RU217185U1 - Device for producing hydrogen by thermal decomposition of hydrocarbons in a gas-heated reactor - Google Patents
Device for producing hydrogen by thermal decomposition of hydrocarbons in a gas-heated reactor Download PDFInfo
- Publication number
- RU217185U1 RU217185U1 RU2022135076U RU2022135076U RU217185U1 RU 217185 U1 RU217185 U1 RU 217185U1 RU 2022135076 U RU2022135076 U RU 2022135076U RU 2022135076 U RU2022135076 U RU 2022135076U RU 217185 U1 RU217185 U1 RU 217185U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen
- gas
- reactor
- hydrocarbons
- furnace
- Prior art date
Links
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 78
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 78
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 73
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 title claims abstract description 42
- 150000002430 hydrocarbons Chemical group 0.000 title claims abstract description 39
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 title claims abstract description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 41
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 8
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 5
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 3
- 230000001535 kindling effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 23
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 12
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 abstract description 10
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical class [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 abstract description 7
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 32
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 18
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 6
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 5
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 5
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011852 carbon nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 238000003421 catalytic decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007233 catalytic pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000002268 wool Anatomy 0.000 description 1
Images
Abstract
Полезная модель относится к газовой промышленности и может быть использована для получения водорода путем пиролиза углеводородов при практическом отсутствии выбросов окислов углерода (CO, CO2) в окружающую среду. Устройство для получения водорода путем термического разложения углеводородов в реакторе с газовым нагревом содержит проточный реактор и газовую печь, в которой используется часть получаемого в процессе пиролиза водорода. Заявленная полезная модель обеспечивает эффективное получение водорода, снижение негативного воздействия на окружающую среду и снижение потребления энергии.
Description
Полезная модель относится к газовой промышленности и может быть использована для получения водорода путем пиролиза углеводородов при практическом отсутствии выбросов окислов углерода (CO, CO2) в окружающую среду.The utility model relates to the gas industry and can be used to produce hydrogen by pyrolysis of hydrocarbons with virtually no emissions of carbon oxides (CO, CO 2 ) into the environment.
Основной интерес в последние годы вызывает преобразование углеводородов в полезные химические продукты (например, водород) без образования оксидов углерода с использованием рентабельных процессов. Водород можно получать на основе различных источников сырья, применяя для этого самые разнообразные технологии. Около 48% производимого в настоящее время водорода получают риформингом (конверсией) природного газа (метана, попутного нефтяного газа), 30% – риформингом нефти и жидких нефтепродуктов, 18% – газификацией угля и 4% – электролизом воды [1]. The main interest in recent years has been the conversion of hydrocarbons into useful chemical products (eg hydrogen) without the formation of carbon oxides using cost-effective processes. Hydrogen can be obtained on the basis of various sources of raw materials, using a wide variety of technologies for this. About 48% of currently produced hydrogen is obtained by reforming (conversion) of natural gas (methane, associated petroleum gas), 30% by reforming oil and liquid petroleum products, 18% by coal gasification, and 4% by electrolysis of water [1].
Недостатком традиционных технологий производства водорода из метана и других углеводородов путем частичного окисления паром и/или кислородом является тот факт, что этот процесс осуществляется с получением оксидов углерода и требует отделения газообразного продукта от водородного продукта [2], что приводит к многостадийности и удорожанию процесса. Экологические проблемы, связанные с интенсивным выбросом CO2 в результате традиционной конверсии углеводородов, стимулировали поиск эффективных методов низкоуглеродного производства водорода. Поэтому одним из перспективных способов получения водорода является процесс термического (пиролитического) разложения легких углеводородов, преимуществом которого является образование чистого водорода без примесей оксидов углерода и азота, одностадийность процесса и возможность использования образующегося углерода в промышленности [3]. Это позволяет снизить себестоимость процесса. Также снижение себестоимости и сложности производства возможно за счет применения энергоэффетивных и простых в аппаратном исполнении систем нагрева.A disadvantage of traditional technologies for the production of hydrogen from methane and other hydrocarbons by partial oxidation with steam and/or oxygen is the fact that this process is carried out with the production of carbon oxides and requires the separation of the gaseous product from the hydrogen product [2], which leads to a multi-stage process and an increase in the cost of the process. The environmental concerns associated with high CO2 emissions from conventional hydrocarbon conversion have stimulated the search for efficient methods for low carbon hydrogen production. Therefore, one of the promising methods for producing hydrogen is the process of thermal (pyrolytic) decomposition of light hydrocarbons, the advantage of which is the formation of pure hydrogen without impurities of carbon and nitrogen oxides, a one-stage process, and the possibility of using the resulting carbon in industry [3]. This reduces the cost of the process. Also, reducing the cost and complexity of production is possible through the use of energy-efficient and easy-to-hardware heating systems.
Для разложения углеводородов используются пиролитические способы, в которых в качестве источников нагрева применяются плазменные горелки, установленные внутри реактора. Однако на сегодняшний день отсутствует возможность использовать эти способы в непрерывном производстве, в связи с образованием отложений на электродах и стенках реактора. Это приводит к остановке процесса пиролиза и необходимости периодической очистки реактора. Использование высокотемпературной высокопроизводительной системы генерации плазмы в случае крупномасштабного производства приводит к большим расходам электроэнергии и, как следствие, к низкой энергоэффективности. Помимо этого, плазмохимические процессы реализуются с подводом теплоты к пиролизному газу от источников тепла, находящихся внутри реактора. Это приводит к остановкам производства для замены и очистки оборудования от углеродных отложений. Возникновение большого температурного градиента между реакционной камерой и областью, где происходит охлаждение исходного потока сырья приводит к нежелательным условиям процесса и низкому качеству продукта. Все вышеперечисленные недостатки процесса устраняются при подводе тепла к пиролизному газу через стенки ректора. For the decomposition of hydrocarbons, pyrolytic methods are used, in which plasma burners installed inside the reactor are used as heating sources. However, today it is not possible to use these methods in continuous production, due to the formation of deposits on the electrodes and the walls of the reactor. This leads to a stop of the pyrolysis process and the need for periodic cleaning of the reactor. The use of a high-temperature high-performance plasma generation system in the case of large-scale production leads to high power consumption and, as a result, to low energy efficiency. In addition, plasma-chemical processes are implemented with the supply of heat to the pyrolysis gas from heat sources located inside the reactor. This leads to production shutdowns to replace and decarbonize equipment. The occurrence of a large temperature gradient between the reaction chamber and the area where the feedstock is cooled leads to undesirable process conditions and poor product quality. All of the above disadvantages of the process are eliminated by supplying heat to the pyrolysis gas through the walls of the reactor.
Так, например, известен реактор пиролиза согласно патента (№ 2544635 С1, МПК В09В 3/00, опубл. 20.03.2015), в котором осуществляется индукционный нагрев. Цилиндрический реактор, в котором сырьевой газ термически разлагается на составляющие компоненты, расположен в электромагнитном поле индуктора, подключенного к генератору токов высокой частоты. Недостатками являются высокое потребление энергии и тот факт, что реактор должен быть выполнен из токопроводящего материала, характеризующегося точкой Кюри не ниже 450°C.For example, a pyrolysis reactor is known according to the patent (No. 2544635 C1, IPC
Известен реактор получения водорода из водородосодержащего соединения, например, метана согласно патенту (JP № 2015044702, МПК C01B 3/26, опубл. 12.03.2015), в котором пиролиз осуществляется с использованием микроволнового излучения и катализатора.A reactor is known for producing hydrogen from a hydrogen-containing compound, for example, methane according to the patent (JP No. 2015044702, IPC C01B 3/26, publ. 03/12/2015), in which pyrolysis is carried out using microwave radiation and a catalyst.
Известен реактор получения водорода из водородосодержащего соединения, в котором согласно патенту (CN № 113213423, МПК C01B 3/26, опубл. 06.08.2021) пиролиз осуществляется с использованием электронагревателя и катализатора.A reactor for producing hydrogen from a hydrogen-containing compound is known, in which, according to the patent (CN No. 113213423, IPC C01B 3/26, publ. 08/06/2021), pyrolysis is carried out using an electric heater and a catalyst.
В патентах JP № 2015044702 и CN № 113213423 представлены устройства, потребляющие энергию, при производстве которой происходят выбросы газов, негативно влияющих на экологию и обладающие низкой энергоэффективностью. JP No. 2015044702 and CN No. 113213423 present devices that consume energy, the production of which emits gases that adversely affect the environment and have low energy efficiency.
Пиролитическое разложение метана согласно патентам (KR № 1020210059142, МПК C01B 3/26, B01J 19/00, опубл. 25.05.2021) и (CN № 107628589, МПК C01B 3/24, опубл. 26.01.2018) осуществляется в реакторе, в котором источником тепла является солнечная энергия. Этот метод способен производить высококачественные углеродные наночастицы, водород высокой чистоты и электричество, а также обеспечивать нулевой выброс углерода, что позволяет реализовать крупномасштабное производство. Метод безопасен для окружающей среды и экономический эффект относительно высок.Pyrolytic decomposition of methane according to patents (KR No. 1020210059142, IPC
Основным недостатком этих методов, основанных на большом потреблении солнечной энергии, является ее недоступность на основной территории РФ.The main disadvantage of these methods, based on the high consumption of solar energy, is its inaccessibility in the main territory of the Russian Federation.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является реактор разложения метана согласно патенту (JP № 2019075263, МПК C01B 3/26, опубл. 16.05.2019), в котором газообразный водород высокой чистоты, поступающий из устройства разделения смешанного газа, подается в качестве топлива топливного элемента. Проточный реактор, представляющий собой кварцевую цилиндрическую трубку, расположенную горизонтально в осевом направлении цилиндра, имеет впускное отверстие для подачи метана в качестве сырьевого газа и выходное отверстие для удаления смешанного газа: произведенного водорода и непрореагировавшего метана. В реакторе метан разлагается на углерод и водород путем каталитического пиролиза с использованием катализатора разложения метана. Устройство разделения подключено к выпускному отверстию реактора для смешанного газа и удаляет метан из смешанного газа. Отвод газообразного водорода соединен с топливным элементом, работающим на водороде. Система выработки электроэнергии работает на топливных элементах, использующих водород в качестве топлива. Генерируемый в реакторе водород используется в качестве топлива для топливного элемента. The closest analogue of the claimed utility model is the methane decomposition reactor according to the patent (JP No. 2019075263, IPC C01B 3/26, publ. 05/16/2019), in which high-purity hydrogen gas coming from a mixed gas separation device is supplied as a fuel of a fuel cell . The flow reactor, which is a quartz cylindrical tube located horizontally in the axial direction of the cylinder, has an inlet for supplying methane as a feed gas and an outlet for removing the mixed gas: produced hydrogen and unreacted methane. In the reactor, methane is decomposed into carbon and hydrogen by catalytic pyrolysis using a methane decomposition catalyst. The separation device is connected to the outlet of the mixed gas reactor and removes methane from the mixed gas. The hydrogen gas outlet is connected to a hydrogen fuel cell. The power generation system runs on fuel cells that use hydrogen as fuel. The hydrogen generated in the reactor is used as fuel for the fuel cell.
К недостаткам можно отнести усложнение конструкции за счет использования систем селективного разделения сырьевых и продуцируемых газов.The disadvantages include the complexity of the design due to the use of systems for the selective separation of raw and produced gases.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в создании устройства для экологически чистой переработки горючих углеводородсодержащих продуктов без потребления электроэнергии, упрощении конструкции устройства и его работы.The problem solved by the utility model is to create a device for environmentally friendly processing of combustible hydrocarbon-containing products without power consumption, to simplify the design of the device and its operation.
Технический результат - получение водорода без выбросов окислов углерода и без использования внешних источников электроэнергии, снижение себестоимости и сложности процесса получения водорода, упрощение конструкции устройства для получения водорода и защита окружающей среды от выбросов окислов углерода.EFFECT: obtaining hydrogen without emissions of carbon oxides and without using external sources of electricity, reducing the cost and complexity of the hydrogen production process, simplifying the design of a device for producing hydrogen and protecting the environment from carbon oxide emissions.
Технический результат достигается тем, что устройство для получения водорода, изготовленное из высоколегированной нержавеющей стали, включает реактор термического разложения углеводородов на газообразный водород и твердый углерод с впускной трубкой для подачи углеводородов и выпускной трубкой для отбора газообразного водорода, вертикально-цилиндрическую газовую печь, внутри которой соосно размещен реактор, защищенный от топочного пространства внутренней стенкой печи; в нижней части газовой печи расположены две горелки с регулировочными кранами: растопочная горелка и горелка для сжигания части водорода, производимого в реакторе, которая соединена через отводную трубку с выпускной трубкой для отбора газообразного водорода; компрессор, расположенный на отводной трубке отбора водорода, создающий рабочее давление в установке; наружная часть газовой печи защищена тепловой изоляцией.The technical result is achieved by the fact that a device for producing hydrogen, made of high-alloy stainless steel, includes a reactor for thermal decomposition of hydrocarbons into gaseous hydrogen and solid carbon with an inlet tube for supplying hydrocarbons and an outlet tube for extracting gaseous hydrogen, a vertically cylindrical gas furnace, inside which the reactor is placed coaxially, protected from the furnace space by the inner wall of the furnace; in the lower part of the gas furnace there are two burners with control valves: a kindling burner and a burner for burning part of the hydrogen produced in the reactor, which is connected through a drain pipe to an outlet pipe for sampling hydrogen gas; a compressor located on the hydrogen extraction outlet pipe, which creates a working pressure in the installation; the outer part of the gas oven is protected by thermal insulation.
В предложенном устройстве получения водорода используется часть водорода, генерируемого в процессе пиролиза, что позволяет производить водород из углеводородов практически при отсутствии выбросов окислов углерода в атмосферу и без потребления электроэнергии извне.The proposed device for producing hydrogen uses part of the hydrogen generated in the pyrolysis process, which makes it possible to produce hydrogen from hydrocarbons with virtually no emissions of carbon oxides into the atmosphere and without consuming external electricity.
Полезная модель поясняется чертежами.The utility model is illustrated by drawings.
На фиг. 1 изображено устройство для получения водорода в разрезе, вид спереди, где приняты следующие обозначения: 1 - реактор пиролиза углеводородов, 2 - газовая печь, 3 - тепловая изоляция, 4 - выхлопная труба газовой печи, 5 - растопочная горелка для сжигания водорода, 6 - горелка для сжигания части продуцируемого в реакторе водорода, 7 - кран, 8 - емкость хранения водорода, 9 - трубка подачи углеводородов в реактор; 10 - трубка отбора водорода; 11 - компрессор.In FIG. 1 shows a device for producing hydrogen in section, front view, where the following designations are accepted: 1 - hydrocarbon pyrolysis reactor, 2 - gas furnace, 3 - thermal insulation, 4 - exhaust pipe of a gas furnace, 5 - pilot burner for burning hydrogen, 6 - a burner for burning part of the hydrogen produced in the reactor, 7 - valve, 8 - hydrogen storage tank, 9 - hydrocarbon supply pipe to the reactor; 10 - hydrogen sampling tube; 11 - compressor.
На фиг. 2 изображена схема устройства для получения водорода в разрезе, вид сверху (А-А), где показаны: 1 - реактор пиролиза углеводородов, 2 - газовая печь, -3 - тепловая изоляция, 5 - растопочная горелка для сжигания водорода, 6 - горелка для сжигания части продуцируемого в реакторе водорода.In FIG. 2 shows a diagram of a device for producing hydrogen in a section, top view (A-A), showing: 1 - hydrocarbon pyrolysis reactor, 2 - gas furnace, -3 - thermal insulation, 5 - pilot burner for burning hydrogen, 6 - burner for burning part of the hydrogen produced in the reactor.
Устройство для получения водорода путем пиролиза углеводородов в реакторе с газовым нагревом выполнено из высоколегированной нержавеющей стали и включает: реактор пиролиза углеводородов 1, в котором происходит нагрев углеводородов до температуры 700-900°С (в зависимости от эффективности применяемых катализаторов) и его превращение в водород и углерод; газовую печь 2, служащую для нагрева реактора пиролиза углеводородов 1 путем факельного сжигания части водорода, полученного на выходе из реактора пиролиза углеводородов 1; при этом толщины стальных стенок труб реактора пиролиза углеводородов 1 и газовой печи 2 составляют 4 мм; реактор пиролиза углеводородов 1, расположенный в непосредственной близости (на расстоянии 10 мм) от топочного пространства газовой печи 2 с внутренним диаметром 108 мм и внешним диаметром 160 мм и отделенный от нее внутренней стенкой газовой печи 2; тепловую изоляцию 3 газовой печи 2, выполненную из кремнеземной ваты, толщиной 170 мм, диаметр печи с учетом изоляции – 500 мм; выхлопные трубы газовой печи 4; растопочную горелку для сжигания водорода 5, поступающего из емкости хранения водорода 8; горелку для сжигания части продуцируемого в реакторе водорода 6, полученного в процессе пиролиза углеводородов, горелка установлена в нижней части газовой печи 2 и соединена с трубкой отбора водорода 10; емкость хранения водорода 8, необходимого для обеспечения предварительного нагрева реактора пиролиза углеводородов 1 до момента его выхода на рабочий режим; трубку подачи углеводородов в реактор 9 пиролиза углеводородов; трубку отбора водорода 10 с отводной трубкой для соединения с горелкой для сжигания части, продуцируемого в реакторе водорода 6; компрессор 11, предназначенный для создания давления, необходимого для работы газовой (водородной) горелки.The device for producing hydrogen by pyrolysis of hydrocarbons in a gas-heated reactor is made of high-alloy stainless steel and includes: a hydrocarbon pyrolysis reactor 1, in which hydrocarbons are heated to a temperature of 700-900 ° C (depending on the efficiency of the catalysts used) and it is converted into hydrogen and carbon; a
Площадь наружной поверхности тепловой изоляции – 1,3 м2; площадь стен топочной камеры газовой печи – 0,567 м2; объём топочной камеры газовой печи – 0,006 м3; площадь поперечного сечения реактора – 0,0019 м2.The area of the outer surface of thermal insulation - 1.3 m 2 ; the area of the walls of the combustion chamber of the gas furnace is 0.567 m 2 ; the volume of the combustion chamber of the gas furnace is 0.006 m 3 ; the cross-sectional area of the reactor is 0.0019 m 2 .
Работа устройства пиролиза углеводородов.The operation of the hydrocarbon pyrolysis device.
При сжигании водорода в топке газовой печи 2 происходит её нагрев с последующей радиационной передачей теплоты находящимся в реакторе углеводородным газам (реактор окружен топочным пространством печи, см. рис. 2). При достижении температуры углеводородов в реакторе 700-900°С происходит его пиролиз – превращение в водород и углерод (сажу). Часть получаемого водорода по трубке отбора водорода 10 направляется в горелку с целью обеспечения рабочей температуры в реакторе пиролиза углеводородов 1. Растопочная горелка для сжигания водорода 5 при этом отключается. When hydrogen is burned in the furnace of
При работе настоящего устройства углеводородный газ нагревается тепловым потоком, выделяющимся при частичном сжигании продуктов его пиролиза – водорода, при этом система разделения газов не требуется.During the operation of this device, hydrocarbon gas is heated by a heat flow released during partial combustion of its pyrolysis products - hydrogen, while a gas separation system is not required.
Преимуществами такого метода получения водорода из углеводородов являются независимость от внешних источников энергии, а также практическое отсутствие вредных выбросов в окружающую среду. Предварительные расчеты показывают, что затраты водорода на поддержание пиролиза углеводородов в зависимости от эффективности тепловой изоляции 3 составят 25-30% от получаемого его количества на выходе из реактора.The advantages of this method of producing hydrogen from hydrocarbons are independence from external energy sources, as well as the practical absence of harmful emissions into the environment. Preliminary calculations show that the cost of hydrogen to maintain the pyrolysis of hydrocarbons, depending on the efficiency of
Экспериментальное устройство пиролиза углеводородов изготовлено в Самарском государственном техническом университете. Результаты предварительных экспериментальных исследований показывают, что выход на рабочий режим происходит в течение7-10 мин. При этом в качестве сжигаемого в горелке 5 газа применялся водород, а в качестве сырьевого газа – метан. В соответствии с расчетными данными для производства 1 м3 водорода на предлагаемой установке пиролиза углеводородов требуется подвести к углеводородному газу (метану) 1,9 кВт·ч тепловой энергии. Удельная теплота сгорания 1 м3 водорода составляет 3,0 кВт·ч. Следовательно, для осуществления процесса пиролиза углеводородов (метана) в стационарном режиме на предлагаемой установке потребуется направлять на горелочное устройство 63% продуцируемого водорода. Таким образом, для производства 1 м3 водорода потребуется 1,59 м3 метана, при этом не будет потребляться энергия, и не будут производиться выбросы оксидов углерода в атмосферу.An experimental device for the pyrolysis of hydrocarbons was made at the Samara State Technical University. The results of preliminary experimental studies show that the operating mode is reached within 7-10 minutes. In this case, hydrogen was used as the gas burned in the
Заявленное устройство для получения водорода путем пиролиза углеводородов позволяет получать водород при практическом отсутствии выбросов окислов углерода (CO, CO2) в окружающую среду и без потребления электрической энергии. При этом за счет отсутствия в предложенной установке для получения водорода системы разделения газов значительно сокращается процесс производства водорода и упрощается ее конструкция. The claimed device for producing hydrogen by pyrolysis of hydrocarbons makes it possible to produce hydrogen with practically no emissions of carbon oxides (CO, CO 2 ) into the environment and without the consumption of electrical energy. At the same time, due to the absence of a gas separation system in the proposed hydrogen production plant, the hydrogen production process is significantly reduced and its design is simplified.
Литература:Literature:
1. Макарян И.А., Седов И.В., Никитин А.В., Арутюнов В.С. Современные подходы к получению водорода из углеводородного сырья // Научный журнал российского газового общества. № 1(24). 2020. С. 50-68.1. Makaryan I.A., Sedov I.V., Nikitin A.V., Arutyunov V.S. Modern approaches to obtaining hydrogen from hydrocarbon raw materials // Scientific journal of the Russian gas society. No. 1(24). 2020. S. 50-68.
2. Шафиев Д.Р., Трапезников А.Н., Хохонов А.А., Агарков Д.А., Бредихин С.И., Чичиров А.А., Субчева Е.Н. Методы получения водорода в промышленном масштабе. Сравнительный анализ // Успехи в химии и химической технологии. Т. XXXIV. 2020. № 12. С. 53-57.2. Shafiev D.R., Trapeznikov A.N., Khokhonov A.A., Agarkov D.A., Bredikhin S.I., Chichirov A.A., Subcheva E.N. Methods for producing hydrogen on an industrial scale. Comparative analysis // Advances in chemistry and chemical technology. T. XXXIV. 2020. No. 12. S. 53-57.
3. Попов М.В., Баев В.В., Ольбрых А.П. Получения водорода и нановолокнистого углерода методом каталитического разложения метана при повышенных давлениях // Водород. Технологии. Будущее. Томск. 2021. С. 45.3. Popov M.V., Baev V.V., Olbrykh A.P. Obtaining hydrogen and nanofiber carbon by the method of catalytic decomposition of methane at elevated pressures // Hydrogen. Technologies. Future. Tomsk. 2021, p. 45.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU217185U1 true RU217185U1 (en) | 2023-03-22 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2835314C1 (en) * | 2024-07-17 | 2025-02-24 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Pilot plant for continuous production of hydrogen and graphite by methane pyrolysis |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2425795C2 (en) * | 2009-08-31 | 2011-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Наноматериалы" | Apparatus for producing hydrogen and carbon nanomaterials and structures produced from hydrocarbon gas, including associated pertroleum gas |
| JP2011157254A (en) * | 2010-01-29 | 2011-08-18 | Nippon Suiso Kk | Hydrocarbon autothermal cracking furnace circularly utilizing heated hydrogen |
| US9561957B2 (en) * | 2005-10-31 | 2017-02-07 | Bestrong International Limited | Use of a process for hydrogen production |
| JP2019075263A (en) * | 2017-10-16 | 2019-05-16 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | System for generating power by decomposing methane into carbon and hydrogen and charging decomposed hydrogen into fuel cell |
| RU2740755C1 (en) * | 2019-11-05 | 2021-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Самара" | Method of producing hydrogen-containing gas from natural gas and superheated steam and device for implementation thereof |
| RU2760381C1 (en) * | 2021-06-09 | 2021-11-24 | Юрий Фёдорович Юрченко | Method for pyrolytic decomposition of gaseous hydrocarbons and device for its implementation |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9561957B2 (en) * | 2005-10-31 | 2017-02-07 | Bestrong International Limited | Use of a process for hydrogen production |
| RU2425795C2 (en) * | 2009-08-31 | 2011-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Наноматериалы" | Apparatus for producing hydrogen and carbon nanomaterials and structures produced from hydrocarbon gas, including associated pertroleum gas |
| JP2011157254A (en) * | 2010-01-29 | 2011-08-18 | Nippon Suiso Kk | Hydrocarbon autothermal cracking furnace circularly utilizing heated hydrogen |
| JP2019075263A (en) * | 2017-10-16 | 2019-05-16 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | System for generating power by decomposing methane into carbon and hydrogen and charging decomposed hydrogen into fuel cell |
| RU2740755C1 (en) * | 2019-11-05 | 2021-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Самара" | Method of producing hydrogen-containing gas from natural gas and superheated steam and device for implementation thereof |
| RU2760381C1 (en) * | 2021-06-09 | 2021-11-24 | Юрий Фёдорович Юрченко | Method for pyrolytic decomposition of gaseous hydrocarbons and device for its implementation |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2835314C1 (en) * | 2024-07-17 | 2025-02-24 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Pilot plant for continuous production of hydrogen and graphite by methane pyrolysis |
| RU2840120C1 (en) * | 2024-10-25 | 2025-05-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Method for continuous production of hydrogen and graphite by pyrolysis of methane |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2425795C2 (en) | Apparatus for producing hydrogen and carbon nanomaterials and structures produced from hydrocarbon gas, including associated pertroleum gas | |
| CN112811983B (en) | A system and method for producing methanol using boiler sulfur-containing flue gas | |
| CN218089652U (en) | A plasma-assisted ammonia direct reduction smelting device | |
| CN101328423B (en) | Method and apparatus for removing superadiabatic partial oxidation coke tar and coke and gas reform | |
| Wang et al. | Analysis of CO2 emissions reduction via by-product hydrogen | |
| CN211546068U (en) | Sleeve type supercritical water oxidation reactor for generating power generation working medium | |
| RU2233312C1 (en) | Method of production of synthesis gas from water-and-carbon suspension | |
| RU217185U1 (en) | Device for producing hydrogen by thermal decomposition of hydrocarbons in a gas-heated reactor | |
| RU2800547C1 (en) | Installation for the production of hydrogen by thermal decomposition of methane in a gas-heated reactor | |
| RU2624690C1 (en) | Gaz turbine installation and method of functioning of gas turbine installation | |
| Messerle et al. | Solid fuel plasma gasification | |
| JP2009196869A (en) | Method for reforming hydrocarbon by oxyhydrogen flame using two burners | |
| WO2007012151A1 (en) | A method of converting coal into fuels | |
| RU2835314C1 (en) | Pilot plant for continuous production of hydrogen and graphite by methane pyrolysis | |
| RU2840120C1 (en) | Method for continuous production of hydrogen and graphite by pyrolysis of methane | |
| CN216667988U (en) | System for decomposing metal salt through electromagnetic induction heat accumulating type self-circulation | |
| JP2009102184A (en) | Method of reforming hydrocarbon by oxyhydrogen flame using three-tube burner | |
| US20250066190A1 (en) | Method and system for the production of synthesis gas, by means of an oxy-flame, from various sources of carbon and hydrogen | |
| CN106479529A (en) | A kind of heat accumulating type metallic honeycomb bodies electronic gas refuse pyrolysis system | |
| KR20150114670A (en) | Hydrogen gas produce system for burn using boiler scrap heat and water vapor | |
| RU2440925C1 (en) | Production of hydrogen using plasma generator | |
| CN214654555U (en) | System for utilize boiler sulfur-containing flue gas system methane | |
| CN204643835U (en) | A kind of hydrogen raw material production equipment for the synthesis of ammonia | |
| Popov et al. | Electric arc plasma pyrolysis of natural gas by a high-voltage AC plasma torch | |
| CN1680190A (en) | Preparation of methanol synthetic gas from coke oven gas as raw material |