобы за один период переключения потоков полностью вытеснить из реторты 1 парогазовую смесь А, заполнявшую реторту 1 в конце предыдущего цикла и, соответственно, полностью заполнить реторту 1 синтез-газом G к тому моменту, когда синтез-газ начнут отбирать из реторты 1. Парогазовая смесь А с небольшой примесью синтез-газа G в реторте 2 фильтруется через слой твердого пористого материала нагретого в предшествующем цикле процесса. Нагревшийся при фильтрации через слой нагретого твердого пористого материала в реторте 2 газ поступает в реторту 3, куда через ввод 73 подают реагент В, кислород, в количестве недостаточном для окисления газа А. Подачу кислорода осуществляют в часть реторты 3 не занятой пористым материалом, что обеспечивает быстрое и полное смешение реагентов. Предварительно нагретый в реторте 2 углеводородный газ А, реагирует с кислородом при высокой температуре; в результате реакции образуется синтез-газ G, содержащий окись углерода и водород. Синтез-газ далее фильтруется в ретортах 3 и 4 через слой твердого пористого материала, нагревая последний, а сам синтез-газ при этом остывает и выходит из камеры реактора по газоходу 84 при относительно низкой температуре. В ходе работы реактора непрерывно контролируют температуру в камере реактора и температуру синтез-газа G на выходе из камеры реактора (на газоходе 84). Когда температура превышает предписанное значение (это означает, что прогрелся до высокой температуры весь слой твердого пористого материала в ретортах 3 и 4), производят переключение газовых потоков. Для этого последовательно выполняют следующие переключения:Hydrocarbon gas A mixed with water vapor is fed into
- закрывают подачу реагента В через ввод 73 и одновременно открывают подачу реагента В через ввод 74;- close the supply of reagent B through inlet 7 3 and simultaneously open the supply of reagent B through inlet 7 4 ;
- закрывают подачу синтез-газа G через газоход 51 - close the flow of synthesis gas G through flue 5 1
- закрывают заслонку 91;- close the damper 9 1 ;
- открывают заслонку 94;- open the damper 9 4 ;
- перекрывают отбор синтез-газа G через газоход 84 и одновременно открывают отбор синтез-газа G через газоход 81;- shut off the selection of synthesis gas G through the flue 8 4 and at the same time open the selection of synthesis gas G through the flue 8 1 ;
- закрывают подачу реагента А через ввод 62 и одновременно открывают подачу реагента А через ввод 63;- close the supply of reagent A through inlet 6 2 and simultaneously open the supply of reagent A through inlet 6 3 ;
- открывают подачу синтез-газа G через газоход 52.- open the flow of synthesis gas G through the gas duct 5 2 .
По совершении указанных переключений реторты 1-4 меняются ролями по циклу 1→2→3→4→1: реагент А теперь поступает в реторту 3 (как он поступал в реторту 2 в фазе процесса, представленной на Фиг. 2), где нагревается за счет теплообмена с твердым пористым материалом, нагретым в предыдущей фазе процесса при теплообмене с горячим синтез-газом G. Синтез-газ G, образующийся в реторте 4, прежде чем покинуть реактор через газоход 81 отдает свое тепло твердому пористому материалу в ретортах 4 и 1; углеводородный газ А, заполняющий реторту 2, вытесняется синтез-газом G. В каждой последующей фазе процесса углеводородный газ А вытесняется синтез-газом G из реторты, из которой в следующей фазе будет отбираться синтез-газ G, что предотвратит попадание газа А в продукты в следующем цикле переключения. Углеводородный газ А нагревается при фильтрации в слое пористого материала, нагретого в предыдущем цикле и реагирует с кислородсодержащим газом при высокой температуре.After completing the indicated switching, retorts 1-4 change their roles in the
Представленная на Фиг. 3 одна из реторт циклического реактора, в которой запорным устройством служит заполняемое жидкостью U-образное колено, работает следующим образом: Сначала из реторты отбирают синтез-газ G через газоход 81. В реторту последовательно подают реагент В через ввод 71; в следующей фазе процесса - реагент А через ввод 61; в следующей фазе - синтез-газ G через газоход 51. При необходимости перекрыть газовый поток из предыдущей реторты (на Фиг. 3 справа) в рассматриваемую реторту, производят при перекрытом трубопроводе 111 заполнение U-образного колена жидкостью, например, водой, через трубопровод 101. Тем самым перекрывается газовый поток между ретортами. Когда требуется при наступлении новой фазы процесса открыть газовый поток, жидкость из U-образного колена сливают через трубопровод 111.Shown in FIG. 3, one of the retorts of the cyclic reactor, in which a liquid-filled U-shaped elbow serves as a shut-off device, operates as follows: First, synthesis gas G is taken from the retort through flue 8 1 . The reagent B is sequentially fed into the retort through inlet 7 1 ; in the next phase of the process - reagent A through input 6 1 ; in the next phase - synthesis gas G through flue 5 1 . If it is necessary to shut off the gas flow from the previous retort (in Fig. 3 on the right) to the retort in question, the U-shaped elbow is filled with a liquid, for example, water, through the pipeline 10 1 with the pipeline 11 1 closed. This cuts off the gas flow between the retorts. When it is required to open the gas flow when a new phase of the process begins, the liquid from the U-shaped elbow is drained through the pipeline 11 1 .
Возможность достижения высокой температуры при малом тепловом эффекте реакции обеспечивает высокий выход целевых продуктов - водорода и окиси углерода в процессе конверсии. Организация процесса в цикле обеспечивает непрерывность получения синтез-газа. Дополнительным преимуществом заявленного процесса является последовательное пребывание каждой из реторт при высокой температуре, что предотвращает образование коксовых отложений в реакторе - даже если они образуются в какой-либо фазе процесса, коксовые отложения при высокой температуре будут окислены кислородом, водяным паром и/или диоксидом углерода.The ability to achieve a high temperature with a low thermal effect of the reaction provides a high yield of the target products - hydrogen and carbon monoxide in the conversion process. The organization of the process in the cycle ensures the continuity of synthesis gas production. An additional advantage of the claimed process is the sequential residence of each of the retorts at a high temperature, which prevents the formation of coke deposits in the reactor - even if they are formed in any phase of the process, coke deposits at high temperatures will be oxidized with oxygen, steam and / or carbon dioxide.
Таким образом, настоящее изобретение предлагает новое решение актуальной технической задачи - повышение энергетической эффективности процесса получения синтез-газа из различных топлив, обеспечивая при этом непрерывность процесса. Предложены устройства, позволяющие обеспечить аппаратную реализацию предложенного процесса.Thus, the present invention offers a new solution to an urgent technical problem - increasing the energy efficiency of the process of obtaining synthesis gas from various fuels, while ensuring the continuity of the process. Devices are proposed to provide hardware implementation of the proposed process.
Claims (19)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020106721A RU2733605C1 (en) | 2020-02-13 | 2020-02-13 | Method of producing synthetic gas or hydrogen by partial oxidation of fuel in cyclic multi-retort reactor and reactor for implementation thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020106721A RU2733605C1 (en) | 2020-02-13 | 2020-02-13 | Method of producing synthetic gas or hydrogen by partial oxidation of fuel in cyclic multi-retort reactor and reactor for implementation thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2733605C1 true RU2733605C1 (en) | 2020-10-05 |
Family
ID=72927008
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020106721A RU2733605C1 (en) | 2020-02-13 | 2020-02-13 | Method of producing synthetic gas or hydrogen by partial oxidation of fuel in cyclic multi-retort reactor and reactor for implementation thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2733605C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8323363B2 (en) * | 2007-08-30 | 2012-12-04 | Innovative Energy Solution | Reformation of hydrogen-containing fluids in a cyclic flow reactor |
| RU2574464C1 (en) * | 2014-07-10 | 2016-02-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской академии наук (ИПХФ РАН) | Method for obtaining synthesis-gas from hydrogen-containing raw material in revere flow reactor and reactor for realisation thereof |
| RU2649446C1 (en) * | 2017-04-03 | 2018-04-03 | Николай Анатольевич Дорощук | Method and device for processing carbon-containing waste |
-
2020
- 2020-02-13 RU RU2020106721A patent/RU2733605C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8323363B2 (en) * | 2007-08-30 | 2012-12-04 | Innovative Energy Solution | Reformation of hydrogen-containing fluids in a cyclic flow reactor |
| RU2574464C1 (en) * | 2014-07-10 | 2016-02-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской академии наук (ИПХФ РАН) | Method for obtaining synthesis-gas from hydrogen-containing raw material in revere flow reactor and reactor for realisation thereof |
| RU2649446C1 (en) * | 2017-04-03 | 2018-04-03 | Николай Анатольевич Дорощук | Method and device for processing carbon-containing waste |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102438787B1 (en) | Methods and reactors for making one or more products | |
| Gao et al. | Hydrogen-rich gas production from biomass steam gasification in an updraft fixed-bed gasifier combined with a porous ceramic reformer | |
| US5711770A (en) | Energy conversion system | |
| US8858900B2 (en) | Process and system for converting waste to energy without burning | |
| KR102037621B1 (en) | Thermochemical Regeneration and Heat Recovery in Glass Furnaces | |
| Bingue et al. | Hydrogen production in ultra-rich filtration combustion of methane and hydrogen sulfide | |
| US5964908A (en) | Closed loop energy conversion process | |
| US20230243591A1 (en) | Regenerators with pressurized cavity in partition walls | |
| US4244180A (en) | Process for producing fuel gases from carbonaceous material | |
| RU2708603C1 (en) | Thermochemical regeneration by means of fuel addition | |
| RU2733605C1 (en) | Method of producing synthetic gas or hydrogen by partial oxidation of fuel in cyclic multi-retort reactor and reactor for implementation thereof | |
| JP3904161B2 (en) | Method and apparatus for producing hydrogen / carbon monoxide mixed gas | |
| RU2630118C1 (en) | Method for processing of carbon-containing raw material in reactor with metal melt | |
| RU2574464C1 (en) | Method for obtaining synthesis-gas from hydrogen-containing raw material in revere flow reactor and reactor for realisation thereof | |
| US20230357005A1 (en) | Redox looping systems and methods for production of oxidized products | |
| RU2807901C1 (en) | Method for enriching natural gas with hydrogen and installation for its implementation | |
| JPS6142759B2 (en) | ||
| US11999618B2 (en) | Method and reactor for producing synthesis gas from a carbon and hydrogen source in the presence of an oxy flame | |
| RU2781139C1 (en) | Method for producing hydrogen, carbon monoxide and a carbon-containing product | |
| Blasiak et al. | Gasification of biomass wastes with high temperature air and steam | |
| US20210380417A1 (en) | Process and Device for Producing Hydrogen, Carbon Monoxide and a Carbon-Containing Product | |
| WO2024010472A2 (en) | Catalytic conversion method of carbonaceous fuel into synthesis gas and apparatus for catalytic conversion of carbonaceous fuel into synthesis gas | |
| JPS6054884B2 (en) | Method for producing mixed gas | |
| KR810000541B1 (en) | Process for producing gaseous mixtures | |
| WO2018136243A1 (en) | Thermochemical regeneration with superadiabatic flame temperature |