RS61293B1 - Postupak za rekuperaciju unutrašnje energije iz izduvnih gasova - Google Patents

Postupak za rekuperaciju unutrašnje energije iz izduvnih gasova

Info

Publication number
RS61293B1
RS61293B1 RS20201600A RSP20201600A RS61293B1 RS 61293 B1 RS61293 B1 RS 61293B1 RS 20201600 A RS20201600 A RS 20201600A RS P20201600 A RSP20201600 A RS P20201600A RS 61293 B1 RS61293 B1 RS 61293B1
Authority
RS
Serbia
Prior art keywords
reactor
oxygen
exhaust gases
exhaust gas
gas
Prior art date
Application number
RS20201600A
Other languages
English (en)
Inventor
Dr Martin Demuth
Christian Erich Gaber
Prof Dr Christoph Hochenauer
Davor Spoljarić
Original Assignee
Messer Group Gmbh
Messer Austria Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Messer Group Gmbh, Messer Austria Gmbh filed Critical Messer Group Gmbh
Publication of RS61293B1 publication Critical patent/RS61293B1/sr

Links

Classifications

    • 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; Reversible storage of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide or air
    • C01B3/34—Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide or air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen; Production of gaseous mixtures containing hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide or air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0238—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a carbon dioxide reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0244—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being an autothermal reforming step, e.g. secondary reforming processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/141—Feedstock

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Description

Opis
[0001] Pronalazak se odnosi na postupak za rekuperaciju unutrašnje energije iz vrućih izduvnih gasova, pri kojem se sintetizovani gas koji sadrži ugljen monoksid i vodonik sagoreva u peći sa oksidacionim sredstvom koje sadrži kiseonik i stvara se vreli izduvni gas koji sadrži ugljen dioksid i vodu, a izduvni gas se sa uređajem za skladištenje toplote prvog reaktora dovede u toplotni kontakt, akumulator toplote prvog reaktora se zagreje i izduvni gas se ohladi, a zatim se delimični tok izduvnih gasova recirkuliše i zajedno sa gorivom koje sadrži ugljovodonik dovodi u drugi reaktor, u kome postoji toplotnim kontaktom sa vrućim izduvnim gasovima iz peći zagrejani rezervoar toplote, pri čemu se gorivo i recirkulisani izduvni gas u endotermnoj reakciji u drugom reaktoru pretvaraju u sintetizovani gas koji sadrži ugljen monoksid i vodonik, pri čemu se rezervoar toplote drugog reaktora hladi i sintetizovani gas iz drugog reaktora se zatim dovede u peć, pri čemu se gas koji sadrži kiseonik dovodi u drugi reaktor kao edukt, dodatno na i istovremeno sa gorivom i recirkulisanim delimičnim tokom izduvnih gasova.
[0002] Tokom procesa sagorevanja u industrijskim sistemima peći nastaju vrući proizvodi sagorevanja, koji se obično ispuštaju kao dim ili izduvni gasovi. Unutrašnja energija sadržana u dimnim gasovima se u nekim slučajevima gubi neiskorišćena. Već su razvijeni različiti pristupi kako bi se mogao povratiti bar deo toplotne energije.
[0003] Jedan od ovih pristupa je prethodno zagrevanje goriva i oksidacionih sredstava koja se isporučuju u peć razmenom toplote sa dimnim gasovima koji izlaze iz peći. Toplota se naročito može povratiti u regeneratorima kroz koje vrući dimni gas, a zatim oksidirajuće sredstvo ili gorivo, prolaze jedan za drugim. Dimni gas odaje deo svoje toplote akumulatoru toplote u regeneratoru, koji je privremeno skladišti, a zatim je predaje oksidacionom sredstvu ili gorivu. Obično se koriste dva regeneratora, koja rade naizmenično, tako da se jedan regenerator uvek koristi za apsorpciju toplote iz dimnih gasova, a drugi regenerator za zagrevanje oksidacionog sredstva ili goriva.
[0004] Iako se ovaj postupak često koristi kada se vazduh koristi kao oksidaciono sredstvo, on izaziva značajne tehničke poteškoće u sistemima u kojima se gorivo sagoreva sa čistim kiseonikom (sistemi sa oksi gorivom). S jedne strane, zbog različitih toplotnih kapaciteta i znatno manjih zapreminskih protoka, iz izduvnih gasova može se povratiti samo relativno mala količina toplote, a sa druge strane, zagrejani kiseonik vrlo opterećuje materijal zbog oksidacije.
[0005] U takozvanom TCR procesu (termo-hemijska regeneracija / rekuperacija), kao što je opisano EP 0953 543 A1, ovaj problem se zaobilazi korišćenjem toplote izduvnih gasova iz sistema koji rade sa kiseonikom kao oksidacionim sredstvom, a ne za prethodno zagrevanje kiseonika, već za delimično unutrašnje reformisanje goriva.
[0006] Takođe su poznati postupci za rekuperaciju unutrašnje energije iz zagrejanih izduvnih gasova iz US 2009011290 A1 i
[0007] Popov et Al: "The use of thermochemical recuperation in an industrial plant", ENERGY, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, sveska 127, 20-03-2017, strane 44-51, ISSN: 0360-5442.
[0008] Za kontinuirani rad TCR, peć je obično povezana na najmanje dva reaktora, koji rade jedan za drugim kao reformator i kao regenerator i menjaju svoj način rada u zadatim vremenskim intervalima tako da je prvi reaktor uvek u fazi regeneracije (faza zagrevanja), a drugi reaktor je u fazi reformisanja. Faza regeneracije se odvija kao kod konvencionalnih regeneratora, tako što vrući izduvni gas iz peći prenosi deo toplote u rezervoar toplote (regenerativni sloj) u prvom reaktoru. Izduvni gas se ohladi i zatim napušta reaktor. Deo hladnih izduvnih gasova se zatim odvaja i pomeša sa gorivom koje sadrži ugljovodonike (npr. CH4). Izduvni gas koji se ne recirkuliše napušta sistem preko odgovarajuće izduvne cevi. Recirkulisani izduvni gasovi i gorivo dovode se kao smeša ili u odvojenim dovodnim vodovima u drugi reaktor (reformator), koji je zagrejan vrućim izduvnim gasovima u prethodnom ciklusu i u kojem je sada započeta faza reformisanja. To uključuje hemijsku konverziju (reformisanje) goriva u sintetizovani gas. Pored goriva, za reformisanje su potrebni para i/ili ugljen-dioksid. Kada se sintetizovani gas sagoreva u peći sa čistim kiseonikom, izduvni gas se uglavnom sastoji od ovih komponenti i stoga se može direktno koristiti za reformisanje. Kada se metan reformiše, ono što je poznato kao parno i suvo reformisanje u osnovi se odvija u reformatoru. Njihove reakcije su vrlo endotermne i zahtevaju visoke temperature i niske pritiske da bi se mogle odvijati dovoljno brzo:
[0009] Jednačina reakcije bruto hemijske reakcije koja se odvija, takođe poznata kao „Bireformisanje“, je kao što sledi:
[0010] Sa recirkulacijom izduvnih gasova od 25%, sastav mešavine goriva / izduvnih gasova koji se može preoblikovati omogućava potpunu konverziju u sintetizovani gas u čisto stehiometrijskom pogledu. Međutim, samo u pećima sa temperaturom izduvnih gasova od najmanje 1700 °C, energija sadržana u izduvnim gasovima dovoljna je pod optimalnim uslovima kako bi se osigurala potpuna konverzija goriva u sintetizovani gas. Pri nižim temperaturama izduvnih gasova reformiše se samo deo goriva. Toplota potrebna za konverziju se skladišti u sloju reformatora zbog prethodne faze regeneracije i predaje reaktantima, pri čemu se podloga ohladi.
[0011] Međutim, u delimično reformisanom području, pri nižim reakcionim temperaturama, nastaje čvrsti ugljenik zbog određenih stanja hemijske ravnoteže, koji se akumulira u podlozi reaktora i, pod određenim okolnostima, može uticati na operativnost reaktora. Da bi se izbegle takve naslage ugljenika, u EP 0953 543 A1 se predlaže da se nakon faze reformisanja i pre faze regeneracije, kiseonik potreban za sagorevanje sintetizovanog gasa bar delimično propusti kroz reaktor kako bi se sagorele naslage ugljenika. Međutim, sagorevanje ugljenika dovodi do dodatnog koraka procesa, a time i do kašnjenja u toku procesa. Pored toga, kada se propušta kiseonik visoke čistoće, reakcija sa ugljenikom dovodi do nepoželjnih visokih lokalnih temperatura u reaktoru, kojima je neophodno suprotstaviti se dodavanjem izduvnih gasova iz procesa sagorevanja u dovedeni kiseonik, što smanjuje efikasnost procesa.
[0012] Međutim, u delimično reformisanom području, pri nižim reakcionim temperaturama, zbog odgovarajućih stanja hemijske ravnoteže, nastaje čvrsti ugljenik koji se taloži u podlozi reaktora i pod određenim okolnostima. može uticati na operativnost reaktora. Da bi se izbegle takve naslage ugljenika, predloženo je u EP 0953 543 A1 da se Zadatak ovog pronalaska je stoga da se opisani termohemijski postupak za regenerativnu rekuperaciju toplote poboljša utoliko da se pouzdano spreči stvaranje naslaga ugljenika u reformatoru i/ili da se naslage ugljenika koje su se već stvorile mogu ukloniti pouzdano i uz mali napor.
[0013] Ovaj cilj se postiže postupkom koji ima karakteristike patentnog zahteva 1. Povoljni oblici izvođenja ovog pronalaska navedeni su u podzahtevima.
[0014] Prema ovom pronalasku, u postupku tipa pomenutog na početku, gas koji sadrži kiseonik se dovodi u drugi reaktor (reformator) kao edukt, pored goriva koje sadrži ugljovodonike i recirkulisanog delimičnog toka izduvnih gasova peći. Pod „gasom koji sadrži kiseonik“ ovde se podrazumeva mešavina gasa sa udelom gasovitog kiseonika većim od 0,1 zapr. %. Konkretno, to je, na primer, vazduh, vazduh obogaćen kiseonikom ili čist kiseonik (sa sadržajem kiseonika od 95 zapr. % i više) ili smeša kiseonika i vodene pare. Gas koji sadrži kiseonik dovodi se direktno u drugi reaktor istovremeno sa ostalim polaznim materijalima. U reformatoru delimična oksidacija inicirana tako dovedenim kiseonikom dovodi do bar smanjenog stvaranja ugljenika. Ovo eliminiše potrebu za dodatnim korakom procesa u kome se ugljenik proizveden u reaktoru sagoreva gasom bogatim kiseonikom, ali je bar takav korak ređe potreban za održavanje funkcionalnosti reaktora nego u postupcima prema stanju tehnike.
[0015] Osim toga, dodavanje kiseonika smanjuje energiju potrebnu za endotermnu reakciju reformisanja, tako da se u podlozi drugog reaktora postiže ukupno viša temperatura nego bez dodatka kiseonika. Ovo povećava udeo vodonika i ugljen-monoksida u sintetizovanom gasu, s obzirom na dovoljno dugo zadržavanje edukata u reaktoru.
[0016] Reakcija oksi goriva odvija se u peći, tj. isporučeni sintetizovani gas, koji se uglavnom sastoji od vodonika i ugljen monoksida, sagoreva sa kiseonikom bogatim oksidacionim sredstvom, poželjno kiseonikom, čistoće od 95 zapr. % i više. Rezultat toga su izduvni gasovi koji se pretežno sastoje od vodene pare i ugljen-dioksida, od kojih se zauzvrat delimični tok uvodi u drugi reaktor. Tamo reaguje zajedno sa gorivom, koje se isporučuje paralelno ili kao smeša sa recirkuliranim izduvnim gasovima i sastoji se mahom pretežno od jednog ili više ugljovodonika, poput metana. Proizvodi se sintetizovani gas, koji se uglavnom sastoji od vodonika i ugljen-monoksida, a koji se zatim dovodi u peć.
[0017] Udeo kiseonika u ukupnom polaznom materijalu dovedenom u drugi reaktor je poželjno između 1 zapr. % i 10 zapr. %, naročito poželjno između 2 zapr. % i 7 zapr. %. Preostali polazni materijali su gorivo dovedeno u drugi reaktor i recirkulisani podtok izduvnih gasova peći. U slučaju proporcija kiseonika iznad toga, preovlađuje sagorevanje i udeo sintetizovanog gasa u proizvodima više nije povećan.
[0018] Kiseonik doveden u drugi reaktor može se delimično zameniti stehiometrijski odgovarajućom količinom vodene pare. U ovom slučaju, oksidaciono sredstvo dovedeno u drugi reaktor sadrži ne samo kiseonik već i vodenu paru ili se sastoji od smeše kiseonika i vodene pare. Stvaranje naslaga ugljenika takođe se može smanjiti dodavanjem vodene pare; međutim, to bi dovelo do promene hemijske ravnoteže, što bi rezultiralo povećanjem sadržaja H2O u sintetizovanom gasu. Naročito kada su velike proporcije recirkulisanih izduvnih gasova iz peći je stoga svrsishodnije održavati udeo vodene pare niskim ili dovesti čist kiseonik.
[0019] Naročito povoljan oblik izvođenja ovog pronalaska obezbeđuje da recirkulisani deo izduvnih gasova koji se dovodi u drugi reaktor iznosi između 20% i 40%. Posebno poželjan udeo je oko 37,5% kako bi se efikasno izbegle naslage ugljenika.
[0020] Ugradnjom katalizatora mogu se stvoriti stabilniji uslovi procesa i pokrenuti endotermna hemijska reakcija na nižim temperaturama. Na primer, poželjan je katalizator u obliku nasutog sloja od nikla na nosaču od aluminijum oksida (Ni / Al2O3). To omogućava da se endotermna hemijska reakcija izvede na temperaturi između 700 °C i 900 °C.
[0021] Reaktori obično rade naizmenično kao regeneratori i kao reformatori, pri čemu se putanje protoka reaktora menjaju nakon perioda od približno 15 min do 20 min, i reaktor koji je do tada radio kao regenerator postaje reformator, a reaktor koji je do tada radio kao reformator postaje regenerator. Sa više od dva reaktora, mogući su prelazi u kojima dva ili više reaktora rade paralelno kao reformator ili regenerator, barem u određenom vremenskom periodu. Da bi se temperaturni uslovi mogli prilagoditi odgovarajućim zahtevima, moguće je dodatno zagrejati regenerator i/ili reformator, na primer pomoću električnog uređaja za grejanje.
[0022] Alternativno ovome, poželjan oblik izvođenja ovog pronalaska obezbeđuje da prvi reaktor i drugi reaktor rade kao rekuperatori. To je naročito moguće ako se stvaranje ugljenika, barem uglavnom, može hemijski isključiti. To je slučaj, na primer, kada se početni materijali dovode u drugi reaktor na takav način da se tamo može odvijati sledeća reakcija („tri-reformisanje“):
[0023] Procenat recirkulisanog izduvnog gasa je 20% od ukupnog izduvnog gasa stvorenog u peći. Ako se količina recirkulisanog izduvnog gasa poveća na 37,5%, u drugom reaktoru se ne proizvodi ugljenik ili gotovo nikakav ugljenik. Međutim, ovo takođe pomera hemijsku ravnotežu i sa čisto termodinamičke tačke gledišta više se ne dobija proizvod reakcije koji se u potpunosti sastoji od sintetizovanog gasa.
[0024] Kada reaktori rade kao funkcionalne jedinice rekuperatora, prvi reaktor i drugi reaktor su međusobno toplotno povezani preko kontaktne površine na takav način da se toplota koju apsorbuje izduvni gas peći u prvom reaktoru prenosi u drugi reaktor i tamo koristi za sprovođenje endotermnih reakcija. U ovom slučaju, prvi reaktor i drugi reaktor su poželjno postavljeni u zajedničkom kućištu, a rezervoari toplote prvog reaktora i drugog reaktora su površina izmenjivača toplote raspoređena između dva reaktora. Na primer, rekuperator je cevni izmenjivač toplote u kome se izduvni gasovi vruće peći vode kroz cevi koje se protežu kroz prostor plašta napunjen eduktima reakcije sintetizovanog gasa. Cevi apsorbuju unutrašnju energiju iz izduvnih gasova peći na svojim unutrašnjim površinama i na spoljnim površinama je oslobađaju u prostor plašta u kome se odvija endotermna reakcija; unutrašnjost cevi tako funkcioniše kao regenerator, a prostor plašta kao reformator. Pored toga, u ovom obliku izvođenja takođe može da se obezbedi, na primer, električni uređaj za grejanje, pomoću kojeg se barem može grejati reaktor koji radi kao reformator i time podržati prenos toplote iz regeneratora.
[0025] Postupak prema ovom pronalasku omogućava povećanje efikasnosti sagorevanja peći koje rade kao sistemi sa oksi gorivom sa srednjim do visokim temperaturama izduvnih gasova između 700 °C i 1700 °C do 25%. Postupak je posebno pogodan za peći za topljenje stakla ili druge sisteme peći koji se koriste za primenu na visokim temperaturama.
[0026] Primer izvođenja ovog pronalaska biće detaljnije objašnjen uz pomoć crteža. Crtež šematski prikazuje:
Sl. 1: Dijagram režima rada uređaja za sprovođenje postupka prema ovom pronalasku u prvom obliku izvođenja
Sl. 2: Dijagram režima rada uređaja za sprovođenje postupka prema ovom pronalasku u drugom obliku izvođenja.
[0027] Uređaj 1 prema slici 1 sadrži peć 2 i dva reaktora 3, 4, od kojih prvi reaktor radi kao regenerator 3, a drugi reaktor kao reformator 4. Reaktori 3, 4 su identične strukture i povezani sa peći na način koji ovde nije prikazan tako da reaktori 3, 4 mogu naizmenično da rade kao regenerator i kao reformator.
[0028] Peć 2, koja je, na primer, peć za topljenje stakla, ima dovodni vod 5 za gorivo i napojni vod 6 za oksidaciono sredstvo, na primer kiseonik. Sintetizovani gas koji se stvara u reformatoru 4 koristi se kao gorivo. Kiseonik (sa čistoćom od 95 zapr. % ili više) poželjno se koristi kao oksidaciono sredstvo. Izduvni gasovi stvoreni tokom sagorevanja sintetizovanog gasa sa oksidacionim sredstvom ispuštaju se iz peći 2 preko izduvnog voda 7 koji prolazi kroz regenerator 3. Na mestu grananja 8, povratni vod 9 se odvaja od izduvnog voda 7 i uliva se u reformator 4. Dovodni vod 10 za gorivo koje sadrži ugljovodonike, posebno za gasovito gorivo kao što je metan ili prirodni gas, i dovodni vod 11 za oksidaciono sredstvo koje sadrži kiseonik takođe se uliva u reformator 4. U primernom izvođenju, dovodni vod 11 je povezan sa dovodnim vodom 6 i crpi oksidaciono sredstvo iz istog izvora, koji ovde nije prikazan, kao što je ovaj; oksidaciono sredstvo je dakle čisti kiseonik.
[0029] Kada je uređaj 1 u funkciji, sintetizovani gas doveden u peć 2 preko dovodnog voda 5 sagoreva se sa oksidacionim sredstvom dovedenim preko dovodnog voda 6 u prostoru za sagorevanje peći 2. Nastali izduvni gasovi, koji su prisutni na temperaturi od 700 °C do 900 °C i sadrže ugljen-dioksid i vodu, prolaze kroz regenerator 3 preko izduvnog voda 7. U regeneratoru 3 nalazi se rezervoar toplote koji apsorbuje deo toplote iz izduvnih gasova i pritom se zagreva dok se izduvni gasovi hlade. Rezervoar toplote je, na primer, termoakumulaciona masa u obliku nasutog sloja izrađenog od keramike ili metalnog materijala.
[0030] Veliki deo izduvnih gasova hlađenih u regeneratoru ispušta se preko ispusnog voda 12, dok se delimični tok, na primer između 20% i 40% izduvnih gasova, uvodi u reformator 4 preko povratnog voda 9. U reformatoru 4 odvija se endotermna reakcija, u kojoj gorivo koje sadrži ugljovodonike, isporučeno preko dovodnog voda 10, reaguje sa delom izduvnih gasova koji se isporučuje preko povratnog voda 9, dajući sintetizovani gas koji sadrži vodonik i ugljen-monoksid. Energija potrebna za endotermnu reakciju uzima se iz rezervoara toplote koji je prisutan u reformatoru 4 na temperaturi od, na primer, od 600 °C do 850 °C i hladi se u tom procesu. Rezervoar toplote reformatora 4 primio je visoku temperaturu iz prethodne radne faze u kojoj je reaktor 4 funkcionisao kao regenerator, a reaktor 3 kao reformator. U ovoj prethodnoj radnoj fazi došlo je do toplotnog kontakta rezervoara toplote reaktora 4 sa izduvnim gasovima iz peći 2, zbog čega se rezervoar toplote reaktora 4 zagrevao na temperaturu od npr. 850 °C ili više.
[0031] Da bi se povećala efikasnost reakcije koja se odvija u reformatoru 4, reaktori 3, 4 su opremljeni katalizatorom, na primer niklom, koji se nanosi na inertni materijal nosača u obliku rasutog materijala. Posle perioda od približno 15 minuta do 20 minuta, medijum za skladištenje u reformatoru 4 se ohladio do te mere da je potrebno prebaciti reaktore, tj. prethodni reformator 4 postaje novi regenerator, a prethodni regenerator 3 postaje reformator.
[0032] Efikasnost uređaja 1 se dodatno povećava direktnim dovodom kiseonika preko dovodnog voda 11. Dovod kiseonika inicira delimičnu oksidaciju u drugom reaktoru, što naročito suzbija stvaranje naslaga ugljenika na rezervoarima toplote reaktora 3, 4.
[0033] Direktan dovod kiseonika u reformator 4 takođe omogućava da se preskoči prebacivanje reaktora 3, 4 i njihove naizmenične upotrebe kao reformatora ili regeneratora i da se izvrši regeneracija i reformisanje u jednom jedinom, neprekidno operativnom aparatu (rekuperatoru). Takav raspored prikazan je na sl.2, u kojoj su karakteristike, koje inače imaju isti efekat, označene istim referentnim simbolima kao na sl. 1.
[0034] Kod uređaja 20, regenerator 3 i reformator 4 su kombinovani u jednom uređaju, koji se u daljem tekstu naziva rekuperator 21. Reaktori 3, 4 ovde predstavljaju funkcionalne jedinice rekuperatora 21. Rekuperator 21 ima toplotnu dodirnu površinu 22 između regeneratora 3 i reformatora 4, koja omogućava indirektan prenos toplote od vrućih izduvnih gasova koji prolaze kroz izduvni vod 7 u endotermnu reakciju koja se odvija reformatoru 4. Rekuperator je na primer cevasti izmenjivač toplote u kome se izduvni gas vodi kroz jednu ili više cevi koje su raspoređene u prostoru plašta u kome su prisutni reakcioni gasovi endotermne reakcije. U ovom slučaju, toplota se prenosi na zidove cevi ili cevi koje u tom pogledu funkcionišu kao rezervoar toplote, ali toplotu preko svojih spoljnih površina odmah predaju reaktantima endotermne reakcije. Direktan dovod kiseonika u reformatoru 4 dovodi do delimične oksidacije koja, zajedno sa reakcijom sintetizovanog gasa koja se tamo odvija, u celini dovodi do „tri-reformisanja“ prema gornjoj jednačini (d). Procenat recirkulisanog izduvnog gasa je oko 37,5%. Na taj način se formiranje naslaga ugljenika u reformatoru 4 rekuperatora 21 efikasno suzbija i time je omogućen kontinuirani rad rekuperatora 21.
Spisak referentnih oznaka
[0035]
1. Uređaj
2. Peć
3. Reaktor
4. Reaktor
5. Dovodni vod za gorivo
6. Dovodni vod za oksidaciono sredstvo
7. Izduvni vod
8. Mesto grananja
9. Povratni vod
10. Dovodni vod za gorivo
1

Claims (8)

Patentni zahtevi
1. Postupak za rekuperaciju unutrašnje energije iz vrućih izduvnih gasova, pri kojoj se sintetizovani gas koji sadrži ugljen-monoksid i vodonik sagoreva sa oksidacionim sredstvom koje sadrži kiseonik u peći (2) i stvara se vreli izduvni gas koji sadrži ugljen-dioksid i vodu, a izduvni gas sa rezervoarom toplote prvog reaktora (3) se dovodi u toplotni kontakt, pri čemu se rezervoar toplote prvog reaktora (3) zagreva i izduvni gasovi hlade, a zatim se delimični tok izduvnih gasova recirkuliše i zajedno sa gorivom koje sadrži ugljovodonik dovodi u drugi reaktor (4), u kojem postoji rezervoar toplote zagrejan putem toplotnog dodira sa vrućim izduvnim gasom iz peći (2), gorivo i recirkulisani izduvni gas se u drugom reaktoru (4) u endotermnoj reakciji pretvaraju u sintetizovani gas koji sadrži ugljen-monoksid i vodonik, pri čemu se rezervoar toplote drugog reaktora (4) ohladi, a sintetizovani gas iz drugog reaktora (4) se zatim dovodi u peć (2),
naznačen time,
što se gas koji sadrži kiseonik dovodi u drugi reaktor (4) kao edukt, pored i istovremeno sa gorivom i recirkulisanim delimičnim tokom izduvnih gasova.
2. Postupak prema zahtevu 1, naznačen time, što udeo kiseonika u eduktima dovedenim u drugi reaktor (4) iznosi između 1 zapr. % i 10 zapr. %, poželjno između 2 zapr. % i 7 zapr. %.
3. Postupak prema zahtevu 1 ili 2, naznačen time, što oksidaciono sredstvo dovedeno do drugog reaktora (4) pored kiseonika sadrži i vodenu paru.
4. Postupak prema jednom od prethodnih zahteva, naznačen time, što recirkulisani i do drugog reaktora (4) dovedeni delimični tok izduvnog gasa ima udeo od između 20% i 40%, poželjno oko 37,5% izduvnog gasa peći.
5. Postupak prema jednom od prethodnih zahteva, kojim je u prvom reaktoru (3) i/ili drugom reaktoru (4) predviđen katalizator.
6. Postupak prema jednom od prethodnih zahteva, naznačen time, što temperatura reakcije u drugom reaktoru (4) iznosi između 700 °C i 900 °C.
7. Postupak prema jednom od prethodnih zahteva, naznačen time, što prvi reaktor (3) i drugi reaktor (4) naizmenično rade kao regenerator i kao reformator.
8. Postupak prema jednom od prethodnih zahteva, naznačen time, što između prvog reaktora (3) i drugog reaktora (4) postoji toplotna dodirna površina (22) i što reaktori (3, 4) rade kao rekuperator (21).
1
RS20201600A 2017-08-25 2018-06-22 Postupak za rekuperaciju unutrašnje energije iz izduvnih gasova RS61293B1 (sr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017008088.7A DE102017008088A1 (de) 2017-08-25 2017-08-25 Verfahren zur Rückgewinnung von innerer Energie aus Abgasen
EP18179346.4A EP3447025B1 (de) 2017-08-25 2018-06-22 Verfahren zur rückgewinnung von innerer energie aus abgasen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RS61293B1 true RS61293B1 (sr) 2021-02-26

Family

ID=62750866

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RS20201600A RS61293B1 (sr) 2017-08-25 2018-06-22 Postupak za rekuperaciju unutrašnje energije iz izduvnih gasova

Country Status (10)

Country Link
EP (1) EP3447025B1 (sr)
DE (1) DE102017008088A1 (sr)
ES (1) ES2842948T3 (sr)
HR (1) HRP20210024T1 (sr)
HU (1) HUE053076T2 (sr)
LT (1) LT3447025T (sr)
PL (1) PL3447025T3 (sr)
PT (1) PT3447025T (sr)
RS (1) RS61293B1 (sr)
SI (1) SI3447025T1 (sr)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020004045A1 (de) 2020-07-04 2022-01-05 Messer Austria Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Rückgewinnung von innerer Energie aus Abgasen

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2556835A (en) * 1945-12-29 1951-06-12 Standard Oil Dev Co Process for producing gas mixtures
NL1000146C2 (nl) * 1995-04-13 1996-10-15 Gastec Nv Werkwijze voor het uitvoeren van een chemische reactie.
US6113874A (en) 1998-04-29 2000-09-05 Praxair Technology, Inc. Thermochemical regenerative heat recovery process
US6767530B2 (en) * 2001-12-14 2004-07-27 Praxair Technology, Inc. Method for producing hydrogen
AU2006263413A1 (en) * 2005-06-29 2007-01-04 Exxonmobil Research And Engineering Company Synthesis gas production and use
US20090011290A1 (en) * 2007-07-05 2009-01-08 Gas Technology Institute Method and apparatus for thermochemical recuperation with partial heat recovery of the sensible heat present in products of combustion
DE102016123591A1 (de) * 2015-12-15 2017-06-22 FEV Europe GmbH Verfahren zur Reformierung von Kraftstoff in einem Abgasstrang eines Verbrennungsmotors sowie Verbrennungsmotor
DE102016015012A1 (de) * 2016-12-15 2018-06-21 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur Wärmerückgewinnung aus einem von einem Brenner erzeugten Rauchgas

Also Published As

Publication number Publication date
HRP20210024T1 (hr) 2021-03-05
PL3447025T3 (pl) 2021-04-19
DE102017008088A1 (de) 2019-02-28
LT3447025T (lt) 2021-01-25
EP3447025A1 (de) 2019-02-27
ES2842948T3 (es) 2021-07-15
SI3447025T1 (sl) 2021-02-26
EP3447025B1 (de) 2020-11-11
HUE053076T2 (hu) 2021-06-28
PT3447025T (pt) 2021-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11383978B2 (en) Heat integrated reformer with catalytic combustion for hydrogen production
US4642272A (en) Integrated fuel cell and fuel conversion apparatus
US6767530B2 (en) Method for producing hydrogen
US4816353A (en) Integrated fuel cell and fuel conversion apparatus
US20050097819A1 (en) System for hydrogen generation through steam reforming of hydrocarbons and intergrated chemical reactor for hydrogen production from hydrocarbons
US20090011290A1 (en) Method and apparatus for thermochemical recuperation with partial heat recovery of the sensible heat present in products of combustion
JP2000024489A (ja) 熱化学再生的熱回収プロセス
EP1294477A1 (en) Improved system and integrated chemical reactor for hydrogen production through steam reforming of hydrocarbons
JP2003525115A (ja) 吸熱反応工程およびその装置
US20220081291A1 (en) Parallel reforming in chemical plant
JP5933072B2 (ja) 合成ガスを製造するための方法および装置
US20210178351A1 (en) Heat integrated reformer with catalytic combustion for hydrogen production
CN101605718A (zh) 用于热集成氢生成系统的处理方法和设备
JP2023504617A (ja) 溶融塩反応器の改良
US20100269410A1 (en) Method and apparatus for reforming tar in gasification equipment
JP5963848B2 (ja) 非触媒性の復熱式改質装置
AU2023422608A1 (en) Method and device for generating heat
EP1816101B1 (en) Industrial furnace with steam reforming apparatus and method for steam reforming using the same
RS61293B1 (sr) Postupak za rekuperaciju unutrašnje energije iz izduvnih gasova
WO2024111442A1 (ja) ガラス製造装置及びガラス製造方法
JP2024533512A (ja) リアクター及びアンモニアを分解する装置と方法
CN115768719A (zh) 用于从尾气回收内能的方法和设备
TWI885872B (zh) 使用復熱式熱交換反應器之氨裂解程序
KR102958008B1 (ko) 화학 플랜트에서의 병렬식 개질
WO2024111441A1 (ja) ガラス製造方法、及びガラス製造装置