本发明专利技术涉及一种用于从进料反应性混合物流生产氢气和/或合成气和/或二氧化碳的反应器壳体(10)，包括：在反应器壳体(10)内形成的至少一个反应流导管(20)，具有多个并列的中空陶瓷子单元(31)的至少一种结构化陶瓷催化剂(30)，用于将结构化陶瓷催化剂(30)加热到预定的反应温度的至少一个电加热装置(40)。反应器壳体(10)的特征在于电加热结构化陶瓷催化剂(30)，其中电加热装置(40)以仍保留流动通道(313)的方式布置在至少一些中空陶瓷子单元(31)内。(31)内。(31)内。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带有电加热结构化陶瓷催化剂的反应器
[0001]本专利技术涉及一种用于从进料反应性混合物流中生产氢气和/或合成气和/或二氧化碳的反应器壳体，特别涉及一种具有电加热结构化陶瓷催化剂的反应器壳体。本专利技术还涉及一种使用电阻加热对结构化陶瓷催化剂进行电加热的相关方法。
技术介绍
[0002]对于数量不足以满足经济条件的所有情况，往往会燃用紧急滞留气体。这些在偏远地区的释放使通过卡车或管道运输不经济。将这种天然气转化为产品(如甲醇、柴油、汽油、溶剂和其他碳氢化合物)是减少二氧化碳(CO2)排放的必要机会。用于生产上述液体的所有方法都涉及第一步，其中含甲烷气体经过处理后转化为合成气。
[0003]另一方面，将氨、液态碳氢化合物以及生物质基产品转化为甲醇、乙醇和沼气或其他含甲烷气体的制氢装置的必要性日益增加。因此，除了大型集中型工厂外，对小型和分布式工厂生产氢气的需求也很大，因为这将改善和促进供应链，否则将依赖于大型生产设施，然后将氢气作为液化或加压气体运输。如果实现了这一点，这种燃料在该地区的广泛使用不仅有利于基于燃料电池的应用，也有利于氢可以用作绿色燃料和/或试剂和/或原料和/或能源载体的所有其他情况。
[0004]除上文所述外，还越来越有必要清除来自人为工业活动的对流层臭氧水平的任何污染物质。根据欧洲联盟挥发性有机成分(VOC)的定义，各国的环境法规在挥发性有机成分(VOC)的排放方面不断变得更加严格。必须去除VOC，直到浓度通常低于ppm(每百万分之)的必要性，不仅需要传统的氧化火焰或高于自燃的温度，还需要在高于200℃的温度下运行的催化剂。为了达到自动可持续的火焰和/或所需的反应温度，通常会使用额外的燃料，最终有助于增加CO2的排放量。在一些申请中，电也被用于达到自燃温度，如US2014/0283812 A1中报告的。
[0005]2018年，生产和使用的氢气超过7000万吨，主要用于氨生产、精炼工艺和甲醇生产。不同的估计认为，在未来10年内，氢气需求将快速急剧增长，并将翻一番。
[0006]目前80％以上的可用H2，是通过蒸汽重整(SR)反应(i)使天然气和/或轻质石脑油与蒸汽反应生成的。该反应是高度吸热反应，因此约20％的反应天然气与变压吸附(PSA)产生的燃料气一起在重整器中燃烧，以将温度保持在约900℃。剩余部分主要通过非催化部氧化(PO)产生，即使涉及放热反应(ii)，也需要复杂和昂贵的设备和高于1200℃的温度。
[0007]CH4+H2O CO+3H2(i)
[0008]CH4+1/2O
2 CO+3H2(ii)
[0009]CH4+CO
2 2CO+2H2(iii)
[0010]除SR和PO外，生产合成气的一种常见技术是自动热重整(ATR)，它需要大型且昂贵的气体预热炉、纯氧和高度脱硫的试剂。ATR的最终产物是合成气，主要用于甲醇和费托合成。
[0011]当只使用SR和PO，H2是所需的最终产物时，在这两种情况下，所产生的合成气进一
步发生水煤气变换反应(WGS)(iv)。
[0012]CO+H2O CO2+H2(iv)
[0013]即使燃烧重整器具有接近50％的能源效率，SR工艺的总体能源效率也高于90％，这可能来自于规模经济的高热回收。
[0014]补偿反应吸热所需的热量是燃烧甲烷和其他燃料产生的，释放出的CO2约占世界排放量的3％。重整器管浸没在燃烧重整器内，靠近燃烧器。在重整器管内，使用负载在陶瓷材料上的镍基催化剂。由于温度高于900℃，催化剂热导率低，以及强烈吸热的SR反应，管的直径从100mm到150mm不等，以限制重整器管内的温度梯度。优化后的重整器管直径保持了强温度梯度，导致催化剂效率因子通常低于10％，需要数百个充满催化剂的重整器管，长度从10m到13m不等。下游的WGS步骤涉及放热的WGS反应。根据催化剂的不同，WGS工艺需要的温度从150℃到400℃。
[0015]从液体试剂和含甲烷气体作为两步工艺生产氢气的现有技术在试剂组成和生产能力方面灵活性较低。目前的工艺是资本密集型的，当规模经济的热回收无法实现时，它们的能源效率低于60％。除了额外的热交换器，还需要锅炉、反应器、管道、阀门、流量计、配件和容器。此外，工厂的复杂和定制设计以及启动操作降低了工艺灵活性。
[0016]为解决上述问题，出现了各种尝试。例如，US2013/0028815A1和EP3574991A1公开了电气化金属催化剂载体的应用。然而，不足的比表面积和较差的载体
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活性相相互作用导致催化剂稳定性不足。此外，所得宏观结构具有相当大的横截面，降低了电阻，因此需要高电流，这使设计复杂化。由于这些原因，对于高于600℃的温度，没有商用气流加热器使用由金属制成的带电宏观结构。关于结构化金属催化剂用于高温反应的更多细节，也可以在Pauletto Gianluca等人撰写的“FeCrAI作为催化剂载体”一文中找到，该文发表于ChemicalReviews2020，120，15，p.7516
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7550。
[0017]除上述内容外，有关合成气生产的综合信息也可在Jens Rostrup Nielsen和Lars J.Christiansen撰写的“合成气制造概念”一书中找到。
[0018]在过去几年中，将可再生氨裂解为氢气已成为供应可再生氢气的有趣生产途径。特别是可再生能源氨被用作能源载体，在可再生能源高可用性的地方生产。这里，能量被经济地收集并转化为具有高能量密度的并且可以很容易地作为液体运输的化学物质。运输后，高附加值的可再生氨通过催化热化学方法(高于500℃)转化为可再生氢气：氨裂解。需要高效、紧凑、耐腐蚀且价格低廉的模块，以便将可再生氨转化为氢用于燃料电池应用。特别是，电气化氨裂解器最大限度地降低了运行成本，因为它避免了消耗高附加值的可再生氨，以通过在低效率的燃烧炉中燃烧产生热量。
技术实现思路
[0019]鉴于现有技术中遇到的上述技术问题，本专利技术的一个目的是减少投资成本、设备数量、能源消耗、二氧化碳排放以及用于生产氢气、合成气或二氧化碳的反应器的尺寸。
[0020]本专利技术的另一目的是提供一种用于生产氢气、合成气或二氧化碳的反应器，该反应器在产品容量和加入各种反应性混合物流(甚至含有相应量的二氧化碳、硫化或含氮化合物)的可能性方面具有更大的灵活性。
[0021]本专利技术的另一目的是提供一种使用电阻加热元件进行电加热的反应器，该电阻加
热元件与反应性混合物蒸汽直接接触，并且可以在1000℃以上的温度下操作，从而使加热元件、结构化陶瓷催化剂和反应性混合物流之间的温差最小化。
[0022]为了实现上述目的或将从详细描述中公开的或推断的目的，本专利技术涉及一种用于从进料反应性混合物流生产氢气和/或合成气和/或二氧化碳的反应器壳体，该反应器壳体包括：
[0023]至少一个反应流导管，形成在所述反应器壳体内，并基本上具有供所述反应性混合物本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种反应器壳体(10)，用于从进料反应性混合物流生产氢气和/或合成气和/或二氧化碳，包括：至少一个反应流导管(20)，形成在所述反应器壳体(10)内，并基本上具有供所述反应性混合物流进料的至少一个反应流入口(21)、所述反应性混合物流离开所述反应器壳体的反应流出口(26)和设置在所述反应流入口(21)和所述反应流出口(26)之间的至少一个催化剂部(24)，绝缘填料(11)，至少部分地围绕所述反应流导管(20)，至少一种结构化陶瓷催化剂(30)，容纳在所述催化剂部(24)中，并具有多个并列的中空陶瓷子单元(31)，所述中空陶瓷子单元(31)被配置为允许所述反应性混合物流通过其中，至少一个电阻式电加热装置(40)，为蜿蜒的，并通过至少两个电馈线(51)连接到电源(50)，用于将所述结构化陶瓷催化剂(30)加热到预定的反应温度，其中所述电加热装置(40)以使得在所述中空陶瓷子单元(31)的内部仍然存在流动通道(313)的方式布置在至少一些所述中空陶瓷子单元(31)的内部。2.根据权利要求1所述的反应器壳体(10)，其中所述电加热装置(40)包括蜿蜒部(41)，使得其在所述结构化陶瓷催化剂(30)内以蜿蜒的方式延伸，所述结构化陶瓷催化剂(30)是由所述中空陶瓷子单元(31)形成的束。3.根据权利要求1所述的反应器壳体(10)，其中所述陶瓷子单元是陶瓷管。4.根据权利要求1所述的反应器壳体(10)，其中所述加热元件是电阻丝。5.根据前述权利要求中任一项所述的反应器壳体(10)，其中所述电加热装置(40)和所述电源(50)被配置为将所述结构化陶瓷催化剂(30)加热至300℃至1300℃之间的温度。6.根据前述权利要求中任一项所述的反应器壳体(10)，其中所述中空陶瓷子单元(31)具有纵向通道。7.根据权利要求1所述的反应器壳体(10)，其中所述反应流导管(20)还包括预热/混合部(22)、反应流通道(23)和冷却部(25)，所述预热/混合部(22)形成在所述反应流入口(21)的延续部分中，用于预热/混合所述反应性混合物流，所述反应流通道(23)将所述预热/混合部(22)连接到所述催化剂部(24)，所述冷却部(25)形成在所述催化剂部(24)的延续部分中，用于在离开所述反应流出口(26)之前冷却离开的反应流。8.根据前述权利要求中任一项所述的反应器壳体(10)，其特征在于，具有在1bar至150bar之间的设计压力。9.一种在反应器壳体(10)中通过催化反应从进料反应性混合物流生产氢气和/或合成气和/或二氧化碳的方法，所述催化反应选自以下组成的组：氨裂解、蒸汽重整、干法...
【专利技术属性】
技术研发人员：吉安卢卡，
申请(专利权)人：吉安卢卡，
类型：发明
国别省市：
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