Способ микроволновой плазмохимической конверсии метана в синтез-газ и устройство для его осуществления


B01J19/00 - Химические, физические или физико-химические способы общего назначения (физическая обработка волокон, нитей, пряжи, тканей, пера или волокнистых изделий, изготовленных из этих материалов, отнесена к соответствующим рубрикам для такого вида обработки, например D06M 10/00); устройства для их проведения (насадки, прокладки или решетки, специально предназначенные для биологической обработки воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод C02F 3/10; разбрызгивающие планки или решетки, специально предназначенные для оросительных холодильников F28F 25/08)

Владельцы патента RU 2640543:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук (RU)
Общество с ограниченной ответственностью "Плазма - конверсия" (RU)

Изобретение относится к химии, в частности к устройствам для генерации микроволновых плазменных факелов с целью углекислотной и паровой и комбинированной конверсии метана в синтез-газ. В способе микроволновой плазмохимической конверсии метана в синтез-газ создают давление в рабочей камеры до 0,1-0,5 мм рт. ст., подают в рабочую камеру метан до давления 740-750 мм рт. ст. и воду в количестве 0,9-1 см3. Затем рабочую камеру прогревают до температуры 120-130°C, вводят через окно микроволновое излучение для образования плазмы и заполняют плазмой весь объем рабочей камеры. Устройство микроволновой плазмохимической конверсии метана в синтез-газ содержит источник микроволновой энергии, рабочую камеру с соотношением внутренних размеров камеры диаметра и длины 0,4<Dk/Lk<0,3 и расположенный на внешней поверхности рабочей камеры нагревательный элемент, соединенный через термопару с терморегулятором. На одном торце рабочей камеры выполнено входное окно с отношением его диаметра к диаметру рабочей камеры 0,8<Do/Dk<1. На другом торце камеры размещены патрубки откачки и ввода рабочей среды. В камере на противоположной стороне от окна размещен инициатор. Техническим результатом изобретения является высокая эффективность конверсии метана в синтез-газ, повышение производительности и снижение теплового воздействия на конструктивные элементы за счет определенного конструктивного выполнения и особенностей образования и развития плазмы. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к химии, в частности к способам и устройствам микроволновой плазмохимической конверсии метана в синтез-газ.

Известен способ конверсии углеводородно-водяной смеси в синтез-газ, осуществляемый тем, что рабочий газ разделяют на два потока, при этом один поток газа направляют в устройство для подачи воды, смешивают с водным аэрозолем, затем соединяют с другим потоком и подают смесь на вход в центральный электрод микроволнового плазматрона с формированием в струе углеводородно-водяной смеси микроволнового плазменного факела, при этом осуществляют регулирование расхода обоих потоков рабочего газа, обеспечивая необходимые параметры конечного продукта (RU 2513622 C2, 20.04.2014).

Недостатком известного способа является то, что плазма постоянно контактирует с внутренним электродом микроволнового тракта, рассеивая часть тепловой энергии на нем. Это ограничивает уровень мощности микроволнового излучения.

Техническим результатом заявленного способа является:

1) хорошая гомогенизация метан-паровой смеси, что улучшает качественный состав синтез-газа;

2) отсутствие необходимости использовать катализаторы, все реакции протекают исключительно в плазме;

3) высокая производительность.

Технический результат достигается тем, что способ микроволновой плазмохимической конверсии метана в синтез-газ, заключается в том, что создают давление в рабочей камеры до 0,1-0,5 мм рт. ст., подают в рабочую камеру метан до давления 740-750 мм рт. ст. и воду в количестве 0,9-1 см3, затем рабочую камеру прогревают до температуры 120-130°C, вводят через окно микроволновое излучение для образования плазмы и заполняют плазмой весь объем рабочей камеры.

Известно устройство для реализации способа конверсии углеводородно-водяной смеси в синтез-газ, содержащее камеру, микроволновый излучатель, нагреватель, патрубки ввода метана и воды (RU 2513622 C2, 20.04.2014).

Недостатками известного устройства являются:

1) предельный уровень микроволновой мощности, на котором может работать устройство, не превышает 4-5 кВт;

2) предельная производительность по синтез-газу не превышает 1 м3/ч;

3) существенные тепловые нагрузки на элементы конструкции (внутренний электрод) при работе на максимальных мощностях;

4) сложность конструкции за счет необходимости жидкостного охлаждения элементов, подверженных тепловому воздействию.

Задачей изобретения является создания устройства, обладающего принципиальной схемой плазмохимического микроволнового устройства (реактора), обладающего высокой эффективностью конверсии метана в синтез-газ и при этом работающего при средней мощности микроволнового излучения P≥100 кВт.

Техническим результатом устройства является:

1) простота конструкции реактора;

2) из-за возможности работы на высоких уровнях микроволновой мощности (до 500 кВт) увеличенная производительность устройства;

3) снижение теплового воздействия на конструктивные элементы за счет определенного конструктивного выполнения и особенностей образования и развития плазмы.

Технический результат достигается тем, что устройство микроволновой плазмохимической конверсии метана в синтез-газ содержит источник микроволновой энергии, рабочую камеру с соотношением внутренних размеров камеры диаметра и длины 0,4<Dk/Lk<0,3 и расположенный на внешней поверхности рабочей камеры нагревательный элемент, соединенный через термопару с терморегулятором, при этом на одном торце рабочей камеры выполнено входное окно, через которое вводят микроволновое излучение с отношением диаметра окна к диаметру рабочей камеры 0,8<Do/Dk<1, на другом торце камеры размещены патрубки откачки и ввода рабочей среды, причем в камере на противоположной стороне от окна размещен инициатор.

Нагревательный элемент может быть выполнен в виде ленты.

Рабочая камера может быть выполнена из дюралюминиевого сплава.

Входное окно может быть выполнено кварцевым.

Инициатор может быть выполнен в виде скрученной проволоки с произвольным шагом, диаметром и направлением кручения.

В качестве источника микроволновой энергии используется ГИРОТРОН.

На чертеже представлено устройство, реализующее способ конверсии углеводородно-водяной смеси в синтез-газ.

Способ заключается в реализации некаталитической плазмохимической конверсии метана в синтез-газ по реакции CH4+H2O=CO+3H2.

Устройство микроволновой плазмохимической конверсии метана в синтез-газ содержит рабочую камеру 1 с соотношением внутренних размеров камеры 1 диаметра и длины 0,4<Dk/Lk<0,3 и расположенный на внешней поверхности рабочей камеры нагревательный элемент 3, соединенный через термопару 4 с терморегулятором, при этом на одном торце рабочей камеры выполнено кварцевое входное окно 2, через которое вводят микроволновое излучение с отношением диаметра окна 2 к диаметру рабочей камеры 0,8<Do/Dk<1. На другом торце камеры 1 размещены патрубки откачки 5 и ввода 6 рабочей среды, причем в камере на противоположной стороне от окна размещен инициатор 7. Устройство содержит источник микроволновой энергии (на чертеже не показан).

Нагревательный элемент 3 может быть выполнен в виде ленты.

Рабочая камера 1 может быть выполнена из дюралюминиевого сплава.

Входное окно 2 может быть выполнено кварцевым.

Инициатор 7 может быть выполнен в виде скрученной проволоки с произвольным шагом, диаметром и направлением кручения.

Технический результат достигается только в пределах указанных выше диапазонов размеров, что доказано экспериментально.

Способ микроволновой плазмохимической конверсии метана в синтез-газ, характеризующийся тем, что создают давление в рабочей камеры до 0,1-0,5 мм рт. ст., подают в рабочую камеру метан до давления 740-750 мм рт. ст. и воду в количестве 0,9-1 см3, затем рабочую камеру прогревают до температуры 120-130°C, вводят через окно микроволновое излучение для образования плазмы и заполняют плазмой весь объем рабочей камеры.

Технический результат достигается только в пределах указанных выше диапазонах режимных параметров, что доказано экспериментально.

Конкретный пример реализации предложенного способа

Устройство содержит рабочую камеру 1 с соотношением внутренних размеров камеры диаметра и длины 0,4<Dk/Lk<0,3. Для прогрева, камера плотно обматывалась плоским нагревательным элементом 3 - лентой, - которая управлялась с помощью терморегулятора по средствам обратной связи через термопару 4. Для ввода микроволнового излучения в торце камеры предусмотрено кварцевое входное окно 2 диаметром 6,5-7 см и толщиной 5-6 мм. Для улучшения однородности прогрева, камера выполнена из дюральалюминиевого сплава. Для откачки камеры и запуска в нее рабочей смеси предусмотрены патрубки 5 и 6 соответственно, которые находятся в противоположном торце от кварцевого входного окна 2. Для формирования плазмы в камере предусмотрен разрядный инициатор 7, который представляет из себя скрученную проволоку диаметром 1-1,5 мм с произвольным шагом, диаметром и направлением кручения (путанка). Инициатор 7 находится в противоположном от кварцевого окна торце камеры.

Способ заключается в откачке камеры через патрубок 5 до давления 0,1-0,5 мм.рт.ст., запуске в нее метана (СН4) до давления 740-750 мм рт. ст. и воды в количестве 0,9-1 см3 через патрубок 6. После этого камера прогревалась до температуры 120-130°С, в результате чего в камере образовывалась гомогенная метан-паровая смесь. Прогрев камеры осуществлялся нагревательным элементом 3. После этого в камеру через входное окно 2 вводилось микроволновое излучение, генерируемое источником микроволновой энергии ГИРОТРОНОМ. Микроволновое излучение вводится в камеру импульсно через входное окно 2 параксиальным пучком. Мощность в импульсе составляет 300 кВт, длительность импульса 3 милисекунды.

После подачи в камеру микроволнового излучения, происходит образование плазмы на разрядном инициаторе 7, после чего плазма заполняет весь объем камеры 1. Разрядный инициатор 7 усиливает электрическое поле падающего на него микроволнового излучения до величин больше пробойных (30 кВ/см), при этом достигаются необходимые для развития и формирования плазмы условия.

Под действием этой плазмы происходит плазмохимическое некаталитическое превращение метан-паровой смеси в синтез-газ по реакции СН4+H2O=СО+3Н2.

1. Способ микроволновой плазмохимической конверсии метана в синтез-газ, характеризующийся тем, что создают давление в рабочей камеры до 0,1-0,5 мм рт. ст., подают в рабочую камеру метан до давления 740-750 мм рт. ст. и воду в количестве 0,9-1 см3, затем рабочую камеру прогревают до температуры 120-130°C, вводят через окно микроволновое излучение для образования плазмы и заполняют плазмой весь объем рабочей камеры.

2. Устройство микроволновой плазмохимической конверсии метана в синтез-газ, характеризующееся тем, что содержит источник микроволновой энергии, рабочую камеру с соотношением внутренних размеров камеры диаметра и длины 0,4<Dk/Lk<0,3, и расположенный на внешней поверхности рабочей камеры нагревательный элемент, соединенный через термопару с термогерулятором, при этом на одном торце рабочей камеры выполнено входное окно, через которое вводят микроволновое излучение с отношением диаметра окна к диаметру рабочей камеры 0,8<Do/Dk<1, на другом торце камеры размещены патрубки откачки и ввода рабочей среды, причем в камере на противоположной стороне от окна размещен инициатор.

3. Устройство по п. 2, характеризующееся тем, что нагревательный элемент выполнен в виде ленты.

4. Устройство по п. 2, характеризующееся тем, что рабочая камера выполнена из дюралюминиевого сплава.

5. Устройство по п. 2, характеризующееся тем, что входное окно выполнено кварцевым.

6. Устройство по п. 2, характеризующееся тем, что инициатор выполнен в виде скрученной проволоки с произвольным шагом, диаметром и направлением кручения.

7. Устройство по п. 2, характеризуется тем, что в качестве источника микроволновой энергии используется ГИРОТРОН.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологическому оборудованию для получения синтетических жидких углеводородов путем каталитической конверсии синтез-газа и может быть использовано в химической, газоперерабатывающей и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области высокотемпературных аппаратов, используемых в химических и металлургических производствах, в частности к реактору со стабилизированной высокотемпературной приосевой струей периферийным вихревым потоком.

Изобретение относится к способу обработки, включающему контактирование текучего продукта реакции гидроформилирования с водным буферным раствором для нейтрализации по меньшей мере некоторого количества кислотного соединения фосфора с образованием нейтрализованного кислотного соединения фосфора.

Изобретение относится к микрожидкостному устройству и способу смешивания реагентов в микрожидкостном устройстве и может быть использовано в биомедицинских и фармацевтических исследованиях.

Изобретение относится к области микроструктурированной прививки белков на подложке и способу микроструктурированной прививки белков, использующему такое устройство.

Изобретение относится к вариантам способа синтеза радиофармацевтического препарата, имеющего формулу, приведенную ниже, и его предшественников. В указанной формуле R1 означает алкил; R2 означает водород или галоген; W представляет собой -O-CH2; R3 представляет собой алкил, замещенный изотопом 18F, алкоксил, замещенный изотопом 18F, или алкоксиалкил, замещенный изотопом 18F, и n равно 1.

Изобретение относится к способу гидролиза ацетонциангидрина при помощи серной кислоты в рамках сернокислотного процесса гидролиза ацетонциангидрина для получения метакриловой кислоты или соответственно метилметакрилата.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в реакторах реформинга. Расширяющиеся центральные части для наращиваемых структурных реакторов, например реактора реформинга, может включать в себя конус, расширяемый в радиальном направлении, и груз расширения для содействия расширению конуса.

Изобретение относится к ректификационному устройству для очистки воды от примесей в виде молекул воды, содержащих в своем составе тяжелые изотопы водорода и кислорода.

Изобретение относится к области нанотехнологий. Для получения наночастиц серебра смешивают фруктозо-глюкозный сироп из клубней топинамбура с раствором нитрата серебра.

Изобретение относится к способам полимеризации олефинов и способу управлению колебаниями давления в системе реактора полимеризации. Способ полимеризации включает циркуляцию в петлевом реакторе полимеризации реакционной смеси в виде суспензии, в состав которой входит олефин, катализатор и полимерные частицы, посредством насоса и определение изменения давления реакционной смеси в виде суспензии по ходу технологического процесса относительно насоса. Генерируют посредством управляющего давлением устройства сигнал приведения в действие клапана отвода на основании изменения давления, а также поправку к сигналу приведения в действие клапана отвода и временной задержки для поправки. После чего применяют поправку к сигналу приведения в действие клапана отвода для генерирования скорректированного сигнала приведения в действие клапана отвода, подачу скорректированного сигнала приведения в действие клапана отвода на клапан отвода после временной задержки и регулировку положения клапана отвода в качестве реакции на подачу скорректированного сигнала приведения в действие клапана отвода. Причем давление в реакторе зависит от положения клапана отвода. Поправка к сигналу приведения в действие клапана отвода позволяет уменьшать любые колебания мощности насоса и поддерживать мощность насоса на более постоянном уровне, приближенном к усредненной по времени средней мощности насоса. 3 н. и 23 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к способам получения гидроксида холина из триметиламина и этиленоксида. Способ включает подачу этиленоксида, триметиламина и воды в первый реактор с получением продукта первого реактора при контролируемых температурных условиях. Продукт первого реактора подают во второй реактор, получая продукт второго реактора в неконтролируемых адиабатических условиях. Весь непрореагировавший триметиламин в продукте второго реактора удаляют, получая конечный продукт, содержащий гидроксид холина. Изобретение позволяет свести к минимуму производство побочных продуктов моноэтоксилированного и диэтоксилированного холина в продукте - гидроксиде холина. 4 н. и 19 з.п. ф-лы, 3 ил.

Разрядная камера для проведения плазмохимических реакций относится к плазмохимии, к синтезу озона и окислов азота из атмосферного воздуха, смеси кислорода с азотом с помощью барьерного разряда и может найти применение в научных исследованиях и медицине. Разрядная камера включает два коаксиальных электрода, диэлектрический барьер и съемные инициаторы разряда, установленные на одном из электродов. Диэлектрический барьер расположен между электродами с зазорами относительно каждого из электродов. Инициаторы разряда заходят в выполненные в электроде кольцевые проточки. Зазор величиной Н между диэлектрическим барьером и электродом с проточками заполнен проточным рабочим газом. Инициаторы разряда зафиксированы в парных кольцевых проточках съемными прижимными элементами таким образом, что расстояние L между участками вышеуказанных инициаторов, обращенными в сторону диэлектрического барьера, и диэлектрическим барьером удовлетворяет условию 0,25Н≤L≤0,5Н. Зазор между диэлектрическим барьером и другим электродом заполнен циркулирующей электропроводящей жидкостью. Технический результат: повышение максимальной производительности разрядной камеры на инициируемом барьерном разряде импульсно-периодического действия. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области производства полиэтилена, более конкретно к технологии переноса суспензии между двумя или более реакторами полимеризации полиэтилена. Способ проведения процесса в системе реакторов получения полиэтилена включает непрерывную выгрузку передаваемой суспензии из первого реактора полимеризации по передаточной линии во второй реактор полимеризации, где передаваемая суспензия содержит разбавитель и первый полиэтилен, выгрузку суспензии продукта из второго реактора полимеризации, где суспензия продукта содержит разбавитель, первый полиэтилен и второй полиэтилен, определение потери давления из-за трения в передаточной линии и регулирование технологической переменной в ответ на потерю давления, превышающую установленное значение. Изобретение обеспечивает повышение производительности линии полимеризации и достижение требуемых характеристик полимера. 14 з.п. ф-лы, 6 ил., 38 пр.

Изобретение относится к биотехнологии, медицине и ветеринарии. Предложен способ получения протеината серебра. Готовят в дистиллированной воде раствор гидролизата белка и раствор соли серебра. В раствор гидролизата белка вводят раствор соли серебра из расчета конечной концентрации серебра не более 3% мас. и при весовом соотношении серебро/гидролизат белка 1/5-1/20 полученный раствор перемешивают и переливают в плоскую емкость до образования слоя толщиной не более 5 см. Подвергают слой электронно-лучевой обработке путем пропускания через него пучка ускоренных электронов в поглощенной дозе 5-30 кГр. В качестве гидролизата белка используют гидролизаты желатина, казеина, альбумина, в качестве водорастворимой соли серебра – нитрат серебра, ацетат серебра. Изобретение позволяет повысить стабильность и сохранность антимикробной активности водного раствора протеината серебра и выпускать его в виде готовой к применению лекарственной формы с длительным сроком хранения без стадии сушки и последующего экстемпорального растворения препарата. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 10 пр.

Изобретение относится к бассейнам для охлаждения и/или получения солей из водных растворов, включая бассейны для кристаллизации солей, таких как хлорид калия, из рассола, полученного при добыче растворением. Бассейн включает некоторое число каналов, расположенных рядом друг с другом, причем каждый из каналов определен некоторым числом сторон. Впуск выполнен в боковой стороне канала для приема водного раствора, выпуск выполнен в боковой стороне еще одного из каналов для сброса водного раствора. Бассейн имеет по меньшей мере одну перегородку, отделяющую каналы друг от друга. В каждой перегородке выполнен разрыв, чтобы позволить водному раствору протекать между каналами, причем разрыв имеет длину, которая составляет приблизительно от 10 до 40% от длины сторон каналов. Соль кристаллизуется, и раствор охлаждается при его прохождении через каналы бассейна. Изобретение обеспечивает улучшение эксплуатационных характеристик бассейнов охлаждения и кристаллизации солей из рассола. 20 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к химии, в частности к устройствам для генерации микроволновых плазменных факелов с целью углекислотной и паровой и комбинированной конверсии метана в синтез-газ. В способе микроволновой плазмохимической конверсии метана в синтез-газ создают давление в рабочей камеры до 0,1-0,5 мм рт. ст., подают в рабочую камеру метан до давления 740-750 мм рт. ст. и воду в количестве 0,9-1 см3. Затем рабочую камеру прогревают до температуры 120-130°C, вводят через окно микроволновое излучение для образования плазмы и заполняют плазмой весь объем рабочей камеры. Устройство микроволновой плазмохимической конверсии метана в синтез-газ содержит источник микроволновой энергии, рабочую камеру с соотношением внутренних размеров камеры диаметра и длины 0,4<DkLk<0,3 и расположенный на внешней поверхности рабочей камеры нагревательный элемент, соединенный через термопару с терморегулятором. На одном торце рабочей камеры выполнено входное окно с отношением его диаметра к диаметру рабочей камеры 0,8<DoDk<1. На другом торце камеры размещены патрубки откачки и ввода рабочей среды. В камере на противоположной стороне от окна размещен инициатор. Техническим результатом изобретения является высокая эффективность конверсии метана в синтез-газ, повышение производительности и снижение теплового воздействия на конструктивные элементы за счет определенного конструктивного выполнения и особенностей образования и развития плазмы. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх