Способ и аппарат для жидкофазного риформинга углеводородов или кислородсодержащих соединений
Изобретение относится к жидкофазному риформингу. Способ осуществляют взаимодействием углеводорода или кислородсодержащего органического соединения с водой посредством импульсного электрического разряда в жидкости, содержащей указанные углеводород или кислородсодержащее органическое соединение и воду. Такой способ осуществляют в аппарате, который включает в себя реактор, электроды, размещенные внутри указанного реактора, источник постоянного тока для подачи постоянного тока к указанным электродам и выпускное отверстие для отвода полученных в результате водорода и монооксида углерода. Данное изобретение позволяет вести процесс при нормальной температуре и нормальном давлении, и при этом нет необходимости в дополнительной стадии отделения получаемых продуктов от непрореагировавших веществ. Более того, побочные продукты, такие как ацетилен, растворяются и абсорбируются в жидкости и снова взаимодействуют с последующим превращением в синтез-газ. 2 с. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 табл.
Область техники
Настоящее изобретение относится к способу и аппарату для жидкофазного риформинга (модификации свойств) углеводородов и кислородсодержащих соединений.
Уровень техники
Из уровня техники известен способ получения водорода и монооксида углерода путем взаимодействия углеводородов с водяным паром (риформинг под действием водяного пара). Так называемый риформинг под действием водяного пара обычно описывают следующим химическим уравнением:
CmHn+mH2O→mCO+(m+n/2)H2
Смешанный газ из водорода и монооксида углерода, который получают путем риформинга под действием водяного пара (называемый ″синтез-газом″), является важным промышленным сырьем, служащим в качестве одного из основных компонентов так называемой ″С1 химии″ и используемым в качестве исходного сырья для синтеза метанола, аммиака и диметилового эфира, а также в качестве исходного сырья для реакции Фишера-Тропша при производстве бензина и т.п.
Как правило, риформинг под действием водяного пара осуществляют при высоких температурах от 600 до 840°С под высоким давлением примерно от 5 до 100 атм с использованием оксида алюминия в качестве носителя для никелевого катализатора. Такой способ, осуществляемый при высокой температуре и высоком давлении, требует прочного оборудования для проведения реакций, способного выдержать высокое давление и нагрев, а также больших затрат для обеспечения высоких температур и высокого давления, что является невыгодным. Кроме того, такой традиционный способ обладает теми недостатками, что является сравнительно низкоселективным в отношении монооксида углерода (т.е. доли вещества, в котором вызывается превращение атомов углерода используемого исходного углеводородного сырья в монооксид углерода) и вызывает различные нежелательные побочные реакции, которые приводят к заблокированию реакционной трубки образуемыми побочными продуктами и отравлению катализатора.
В результате изучения существующей в настоящее время ситуации, описанной выше, авторы настоящего изобретения нашли новый способ риформинга под действием водяного пара, который можно осуществлять при нормальном давлении и более низких температурах, чем традиционный способ риформинга без использования каких-либо катализаторов и который является высокоселективным в отношении монооксида углерода и никогда не вызывает других различных реакций, и подали заявку на патент на способ риформинга под действием водяного пара (Заявка на патент Японии №2001-152432). Данный способ риформинга под действием водяного пара обеспечивает возможность получения водорода и монооксида углерода путем взаимодействия линейного углеводорода с водяным паром посредством импульсного разряда постоянного тока в смешанном газе, содержащем газообразный линейный углеводород и водяной пар. Такой предложенный способ может быть мелкомасштабным, и его можно осуществлять при очень низких затратах с использованием портативного реактора. Таким образом, можно ожидать создания системы, способной транспортировать природный газ, после его риформинга для питания топливом в виде водорода топливных элементов автомобилей или других транспортных средств вместо метанола и бензина.
Однако способ, предложенный в указанной выше заявке на патент, обязательно требует отделения целевых продуктов от непрореагировавших веществ и повышения температуры нагревания до по меньшей мере температуры образования водяного пара, хотя эта температуре гораздо ниже, чем температура, при которой осуществляют традиционный способ с использованием катализатора. Таким образом, было необходимо получить управляемый способ, способный вызывать реакцию при низкой температуре, близкой к комнатной. Более того, указанный выше способ неизбежно приводит к образованию некоторого количества побочных продуктов, которое желательно еще уменьшить.
В свете вышеизложенного, настоящее изобретение направлено на создание новых способа и аппарата для риформинга, способных работать при нормальных температурах и нормальном давлении без отделения целевых продуктов от непрореагировавших веществ и полностью предотвращающих образование побочных продуктов, таких как ацетилен.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для достижения указанной выше цели в соответствии с настоящим изобретением предлагается способ жидкофазного риформинга для получения водорода и монооксида углерода, отличающийся взаимодействием углеводорода или кислородсодержащего соединения с водой посредством импульсного разряда в текучей среде (жидкости), содержащей углеводород или кислородсодержащее соединение и воду.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 представляет собой схему, показывающую реакционный аппарат в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.2 представляет собой схему, показывающую реакционный аппарат в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.3 представляет собой схему, показывающую реакционный аппарат в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.4 представляет собой схему, показывающую реакционный аппарат в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.5 представляет собой схему, показывающую реакционный аппарат в соответствии с настоящим изобретением.
ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способу жидкофазного риформинга для получения водорода и монооксида углерода, в котором углеводород или кислородсодержащее соединение взаимодействует с водой посредством импульсного разряда в текучей среде, содержащей углеводород или кислородсодержащее соединение и воду.
В соответствии с описанным выше способом целевые водород и монооксид углерода можно получать за счет импульсного электрического разряда. Поскольку продукт может быть получен в газообразном виде, его не требуется отделять от непрореагировавших веществ. Кроме того, побочные продукты, такие как ацетилен, растворяются в указанной текучей среде и снова вступают в реакцию, в результате чего происходит их преобразование в синтез-газ. Текучая среда, содержащая углеводород или кислородсодержащее соединение и воду, включает в себя такие компоненты, как углеводород и вода, кислородсодержащее соединение и вода; и углеводород, кислородсодержащее соединение и вода; а также включает в себя комбинацию указанных выше компонентов и других материалов.
Настоящее изобретение обладает еще одним отличительным признаком, состоящим в том, что импульсный разряд осуществляют через границу раздела фаз, образованную между углеводородом или кислородсодержащим соединением и водой в указанном выше способе жидкофазного риформинга.
В соответствии с таким отличительным признаком изобретения взаимодействие углеводорода или кислородсодержащего соединения с водой происходит вдоль границы раздела фаз, в результате чего происходит образование целевых водорода и монооксида углерода на границе раздела фаз.
Еще одним признаком настоящего изобретения является то, что в указанном выше способе жидкофазного риформинга импульсный разряд осуществляют в смешанной текучей среде, состоящей из углеводорода или кислородсодержащего соединения и воды.
В соответствии с этим отличительным признаком настоящего изобретения реакция протекает примерно в области импульсного разряда с образованием целевых водорода и монооксида углерода на границе раздела фаз.
Настоящее изобретение обладает еще одним характерным признаком, состоящим в том, что указанный углеводород или кислородсодержащее соединение представляет собой одно или несколько соединений, выбранных из алифатического углеводорода, ароматического углеводорода, спирта, простого эфира, альдегида, кетона и сложного эфира.
В соответствии с этим отличительным признаком настоящего изобретения природа исходных веществ, таких как углеводород или кислородсодержащее соединение, может быть подобрана оптимальным образом.
Настоящее изобретение обладает еще одним характерным признаком, состоящим в том, что жидкофазный риформинг по настоящему изобретению осуществляют в отсутствие катализатора.
В соответствии с этим отличительным признаком настоящего изобретения риформинг можно осуществлять при низких затратах.
Кроме того, изобретение предлагает аппарат жидкофазного риформинга, включающий в себя реактор, электроды, размещенные в указанном выше реакторе, источник постоянного тока для подачи постоянного тока к указанным выше электродам и выпускное отверстие для отвода полученных в результате водорода и монооксида углерода.
Соответственно в аппарате жидкофазного риформинга по настоящему изобретению можно осуществлять предложенный способ жидкофазного риформинга. В этом аппарате исходные вещества, представляющие собой воду и углеводород или кислородсодержащее соединение в жидкой форме, загружают в реактор и подвергают воздействию электрического разряда, создаваемого между двумя электродами, в результате чего получают целевые продукты и обеспечивают их отвод через выпускное отверстие. В результате полученные таким способом целевые продукты можно эффективно использовать.
Аппарат жидкофазного риформинга по настоящему изобретению, в котором осуществляют указанный выше способ жидкофазного риформинга путем осуществления импульсного разряда через границу раздела фаз, отличается тем, что, в дополнение к реактору, размещенным внутри реактора электродам, источнику постоянного тока для подачи постоянного тока к указанным выше электродам и выпускному отверстию для отвода полученных в результате водорода и монооксида углерода, включает в себя регулятор положения электродов для управления электродами таким образом, чтобы граница раздела фаз находилась между двумя указанными электродами.
Соответственно в таком аппарате жидкофазного риформинга по настоящему изобретению, даже когда положение границы раздела фаз меняется из-за того, что реакцию осуществляют в течение долгого времени или из-за перемещения (движения) реактора, положение электродов регулируется таким образом, что граница раздела фаз обязательно находится между электродами, а следовательно, поддерживается протекание реакции через границу раздела фаз.
Ниже изобретение описывается подробно со ссылкой на рабочие примеры настоящего изобретения.
Способ риформинга по настоящему изобретению обычно включает в себя процессы взаимодействия углеводорода или кислородсодержащего соединения и воды посредством импульсного разряда в жидкости, содержащей взаимодействующий углеводород или кислородсодержащее соединение, с получением, таким образом, водорода и монооксида углерода.
Углеводород, используемый в настоящем изобретении, конкретно не ограничен при условии, что его смесь, содержащая углеводород и воду, находится в жидком состоянии и его можно выбрать из различных типов углеводородов. Например, можно использовать алифатические углеводороды, такие как линейные, разветвленные или циклические алкан, алкен и алкил, различные виды ароматических углеводородов и смеси таких соединений. Более конкретно, в качестве углеводорода можно использовать, как таковые, лигроин (бензино-лигроиновую фракцию), бензин, керосин и дизельное топливо.
Используемое в настоящем изобретении кислородсодержащее соединение представляет собой органическое соединение, содержащее в своей молекуле атомы кислорода, и может быть выбрано из различных видов веществ, подобно указанному выше углеводороду. Например, можно использовать спирт, такой как метанол, этанол, пропанол и бутанол; простой эфир, такой как диметиловый эфир, диэтиловый эфир, метилэтиловый эфир и метил трет-бутиловый эфир; альдегид, такой как муравьиный альдегид; кетон, такой как метилэтилкетон, ацетон; и сложный эфир, такой как эфир уксусной кислоты, этилформиат и диметилкарбонат.
Под используемой в данном изобретении водой подразумевают жидкость, по существу состоящую из Н2О. В качестве воды можно использовать обычную воду, дистиллированную воду, ионообменную воду и так называемую ″горячую воду″, которые, безусловно, входят в понятие воды, используемое в настоящем изобретении.
Учитывая указанное выше, настоящее изобретение отличается тем, что импульсный разряд осуществляют в жидкости, содержащей указанные выше углеводород или кислородсодержащее соединение и воду. В настоящем изобретении импульсный разряд осуществляют путем подачи импульсного тока между электродами, т.е. пропускание электронного импульса повторяется через очень короткие промежутки времени, например, не более 1 мксек. Следовательно, для того чтобы вызвать целевую реакцию при таких низких температурах, температуру жидкой фазы не повышают. Обычно импульсный разряд осуществляют с регулярными интервалами, но, конечно, его также можно осуществлять и с перерывами (периодически).
Обычно для того чтобы вызвать импульсный разряд, подают импульсный ток, но можно также подходящим образом использовать самовозбуждающийся импульсный разряд постоянного тока. В таком самовозбуждающемся импульсном разряде желательно определить количество разрядных импульсов (иногда называемое ″частотой генерации импульсов″) в диапазоне примерно от 5 до 1000 в секунду, предпочтительно - примерно от 50 до 100 в секунду. Частота генерации импульсов увеличивается с повышением электрического тока при постоянном напряжении и уменьшается с увеличением расстояния между электродами. Поэтому напряжение, ток и расстояние между электродами могут быть отрегулированы так, чтобы можно было автоматически придавать им желаемые значения, таким образом соблюдая вышеуказанную частоту генерации импульсов. В случае использования, например, компактного реакционного сосуда с внутренним диаметром около 4,0 мм, предпочтительно подавать к аппарату по настоящему изобретению напряжение примерно от 0,1 до 6,0 кВ, ток примерно от 0,1 до 10 мА, а расстояние между электродами должно быть примерно от 1 до 10 мм, но эти величины не следует рассматривать как ограничивающие настоящее изобретение. В случае использования аппарата для риформинга большей производительности лучше увеличить расстояние между электродами и повысить напряжение и подаваемый ток, чтобы получить частоту генерации импульсов, указанную выше.
Указанный выше импульсный разряд вызывает реакцию, в результате которой образуется водород и монооксид углерода. Считается, что воздействие электрического разряда, т.е. электронных лучей, на молекулы вызывает образование радикала, индуцирующего реакцию. Одновременно вызывается вторичная реакция, в которой углеводород разлагается на воду и С2-соединение, содержащее в качестве основного компонента ацетилен. Однако побочные продукты, такие как ацетилен, абсорбируются водой и углеводородом и кислородсодержащим соединением, используемым в качестве исходного сырья в настоящем изобретении, и таким образом исключается необходимость в отделении побочного продукта от получаемого в результате газа. Кроме того, такие побочные продукты, как абсорбированный ацетилен, могут снова вступать в реакцию под действием импульсного разряда, в результате превращаясь в синтез-газ.
Настоящее изобретение обладает еще одним характерным признаком, состоящим в том, что реакцию под действием импульсного разряда, как указано выше, можно осуществлять без катализатора. Хотя настоящим изобретением исключается такой недостаток, как использование катализатора, присущий традиционным способам риформинга, что дает промышленное преимущество настоящему изобретению, тем не менее в настоящем изобретении в целях повышения эффективности реакции легко можно использовать преимущества катализатора, который используют в традиционных способах. В качестве одного из примеров можно привести катализатор в форме металлического порошка, который при осуществлении импульсного разряда диспергирован в текучей среде, содержащей углеводород и кислородсодержащее соединение.
В случае, когда состав полученного синтез-газа является обогащенным водородом, водород, получаемый во вторичной реакции и имеющий высокую промышленную применимость, может быть включен в синтез-газ для использования в промышленных целях. Кроме того, полученный синтез-газ можно использовать для промышленных целей без какой-либо дополнительной очистки.
Фиг.1 иллюстрирует один вариант воплощения реакционного аппарата для осуществления способа риформинга по настоящему изобретению. Реакционный аппарат 1, показанный на Фиг.1, снабжен реактором 10, представляющим собой кварцевую трубку или трубку, выполненную из стекла, керамики и т.д. В реакторе 10 напротив друг друга размещены два электрода 11 и 12. Эти электроды могут быть выполнены из обычного материала, такого как нержавеющая сталь (SUS), никель, медь, алюминий, железо и углерод. Форма электрода конкретно не ограничена, и он может иметь форму иглы или плоской пластины или любую другую форму. Электрод 11 соединен с источником 13 постоянного тока, таким как источник отрицательного высокого напряжения, а другой электрод 12 заземлен.
Для индуцирования реакции в реактор 10 загружают исходное сырье, т.е. воду 2 и углеводород или кислородсодержащее соединение 3. Фиг.1 показывает в качестве примера состояние разделения исходного сырья на фазы с образованием границы 4 раздела фаз. В этом случае электроды 11 и 12 расположены так, чтобы граница 4 раздела фаз находилась между электродами. При приложении импульсного разряда постоянного тока между электродами между ними образуется разрядная область 5 с одновременным индуцированием реакции через границу 4 раздела фаз, в результате чего образуются целевые водород и монооксид углерода 6. Полученные таким способом водород и монооксид углерода 6 отводят через выпускное отверстие 14, образованное в реакторе для различных целей и применений.
В аппарате, показанном на Фиг.1, электроды 11 и 12 расположены так, чтобы граница 4 раздела фаз располагалась примерно посередине между электродами, но их можно расположить таким образом, чтобы граница раздела фаз располагалась не посередине, а ближе к одному из электродов. В качестве альтернативного варианта граница раздела фаз может быть образована в продольном направлении вдоль электродов 11 и 12 (в направлении прохождения электрического разряда). То есть электроды можно разместить любым образом, при условии что граница раздела фаз образуется между электродами.
В случае продолжения реакции в течение длительного времени до израсходования исходных веществ или перемещения реакционного аппарата 1 в процессе электрического разряда, проходящего через границу 4 раздела фаз, граница 4 раздела фаз может переместиться и сместиться из положения между электродами. Для исключения такой возможности можно установить регулятор положения электродов для управления (регулирования) положением электродов после смещения границы 4 раздела фаз. Вариант воплощения, включающий в себя регулятор положения электродов, схематически показан на Фиг.2-4. Аппарат, показанный на Фиг.2, включает в себя электроды 11 и 12, расположенные напротив друг друга через границу 4 раздела фаз. Верхний электрод 11 снабжен регулятором 15 положения этого электрода. Регулятор 15 положения электрода включает в себя плавающие средства 151 на границе 4 раздела фаз и опорные средства 152 для соединения плавающих средств 151 и электрода 11. Такая структура позволяет плавающим средствам 151 двигаться вверх и вниз в соответствии с уровнем границы 4 раздела фаз, вызывая, таким образом, передвижение электрода 11 вместе с плавающими средствами 151.
В варианте, показанном на Фиг.3, граница 4 раздела фаз образована в направлении генерации электрического разряда между электродами 11 и 12. Электрод 12 снабжен регулятором 15 положения электрода. Говоря более конкретно, регулятор 15 положения электрода имеет плавающее средство 151, соединенное с электродом 12 и составляющее с ним единое целое, так что электрод 12 может перемещаться в продольном направлении вдоль электрода 11 с сохранением при этом постоянного расстояния между электродами 11 и 12. Этот вариант воплощения позволяет плавающему средству 151 передвигаться вверх и вниз вместе с электродом 12 по мере изменения уровня границы 4 раздела фаз таким образом, что граница 4 раздела фаз постоянно находится между электродами 11 и 12.
В варианте, показанном на Фиг.4, электрод 11 включает в себя электродные элементы 111 и 112. Электродный элемент 112 прикреплен к плавающему средству 151, укрепленному на электродном элементе 111 с возможностью перемещения вдоль электродного элемента 111, так что электродный элемент 112 может скользяще перемещаться в продольном направлении вдоль электродного элемента 111. Этот вариант воплощения обеспечивает возможность плавающему средству 151 и электродному элементу 112 перемещаться, следуя за поверхностью 4 раздела фаз, так чтобы граница 4 раздела фаз постоянно находилась между электродами 11 и 12.
Реактор 10 может быть снабжен впускным отверстием, не показанным на прилагаемых чертежах, для независимой подачи исходных веществ с целью продолжительного осуществления целевой реакции. Для такого аппарата по настоящему изобретению, безусловно, необходимо обеспечить периодическую систему подачи.
Осуществляя дополнительное взаимодействие полученного монооксида углерода с водяным паром (реакцию конверсии водяного пара) для получения газообразного водорода и диоксида углерода монооксид углерода может быть преобразован в водород для более эффективного использования сырья. Таким образом, процентное содержание водорода в синтез-газе может быть еще увеличено.
Реакционный аппарат 1 на Фиг.1 имеет источник 13 постоянного тока, соединенный с электродами. Такой источник тока не должен быть конкретно ограничен именно таким вариантом, и его можно заменить любым другим источником тока, способным вызывать необходимый импульсный разряд. В качестве одного из примеров можно подходящим образом использовать источник тока для обеспечения полуволнового или полного периода разрядного тока с использованием источника переменного тока и выпрямителя.
Реактор 10 в аппарате по настоящему изобретению может иметь одну пару или большее количество электродов в зависимости от необходимости.
Вода 2 и углеводород или кислородсодержащее соединение 3 в варианте, показанном на Фиг.1, отличаются поверхностной энергией, в результате чего происходит спонтанное разделение фаз, что приводит к образованию границы 4 раздела фаз. Однако необходимая граница раздела может быть образована между фазами любым другим путем. Например, граница раздела фаз (включая границу раздела с разрывной или дискретно изменяющейся на ней концентрацией) может быть образована между водой 2 и углеводородом или кислородсодержащим соединением 3 путем использования неорганического молекулярного сита (мембраны, не проницаемой для неорганических молекул) с нанопорами или субнанопорами.
Аппарат, показанный на Фиг.5, имеет реактор 10, заполненный смесью 7 углеводорода или кислородсодержащего соединения и воды, в которой осуществляют импульсный разряд. В варианте воплощения, в котором осуществляют импульсный разряд в такой смеси, также можно получать водород и монооксид углерода 6 таким же способом, как и в первом варианте воплощения, показанном на Фиг.1. А именно, этот вариант воплощения аналогичен варианту воплощения Фиг.1 за исключением осуществления импульсного разряда в смеси 7.
Указанную выше смесь 7 можно получить путем смешивания без каких-либо добавок, например, смешиванием воды и этанола, эмульсионным смешиванием с использованием поверхностно-активного вещества или механическим смешиванием при помощи средств механического смешивания и т.п. В случае эмульсионного смешивания можно использовать средства смешения типа масло-в-воде (м/в) или средства смешения типа вода-в-масле (в/м).
Аппарат для риформинга по настоящему изобретению может производить сухой синтез-газ, обогащенный водородом, при нормальных температурах и нормальном давлении, таким образом, способствуя изготовлению портативного устройства для получения водорода. Таким портативным устройством для получения водорода могут быть оборудованы автомобили для питания водородом топливного элемента.
Варианты воплощения настоящего изобретения конкретно описаны ниже, но данное изобретение не должно ограничиваться этими вариантами.
Рабочий пример 1
Аппарат, показанный на Фиг.1, был изготовлен как реакционный аппарат по настоящему изобретению. Реактор, заполняемый сырьем по настоящему изобретению, представляет собой кварцевую трубку с внешним диаметром 10 мм, внутренним диаметром 9 мм и длиной 200 мм. Электроды, расположенные напротив друг друга в реакторе, изготовлены из нержавеющей стали SUS316. Затем в кварцевую трубку загружают воду и гексан при объемном соотношении 1:1. Такие исходные вещества, загруженные в кварцевую трубку, разделяются в реакторе на два слоя (верхний слой гексана и нижний слой воды). Электроды помещают друг против друга через границу раздела фаз, образованную двумя слоями исходных веществ в реакторе, и прикладывают постоянное электрическое напряжение, вызывая, таким образом, импульсный разряд постоянного тока между электродами. Реакцию осуществляют при температуре окружающей среды (313 К). Затем количество образованного газа, выходящего за одну минуту через выпускное отверстие, выполненное в реакторе, измеряют при помощи газовой хроматографии. Результаты измерений представлены в Таблице 1. В Таблице 1 значения слева от стрелки в графе ″Напряжение″ означают ″пробивное напряжение″, значения справа от стрелки означают ″напряжение устойчивого разряда″. Значение слова ″вода″ в графе ″Положение электрода″ в Таблице 1 означает состояние, в котором область, занимаемая водой между электродами, является более обширной (граница раздела фаз смещена ближе к гексану), а значение слова ″гексан″ означает состояние, когда более обширной является область, занимаемая между электродами гексаном (граница раздела фаз смещена ближе к воде), и пустая колонка означает состояние, при котором граница раздела фаз расположена примерно посередине между электродами.
| ТАБЛИЦА 1 | |||||||
| Опыт № | Ток (мА) | Напряжение (кВ) | Расстояние между электродами (мм) | Положение электродов | Н2 мкмоль | СО мкмоль | СО2 мкмоль |
| 1 | 4 | -0,6→-0,3 | <0,1 | 150,1 | 4,8 | 2,1 | |
| 2 | 4 | -0,4→-0,3 | <0,1 | 152,4 | 3,0 | 1,7 | |
| 3 | 6 | -7~-6→-0,3 | <0,1 | 214,8 | 2,5 | 2,0 | |
| 4 | 4 | -1,5→-0,7 | ~1 | 63,7 | 5,2 | 1,5 | |
| 5 | 4 | -0,7→-0,5 | <0,1 | 99,2 | 3,7 | 1,5 | |
| 6 | 4 | -1,5~-1,1→-0,4 | 1 | гексан | 113,2 | 2,2 | 1,6 |
| 7 | 4 | -1,5~-1,1→-0,5 | 1 | гексан | 102,6 | 3,0 | 1,2 |
| 8 | 4 | -1,5~-1,1→-0,5 | 1 | вода | 118,7 | 2,2 | 1,7 |
| 9 | 4 | -1,1~-0,5→-0,6 | 1 | вода | 110,7 | 2,0 | 1,7 |
| 10 | 4 | -0,7~-0,4→-0,3 | 1 | вода | 162,2 | 1,6 | 2,0 |
| 11 | 4 | -1,2~-0,8→-0,4~-0,5 | 1 | вода | 165,8 | 2,1 | 2,5 |
| 12 | 6 | -1→-0,3~-0,4 | 1 | вода | 236,8 | 1,4 | 2,0 |
| 13 | 6 | -0,8→-0,3 | 1 | вода | 249,5 | 1,4 | 2,2 |
| 14 | 4 | -0,7→-0,1 | 1 | вода | 159,4 | 1,4 | 1,7 |
| 15 | 4 | -1,2~-1→-0,4~-0,5 | 1 | вода | 144,3 | 1,1 | 3,8 |
| 16 | 4 | -1,5→-0,6~-0,7 | 1 | гексан | 136,8 | 1,7 | 1,8 |
| 17 | 4 | -1,5~-1,3→-0,7~-0,9 | 1 | гексан | 121,8 | 0,8 | 2,2 |
Как видно из Табл.1, реакция протекает под действием импульсного разряда постоянного тока с получением водорода и монооксида углерода. Количество этих продуктов, полученных таким способом, в три-десять раз выше, чем в случае использования смеси, описанной ниже. Не обнаружено никаких побочных продуктов, таких как ацетилен. Следовательно, было обнаружено, что водород и монооксид углерода неизменно образуются даже в том случае, когда электроды смещаются по отношению к границе раздела фаз.
Рабочий пример 2
Этот рабочий пример был осуществлен при импульсном разряде постоянного тока в тех же условиях, что использовали в Рабочем Примере 1, описанном выше, за исключением того, что исходное сырье, загружаемое в кварцевую реакционную трубку, получали смешиванием воды и метанола (объемное соотношение 1:1). Результаты измерения полученного таким способом газа представлены в таблице 2 ниже.
| ТАБЛИЦА 2 | ||||||
| Опыт № | Ток (мА) | Напряжение (кВ) | Расстояние между электродами (мм) | Н2 мкмоль | СО мкмоль | СО2 мкмоль |
| 1 | 3 | -2,4→-0,4 | 0,1 | 13,4 | 0,8 | 2,7 |
| 2 | 3 | -0,8→-0,3 | 0,1 | 14,8 | 0,7 | 2,9 |
| 3 | 5 | -3,1→-0,3 | 0,1 | 28,7 | 0,7 | 3,6 |
| 4 | 5 | -3,2→-0,3 | 0,1 | 25,2 | 0,7 | 3,4 |
| 5 | 8 | -3,1→-0,4 | 0,1 | 66,9 | 0,3 | 4,8 |
| 6 | 3 | -1,8→-0,6 | 0,5 | 69,7 | 0,6 | 2,6 |
| 7 | 3 | -1,8→-0,7 | 0,5 | 99,6 | 0,7 | 3,1 |
| 8 | 5 | -4,1→-0,8 | 0,5 | 23,6 | 0,9 | 5,0 |
| 9 | 5 | -4,1→-0,6 | 0,5 | 26,2 | 0,8 | 4,4 |
Как видно из таблицы 2, целевые водород и монооксид углерода можно получить при импульсном разряде постоянного тока в такой смеси. Не обнаружено никаких побочных продуктов, таких как ацетилен.
Рабочий пример 3
Этот рабочий пример был осуществлен при импульсном разряде постоянного тока в тех же условиях, что использовали в Рабочем Примере 1, описанном выше, за исключением того, что исходное сырье, загружаемое в кварцевую реакционную трубку, получали смешиванием воды и этанола (объемное соотношение 1:1 или 1:2). Результаты измерения полученного таким способом газа представлены в таблице 3 ниже.
| ТАБЛИЦА 3 | |||||||
| Опыт № | Ток (мА) | Напряжение (кВ) | Расстояние между электродами (мм) | Н2 мкмоль | СО мкмоль | СО2 мкмоль | Объемное соотношение С2Н5ОН/Н2О |
| 1 | 3 | -2,4→-0,4 | 0,1 | 20,4 | 0,8 | 1,6 | 1/1 |
| 2 | 3 | -0,8→-0,3 | 0,1 | 25,7 | 0,5 | 1,4 | 1/1 |
| 3 | 5 | -3,1→-0,3 | 0,1 | 69,7 | 0,5 | 2,5 | 1/1 |
| 4 | 5 | -3,2→-0,3 | 0,1 | 62,9 | 0,4 | 1,8 | 1/1 |
| 5 | 3 | -3,1→-0,4 | 0,1 | 27,2 | 0,4 | 1,9 | 1/2 |
| 6 | 3 | -1,8→-0,6 | 0,1 | 27,5 | 0,3 | 1,8 | 1/2 |
| 7 | 5 | -1,8→-0,7 | 0,1 | 63,7 | 0,4 | 2,4 | 1/2 |
| 8 | 5 | -4,1→-0,8 | 0,1 | 64,2 | 0,4 | 1,5 | 1/2 |
Как видно из таблицы 3, целевые водород и монооксид углерода можно получить при импульсном разряде постоянного тока даже при использовании в качестве исходного сырья воды и этанола, подобно указанному выше Рабочему Примеру 2. Не обнаружено никаких побочных продуктов, таких как ацетилен.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Как видно из приведенного выше описания, способ риформинга в соответствии с настоящим изобретением можно выгодно использовать на практике при нормальных температурах и нормальных давлениях за счет осуществления импульсного разряда в текучей среде, содержащей углеводород или кислородсодержащее соединение и воду, при удивительно малом электрическом заряде. Поскольку целевые продукты можно получать в виде газа, нет необходимости в отделении продуктов от непрореагировавших веществ. Побочные продукты, такие как ацетилен, абсорбируются водой и углеводородом или кислородсодержащим компонентом с образованием в результате более чистых продуктов.
1. Способ жидкофазного риформинга для получения водорода и монооксида углерода, отличающийся тем, что осуществляют взаимодействие углеводорода или кислородсодержащего органического соединения с водой посредством импульсного разряда в текучей среде, содержащей указанные углеводород или кислородсодержащее органическое соединение и воду.
2. Способ жидкофазного риформинга по п.1, отличающийся тем, что указанный импульсный разряд осуществляют через границу раздела фаз, образованную между указанным углеводородом или кислородсодержащим органическим соединением и водой.
3. Способ жидкофазного риформинга по п.1, отличающийся тем, что указанный импульсный разряд осуществляют в смешанной текучей среде, состоящей из углеводорода или кислородсодержащего органического соединения и воды.
4. Способ жидкофазного риформинга по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что указанный углеводород или кислородсодержащее органическое соединение представляет собой одно или большее количество соединений, выбранных из алифатического углеводорода, ароматического углеводорода, спирта, простого эфира, альдегида, кетона и сложного эфира.
5. Способ жидкофазного риформинга по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что жидкофазный риформинг осуществляют в отсутствие катализатора.
6. Способ жидкофазного риформинга по п.4, отличающийся тем, что жидкофазный риформинг осуществляют в отсутствие катализатора.
7. Способ жидкофазного риформинга по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что жидкофазный риформинг осуществляют в комбинации с катализатором.
8. Способ жидкофазного риформинга по п.4, отличающийся тем, что жидкофазный риформинг осуществляют в комбинации с катализатором.
9. Способ жидкофазного риформинга по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что указанный полученный монооксид углерода подвергают дальнейшему взаимодействию с водяным паром для получения таким образом водорода.
10. Способ жидкофазного риформинга по п.4, отличающийся тем, что указанный полученный монооксид углерода подвергают дальнейшему взаимодействию с водяным паром для получения таким образом водорода.
11. Способ жидкофазного риформинга по п.5, отличающийся тем, что указанный полученный монооксид углерода подвергают дальнейшему взаимодействию с водяным паром для получения таким образом водорода.
12. Способ жидкофазного риформинга по п.6, отличающийся тем, что указанный полученный монооксид углерода подвергают дальнейшему взаимодействию с водяным паром для получения таким образом водорода.
13. Способ жидкофазного риформинга по п.7, отличающийся тем, что указанный полученный монооксид углерода подвергают дальнейшему взаимодействию с водяным паром для получения таким образом водорода.
14. Способ жидкофазного риформинга по п.8, отличающийся тем, что указанный полученный монооксид углерода подвергают дальнейшему взаимодействию с водяным паром для получения таким образом водорода.
15. Аппарат жидкофазного риформинга для осуществления указанного способа жидкофазного риформинга по любому из пп.1-14, отличающийся тем, что включает в себя реактор, электроды, размещенные внутри указанного реактора, источник постоянного тока для подачи постоянного тока к указанным электродам и выпускное отверстие для отвода полученных в результате водорода и монооксида углерода.
16. Аппарат по п.15 отличающийся тем, что дополнительно включает в себя регулятор положения электродов для управления указанными электродами таким образом, чтобы указанная граница раздела фаз располагалась между электродами.
