Термохимический реактор восстановительных атмосфер с окислением части продуктов паровой конверсии метана

Алексей Михайлович Дубинин, Екатерина Владимировна Черепанова, Владимир Геннадьевич Тупоногов, Светлана Александровна Грицук, Анастасия Александровна Емельянова

Аннотация


Разработана конструкция термохимического реактора для бескислородной паровой конверсии метана с частичным окислением продуктов конверсии с целью обеспечения автотермичности процесса. Реактор разделен на нижнюю зону слоя с каталитической насадкой, в которой происходит конверсия метана, и верхнюю, где организован отвод из реактора части продуктов конверсии и окисление оставшейся части для обеспечения необходимой температуры слоя. Представлены результаты экспериментальных исследований реактора, включающие определение вертикальной эффективной теплопроводности псевдоожиженного слоя электрокорунда, заторможенного алюмо-никелевой каталитической насадкой КСН-2, температуры и состава продуктов конверсии. Разработана стационарная одномерная модель паровой конверсии метана в однородном псевдоожиженном слое, заторможенном каталитической насадкой. Расчетный и экспериментальный составы продуктов конверсии метана и температуре на выходе из слоя около 1000 °С удовлетворительно совпадают. Продукты конверсии могут применяться в качестве восстановительных атмосфер, например, при переделе железорудного сырья.


Ключевые слова


метан; водяной пар; псевдоожиженный слой; электрокорунд; катализатор; распределение температуры в слое; эффективная теплопроводность слоя

Полный текст:

PDF

Литература


Leybush А.G. (Ed.) Proizvodstvo tekhnologicheskogo gaza dlya sinteza ammiaka i metanola iz ugle-vodorodnykh gazov [Production of Process Gas for the Synthesis of Ammonia and Methanol from Hydrocar-bon Gases]. Мoscow, Khimiya Publ., 1971. 286 p.

Dubinin A.M., Shcheklein S.E., Tuponogov V.G., Ershov M.I., Kagramanov Y.A. [Optimal Parameters

of a Reactor with Packing-Inhibited Circulating Fluidized Bed for Steam Reforming of Methane]. Internation-al Scientific Journal “Alternative Energy and Ecology”, 2015, no. 13–14 (177–178), pp. 103–108. (in Russ). DOI: 10.15518/isjaee.2015.13-14.010

Pisarenko E.V., Pisarenko V.N. [Energy and Resource-Saving Process of Obtaining Synthesis Gas from Natural Gas for Methanol Production]. Theoretical Foundation of Chemical Engineering, 2015, vol. 45, no. 1,

pp. 371–377. (in Russ)

Meshcheryakov G.V., Komissarov Y.A. [Reforming of Natural Gas for Joint Production of Methanol-Hydrogen, Methanol-Ammonia]. The journal “Fine Chemical Technologies” of Moscow State University of fine Chemical Technologies (MITHT), 2011, vol. 6, no. 4, pp. 72–76. (in Russ)

Igumnov, V.S. Technical and Technological Methods of Realization of Steam Catalytic Conversion of Natural Gas with a Methane-Water Proportion Close to Stoichiometric Ratio]. Hydrogen Material Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials. T.V. Veziglu et al.(Eds). Springer, 2007, pp. 555–561. DOI: 10.1007/978-1-4020-5514-0_70

Stünkel S., Trivedi H., Godini H.‐R., Jašo S., Holst N., Arndt S., Steinbach J., Schomäcker R. Oxida-tive Coupling of Methane: Process Design, Development and Operation in Mini-Plant Scale. Chemie Inge-nieur Technik, 2012, no. 11, pp. 1989–1996. DOI: 10.1002/cite.201200052

Hoang D.L., Chan S.H., Ding O.L. Kinetic and Modeling Study of Methane Steam Reforming over Sulfide Nickel Catalyst on a Gamma Alumina Support. Chemical Engineering Journal, 2005, vol. 112, pp. 1–11. DOI: 10.1016/j.cej.2005.06.004

Xu J., Froment G.F. Methane Steam Reforming, Methanation and Water Gas Shift: I. Intrinsic Kinetics. The Journal of the American Institute of Chemical Engineers (AlChE), 1989, vol. 35, no. 1, p. 88–96. DOI: 10.1002/aic.690350109

Xu J., Froment G.F. Methane Steam Reforming: II. Diffusional Limitations and Reactor. The Journal of

the American Institute of Chemical Engineers (AlChE), 1989, vol. 35, no. 1, p. 97–103. DOI: 10.1002/aic.690350110

Kehoe P.W., Davidcon J.F. Pressure Fluctuation in Sluggins Fluidized Beds. The Journal of the American Institute of Chemical Engineers (AlChE), 1973, vol. 69, no. 128, pp. 34–40.

Chen H., Ding Y., Cong N.T., Dou B., Dupont V., Ghadiri M., Williams P.T. Progress in Low Tem-perature Hydrogen Production with Simulaneous CO2 Abatement. Chemical Engineering Research and De-sign, 2011, vol. 89, iss. 9, pp. 1774–1782. DOI: 10.1016/j.cherd.2010.06.008

Tiemersma T.P., Chaudhari A.S., Gallucci F., Kuipers J.A.M., van Sint Annaland S. [Integrated Auto-thermal Oxidate Coupling and Steam Reforming of Methane. Part 1: Design of Dual-Function Catalyst Parti-cle]. Chemical Engineering Science, 2012, vol. 82, p. 200–214. DOI: 10.1016/j.ces.2012.07.048

Fernandez J.R., Abanades J.C., Murillo R. Modeling of Sorption Enhanced Steam Methane Reforming in an Adiabatic Fixed Bed Reactor. Chemical Engineering Science, 2012, vol. 84, p. 1–11. DOI: 10.1016/j.ces.2012.07.039

Hiblot H. Steam Reforming of Methane in a Synthesis Gas from Biomass Gasification. International Journal of Hydrogen Energy, 2016, 41, pp. 18329–18338. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2016.07.226

Dubinin A.M., Baskakov A.P., Shoybonov V.B. Generator endotermicheskikh atmosfer [Generator of Endothermic Atmospheres]. Patent USSR, no. 992079, 1983.

Kunii D., Levenshpil' O. Promyshlennoe psevdoozhizhenie [Industrial Fluidization]. Transl. from Engl. Moscow, Khimiya Publ., 1976. 448 p.

Baskakov A.P. Nagrev i okhlazhdenie metallov v kipyashchem sloe [Heating and Cooling of Metals in

the Fluidized Bed]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1974. 272 p.

Tuponogov V.G., Dubinin A.M., Shtutsa R.S. Gazogenerator s kipyashchim sloem dlya gazifikatsii tverdykh topliv [Gas Generator with Fluidized Bed for Gasification of Solid Fuels]. Patent RF, no. 2341551, 20.12.2008.

Zhorov Yu.M. Termodinamika khimicheskikh protsessov (neftekhimicheskiy sintez, pererabotka nefti, uglya i prirodnogo gaza) [Thermodynamics of Chemical Processes (Petrochemical Synthesis, Processing of Oil, Coal and Natural Gas)]. Moscow, Khimiya Publ., 1985. 464 p.

Bodrov I.M., Apel'baum L.O., Temkin M.I. [Kinetics of the Reaction of Methane with Water Vapor Catalyzed by Nickel on a Porous Carrier]. Kinetics and Catalysis, 1967, vol. 8, no. 4, pp. 821–828. (in Russ.)

Ravel' A.A., Ponomareva A.M. (Eds.) Kratkiy spravochnik fiziko-khimicheskikh velichin. Izd. 8-e pererab. [A Short Reference Book of Physical and Chemical Quantities. Ed. 8th Draft]. Leningrad, Khimiya Publ., 1983, 232 p.




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/power180102

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.