початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2290363

СПОСІБ БЕЗПЕРЕРВНОГО ОТРИМАННЯ ВОДНЮ

Ім'я винахідника: Зброярів Олександр Іванович (RU); Лихолобов Володимир Олександрович (RU); Семенова Ольга Миколаївна
Ім'я патентовласника: Інститут проблем переробки вуглеводнів Сибірського відділення Російської академії наук (ІППУ СО РАН)
Адреса для листування: 644018, г.Омск, вул. 5-я Кордна, 29, ІППУ СО РАН, патентна служба
Дата початку дії патенту: 2005.08.12

Винахід відноситься до каталітичних процесів отримання водню з углеводородсодержащих газів. Спосіб включає каталітичне розкладання при підвищеній температурі метану і / або природного газу на водень і вуглець і газифікацію останнього за допомогою газифицирующего агента в декількох паралельно встановлених і пов'язаних між собою реакторах, в кожен з яких поміщений попередньо відновлений шар каталізатора, причому, коли один з реакторів працює в режимі розкладання метану і / або природного газу, інший в цей час працює в режимі газифікації вуглецю, при цьому реактори регулярно перемикають з одного режиму роботи на інший. Тривалість роботи реактора в одному з режимів розкладання метану і / або природного газу або газифікації вуглецю становить 0,5-10 годин, як газифицирующего вуглець реагенту використовують діоксид вуглецю, а в якості каталізатора розкладання метану і / або природного газу використовують відновлений феромагнітний термостабілізовані продукт , що складається з оксидів заліза в кількості 30-80 мас.%, оксидів алюмінію, кремнію, магнію, титану. Розкладання метану і / або природного газу проводять при температурі 625-1000 ° С і тиску 1-40 ати. Винахід дозволяє створити екологічно чисте виробництво водню, і підвищити продуктивність процесу.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до каталітичних процесів отримання водню і вуглецю з углеводородсодержащих газів. Водень після його виділення з суміші газів може бути використаний в якості відновника в різних виробництвах хімічної, металургійної та інших галузей промисловості, а й в якості реагенту для паливних елементів транспортних засобів і автономних джерел електричної енергії.

Відомий спосіб отримання водню і волокнистого вуглецю шляхом розкладання при підвищеній температурі углеводородсодержащих газу на каталізаторі, що включає відновлений воднем феромагнітний термостабілізовані продукт, виділений шляхом магнітної сепарації золи від спалювання кам'яного вугілля на теплоелектростанціях. Каталізатор є структуру, що складається на 18-90% з оксидів заліза і містить оксиди алюмінію, магнію і кремнію - інше, а процес ведуть при тиску 1-40 ат і температурі 500-1200 ° С (Заявка на видачу патенту РФ №2004137196 від 20.12.04 по кл. МПК С 01 В 31/26).

Основний недолік даного способу полягає в тому, що процес піролізу метану і / або природного газу проводиться до повної дезактивації каталізатора з відповідним падінням в часі виходу водню до нуля і не визначені умови регенерації каталізатора.

Відомий і високотемпературний спосіб отримання водню розкладанням метану на каталізаторі Ni / SiO ₂ з газифікацією відклався на каталізаторі вуглецю за допомогою СО ₂ (S.Takenaka, K.Otsuka. Specific reactivity of the carbon filaments formed by decomposition of methane over Ni / SiO ₂ catalyst : gasification with CO _2. Chem. Lett. 2001. 218-219).

Недоліками способу є відносно низькі активність каталізатора і його стійкість до дезактивації.

Найбільш близьким до заявляється винаходу є безперервний спосіб отримання водню при відносно невисокій температурі технологічного процесу (близько 650 ° С) з використанням метану і / або природного газу і пари, а й каталитически активного металу 8-ий групи періодичної системи елементів (Патент ЕР №1227062 , кл. З 01 В 3/26, B 01 J 08/06 B, 2002).

Процес проводять в двох паралельних реакторах, в кожен з яких поміщають необхідну кількість каталізатора. Каталізатор піддають відновленню за допомогою відповідного компонента, а потім в один з них подають метан і / або природний газ, а в інший пар з регулярним перемиканням подачі зазначених компонентів з одного реактора на інший. При цьому об'єднаний газовий потік містить достатню кількість водню. Процес проводять при тиску, близькому до атмосферного. Час перемикання подачі компонентів в реактори становить 5-15 хвилин.

Очевидними недоліками даного способу отримання водню є дорожнеча використовуваних каталізаторів (за рахунок застосування Ni, Co, Zr і т.д.), складність їх приготування і відносно низька активність, малий час перемикання подачі реагентів з одного реактора в інший. Крім того, забрудненість об'єднаного газового потоку оксидами вуглецю не дозволяє безпосередньо його використовувати як енергоносій для водневих паливних елементів.

Метою даного винаходу є створення екологічно чистого виробництва водню в результаті використання вуглекислого газу в якості агента, газифицирующего вуглець, відклався на каталізаторі. Це знижує емісію і викид в атмосферу діоксиду вуглецю, що утворюється у великій кількості при використанні в якості газифицирующего агента води, і, відповідно, не впливає на збільшення парникового ефекту. Крім того, при цьому отримують цінний продукт, яким є оксид вуглецю, широко використовуваний в різних областях хімічної промисловості для органічного синтезу. Збільшення тривалості роботи реактора в одному режимі підвищує продуктивність процесу отримання цільового продукту.

Пропонований спосіб безперервного отримання водню включає каталітичне розкладання при температурі 625-1000 ° С і тиску 1-40 ати метану і / або природного газу на водень і вуглець в декількох паралельно встановлених і пов'язаних між собою реакторах. У кожен з реакторів поміщений попередньо відновлений шар якій міститься залізо каталізатора, в якому залізо представлено у вигляді оксидів. Оксиди заліза входять до складу відновленого феромагнітного термостабілізованого продукту, виділеного з золи від спалювання кам'яного вугілля на теплоелектростанціях шляхом магнітної сепарації з подальшою гранулометричний і гідродинамічної класифікацією і складається, з оксидів заліза в кількості 30-80 мас.% В композиції з оксидами алюмінію, кремнію, магнію, титану. Далі, в один з реакторів протягом 0,5-10 годин подають метан і / або природний газ, і він працює в режимі розкладання метану і / або природного газу. Після цього подачу метану і / або природного газу припиняють, реактор перемикають на режим газифікації і в нього подають діоксид вуглецю як реагент газифікують вуглець. А подачу метану і / або природного газу починають в інший реактор. Причому перемикання подачі реагентів з одного реактора на інший здійснюють у міру дезактивації каталізатора, який відновлюють після газифікації вуглецю водородсодержащим газом, які виходять з першого реактора.

Відмінними ознаками пропонованого технічного рішення є: тривалість роботи реактора в одному з режимів розкладання метану і / або природного газу або газифікації вуглецю, складова 0,5-10 годин, використання в якості газифицирующего вуглець реагенту діоксид вуглецю, а як каталізатор розкладання метану і / або природного газу відновленого феромагнітного термостабілізованого продукту, що складається з оксидів заліза в кількості 30-80 мас.%, оксидів алюмінію, кремнію, магнію, титану.

Іншими відмітними ознаками є ведення процесу розкладання метану при температурі 625-1000 ° С і тиску 1-40 ати.

Крім того, відновлений феромагнітний термостабілізовані продукт отримують з золи, отриманої спалюванням кам'яного вугілля на теплоелектростанціях, шляхом магнітної сепарації з подальшою гранулометричний і гідродинамічної класифікацією.

Сукупність вищевказаних істотних ознак пропонованого винаходу дозволить знизити емісію і викид в атмосферу діоксиду вуглецю, що утворюється у великій кількості при використанні в якості газифицирующего агента води. При цьому отримують цінний продукт, яким є оксид вуглецю, широко використовуваний в різних областях хімічної промисловості для органічного синтезу, а й підвищити продуктивність процесу отримання цільового продукту.

Газифікація утворився в процесі каталітичного піролізу метану і / або природного газу вуглецю з використанням в якості газифицирующего агента діоксиду вуглецю дозволяє регенерувати і надалі багаторазово використовувати каталізатор, з користю застосовувати в процесі отримання водню парниковий газ (CO _2), тим самим скорочуючи його емісію в атмосферу, виробляти цінний для хімічної та інших галузей промисловості продукт - СО.

На кресленні представлена ​​принципова схема установки для здійснення способу безперервного одержання водню.

Установка включає: реактори 1 і 2, у яких можна побачити шари 3 і 4 відновленого якій міститься залізо каталізатора, патрубки 5 і 6 для подачі метану і / або природного і вуглекислого газу, багатоходової кран 7 для перемикання вхідних реагентів, трубопроводи 8 і 9 для подачі реагентів в реактори 1 і 2, патрубки 10 і 11 для виведення з реакторів водню і окису вуглецю, відповідно, багатоходової кран 12 для перемикання виходять реагентів і евакуації їх за патрубкам 13 і 14 з процесу.

СПОСІБ ЗДІЙСНЮЄТЬСЯ наступним чином

Метан і / або природний газ по патрубку 5 через багатоходової кран 7 з джерела (не показаний) і трубопровід 8 надходить в реактор 1, де на шарі каталізатора 3 протікає реакція розкладання вуглеводнів з утворенням вуглецю і водню. Водородсодержащий газ по патрубку 10 через багатоходової кран 12 по патрубку 13 покидає установку. Тривалість роботи реактора 1 в режимі розкладання метану і / або природного газу становить 0,5-10 годин. Після цього в реактор 1 через багатоходової кран 7 з джерела (не показаний) по патрубку 5 і трубопроводу 8 подають вуглекислий газ для газифікації вуглецю. Утворену окис вуглецю через багатоходової кран 12 по патрубку 13 видаляють з установки.

Одночасно з цим починають подачу метану і / або природного газу по патрубку 6 через багатоходової кран 7 з джерела (не показаний) і трубопровід 9 надходить в реактор 2, де на шарі каталізатора 4 протікає реакція розкладання вуглеводнів з утворенням вуглецю і водню. Водородсодержащий газ по патрубку 11 через багатоходової кран 12 по патрубку 14 покидає установку. Тривалість роботи реактора 2 в режимі розкладання метану і / або природного газу становить 0,5-10 годин. Після цього в реактор 2 через багатоходової кран 7 з джерела (не показаний) по патрубку 6 і трубопроводу 9 подають вуглекислий газ для газифікації вуглецю. Утворену окис вуглецю через багатоходової кран 12 по патрубку 14 видаляють з установки. Потім проводиться перемикання подачі сировинних потоків.

Суть винаходу ілюструється такими прикладами.

Приклад 1 (по прототипу). Процес проводять в двох паралельних реакторах, в кожен з яких поміщають необхідну кількість каталізатора. Каталізатор відновлюють за допомогою відповідного компонента, а потім в один з них подають метан і / або природний газ, а в інший пар з регулярним перемиканням подачі зазначених компонентів з одного реактора на інший. Каталізатор, що складається з NiO-ZrO ₂ (мольное співвідношення Ni / Zr = 1,0), відновлюють азотоводородной сумішшю (5 моль% Н ₂₎ при 601 ° С і об'ємною швидкістю суміші 4230 см ³ / г _кат. годину протягом 10 годин. Потім азото-водневу суміш замінюють на азотометановую (71,4 моль% СН ₄₎ і при температурі 613 ° С проводять процес отримання водню протягом 5 хвилин. Потім в реактор замість азото-метанової суміші подають пари води (83,7 моль% в азоті) і при температурі 610 ° С проводять видалення (газифікацію) утворився раніше вуглецю і протягом 5 хвилин. Продуктивність за воднем, що отримується з метану і / або природного газу, становить 91,6 ммоль. / Г _кат. година. При цьому за рахунок реакції парової газифікації вуглецю відбувається утворення СО (6,1 ммоль / г _кат. Година) і CO ₂ (39,6 ммоль / г _кат. Година).

Приклад 2 (по прототипу). Аналогічний прикладу 1. Відмінності: при відновленні каталізатора об'ємна швидкість азотоводородной суміші становить 15050 см ³ / г _кат. годину при утриманні водню 20 моль%, температура 520 ° С, тривалість відновлення 1 годину; при проведенні реакції піролізу метану і / або природного газу об'ємна швидкість азото-метанової суміші становить 10320 см ³ / г _кат. годину при вмісті метану 50 моль% і 590 ° С; при проведенні газифікації вуглецю об'ємна швидкість пароазотной суміші (80,9 моль%) становить 6773 см ³ / г _кат. годину, температура 587 ° С. Проміжок часу між перемиканнями сировинних потоків становить 7 хвилин. Продуктивність за воднем, що отримується з метану становить 75 ммоль / г _кат. година. За рахунок реакції газифікації відбувається утворення 37,4 ммоль / г _кат. годину СО _2.

Приклад 3 (по пропонованого винаходу). Каталізатор, який містить мас.%: 59,2 Fe ₂ О _3, 8,8 Al ₂ О _3, 26,0 SiO _2, 1,5 MgO, 0,69 TiO _2, відновлюють воднем протягом 5 годин при об'ємної швидкості 45000 см ³ / г _кат. годину і температурі 650 ° С. Потім водень замінюють на метан і / або природний газ і при температурі 650 ° С і тиску 15 ати проводять процес отримання водню протягом 10 годин. Потім в реактор замість метану і / або природного газу подають вуглекислий газ з об'ємною швидкістю 45000 см ³ / г _кат. годину і при температурі 800 ° С і 1 ати протягом 10 годин проводять газифікацію утворився раніше вуглецю з утворенням СО. Продуктивність за воднем, що отримується з метану і / або природного газу, становить 180,8 ммоль / г _кат. година. Середня емісія окису вуглецю і становить 180,8 ммоль / г _кат. година.

Приклад 4. Аналогічний приклад 3. Відмінності: температура відновлення каталізатора 600 ° С; температура піролізу метану і / або природного газу 650 ° С, тривалість 4 години; температура процесу газифікації 750 ° С, тривалість 4 години. Продуктивність за воднем і окису вуглецю 200,9 ммоль / г _кат. година.

Приклад 5. Аналогічний приклад 3. Відмінності: температура відновлення каталізатора 750 ° С; температура піролізу метану і / або природного газу - 750 ° С, тривалість роботи реактора 4 години; тривалість процесу газифікації 4 години. Продуктивність за воднем і окису вуглецю 421,9 ммоль / г _кат. година.

Приклад 6. Аналогічний приклад 3. Відмінності: відновлення каталізатора ведеться сумішшю водню і аргону (10,2% об. Н ₂₎ при об'ємної швидкості 30000 см ³ / г _кат. годину і при температурі 688 ° С протягом 1 години; тривалість піролізу метану і / або природного газу 3 години; тривалість газифікації 3 години. Продуктивність за воднем і окису вуглецю 502,2 ммоль / г _кат. година.

Приклад 7. Аналогічний приклад 3. Відмінності: склад використовуваного каталізатора мас.%: 69,5 Fe ₂ O _3, 7,5 Al ₂ О _3, 22,2 SiO _2, 2,0 MgO, 0,8 TiO _2. Продуктивність за воднем і окису вуглецю 221,0 ммоль / г _кат. година.

Приклад 8. Аналогічний приклад 3. Відмінності: температура відновлення каталізатора 600 ° С; тривалість піролізу метану і / або природного газу 2 години при 700 ° С і тиску 1 ати; тривалість процесу газифікації 2 години. Продуктивність за воднем і окису вуглецю 130,6 ммоль / г _кат. година.

Таким чином, аналіз наведених вище експериментальних матеріалів показує, що використовуються залізовмісні каталізатори, які характеризуються сильною взаємодією активного компонента з носієм, в розглянутому циклічному процесі мають високу активність і стабільним рівнем показників протягом багатьох циклів. При цьому в процесі газифікації утворився вуглецю відбувається споживання вуглекислого газу, що відноситься до класу парникових, і інтенсивне утворення окису вуглецю, що є цінним хімічним продуктом. Обраний інтервал тривалості циклу сприяє підвищенню технологічності процесу.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб безперервного отримання водню, що включає каталітичне розкладання при підвищеній температурі метану і / або природного газу на водень і вуглець і газифікацію останнього за допомогою газифицирующего агента в декількох паралельно встановлених і пов'язаних між собою реакторах, в кожен з яких поміщений попередньо відновлений шар каталізатора, причому коли один з реакторів працює в режимі розкладання метану і / або природного газу, інший в цей час працює в режимі газифікації вуглецю, при цьому реактори регулярно перемикають з одного режиму роботи на інший, що відрізняється тим, що тривалість роботи реактора в одному з режимів розкладання метану і / або природного газу або газифікації вуглецю становить 0,5-10 год, як газифицирующего вуглець реагенту використовують діоксид вуглецю, а в якості каталізатора розкладання метану і / або природного газу використовують відновлений феромагнітний термостабілізовані продукт, що складається з оксидів заліза в кількості 30 -80 мас.%, оксидів алюмінію, кремнію, магнію, титану.

2. Спосіб безперервного отримання водню з п.1, що відрізняється тим, що розкладання метану і / або природного газу проводять при температурі 625-1000 ° С і тиску 1-40 ати.

3. Спосіб безперервного отримання водню з п.1, що відрізняється тим, що відновлений феромагнітний термостабілізовані продукт отримують з золи, отриманої спалюванням кам'яного вугілля на теплоелектростанціях, шляхом магнітної сепарації з подальшою гранулометричний і гідродинамічної класифікацією.

Версія для друку
Дата публікації 01.03.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів