【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于热解含氢化合物的装置及方法。
技术介绍
1、为了实现气候保护目标，特别令人感兴趣的技术方案是继续实现在避免co2排放的同时使用化石资源。一种有前景的技术方案使得通过使用裂化/热解反应将含氢化合物转化为至少纯的固体碳和氢气来使含氢化合物、特别是诸如天然气或甲烷的烃脱碳成为可能。在甲烷的情况下，基本公式如下：
2、ch4→c+2h2
3、其中δh＝74.5千焦/摩尔
4、需要超过500℃的温度以进行该反应，由此能量输入能够破坏强分子c-h键(437千焦/摩尔)。实验分析已经表明，在温度高达1100℃的热力学平衡条件下可以实现超过95％的反应速率。
5、文献wo 2019/154732a1公开一种用于使用液态金属反应器热解含氢化合物的方法及装置。该已知的方法或该已知的装置仅在有限的程度上适合于以工业规模连续加工含氢化合物。因此，需要进一步改进借助于甲烷热解制造氢气的反应控制。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种用于由含氢化合物、特别是由甲烷制造氢气的更有利的装置或方法。
2、该问题通过具有权利要求1的特征的装置来解决。从属权利要求涉及该装置的进一步有利的实施方案。该问题还通过具有权利要求13的特征的方法来解决。从属权利要求涉及进一步有利的方法步骤。
3、该问题特别是通过一种用于通过热分解包含烃的进料气体来制造氢气和固体碳的装置来解决，该装置包括具有反应室和布置在反应室上方的收集室的热解
4、该问题还特别通过一种用于将含氢化合物直接热分解为固体碳和氢气的方法来解决，该方法包括：压缩包含烃的进料气体，随后使压缩的进料气体通过液态高温传热介质，并在高温传热介质中将进料气体转化为物质混合物，将物质混合物收集在高温热载体上方的收集室中，该物质混合物包含至少固体碳和含有氢气的气体混合物，将物质混合物进料到收集室下游的分离装置，并在分离装置中耗尽物质混合物中的固体碳，以及将耗尽的物质混合物和固体碳从分离装置分别排出。
5、根据本专利技术的装置或方法使得可以以工业规模将烃气体、优选甲烷转化为氢气和碳。
6、出于本专利技术的目的，术语“热解”应理解为烃，例如甲烷，在无氧气氛中的热分解。
7、在根据本专利技术的装置中，提供的是，热解反应器包括具有反应室和布置在反应室上方的收集室的液态金属反应器，其中反应室被设计为接收液态高温传热介质。液态金属反应器包括用于进料气体或反应气体的入口，反应气体优选从下方被引入液态金属反应器中，液态金属反应器优选具有沿着液态金属反应器的下部布置的多孔部分或一系列开口，以将反应气体从下方供应到液态金属反应器，分布在内部横截面区域上，优选基本上均匀地分布，使得供应的反应气体流过位于液态金属反应器中的液态高温传热介质，并由此沿着朝向收集室的方向上升。
8、出于本专利技术的目的，术语“高温传热介质”应理解为具有高热稳定性的传热介质。优选地，高温传热介质是熔融金属或熔融盐。金属熔体是优选的。熔融金属向反应气体的良好传热是特别有利的。另一个优点是由于熔融金属与碳之间的密度差异，可能发生碳分离。熔融金属优选为金属或金属合金。合适的熔融金属优选选自铅-锡焊料、无铅焊料、锡和/或镁。铅-锡焊料具有低熔点，因此实现在约200℃的温度下形成均匀的熔融金属。例如，组成为63％锡和37％铅且共晶点为183℃的渗流焊料是这种非常适合的铅-锡焊料。
9、在本专利技术的上下文中，高温传热介质优选不循环。特别优选地，高温传热介质保持静止；它特别优选仅位于反应室中。
10、进一步优选的是将催化添加剂用于高温传热介质，特别是熔融金属，例如铋、铜/镍或铜/银的添加剂。通过将催化添加剂用于熔融金属，可以降低反应温度或提高反应转化率。此外，用形成的碳颗粒富集熔融金属也可以具有自催化作用。通过熔融金属的另外的催化作用可以进一步提高转化率。
11、在用于在热解反应器中通过热分解含氢化合物生成氢气的方法中，使作为反应气体供应的含氢化合物与液态高温传热介质接触，由此反应气体在液态高温传热介质中的停留时间优选是可调节的。
12、其中使反应气体与液态高温传热介质接触的热解具有从熔融金属向反应气体良好传热的优点。液态高温传热介质，例如熔体，是可移动的并且实现通流，使得气态含氢化合物，例如甲烷，以向上运动的方式移动通过熔体，并且通过该移动确保表面的持续更新。在根据本专利技术的方法中控制供应的反应气体的压力和/或量的可能性实现以受控的方式控制或影响对流热输入。气态含氢化合物在液态高温传热介质中的停留时间可以经由供应的反应气体的压力和/或供应的反应气体的量和/或存在于收集室中的压力来调节。增加停留时间具有显著提高热分解转化率的优点。
13、在优选的实施方案中，借助于压缩机和/或借助于可控阀来调节压力和/或流速。还可以证明有利的是，向热解反应器供应诸如氮气或氩气的惰性气体以控制反应。
14、反应气体在高温传热介质中的流速可以优选经由进料到反应室中的反应气体的压力与收集室中的压力之间的压力差来设定。还可以调节反应室的高度或液态高温传热介质的填充水平，或者以这样的方式进行设计，即实现反应气体在熔体中的期望流速。在优选的实施方案中，气态含氢化合物在液态高温传热介质中的停留时间为0.01秒至1000秒，优选0.1秒至100秒，优选0.2秒至10秒。
15、在优选的实施方案中，含氢化合物的分解发生在500℃至1500℃、优选900℃至1400℃、优选1000℃至1200℃的温度下。例如，如果熔体具有催化活性，则可以在约500℃的温度下分解气体。
16、所需的反应热方便地通过燃烧一小部分制造的氢气或另一种燃料来提供。还可以提供反应室的电加热。
17、优选的含氢化合物选自甲烷、乙烷、高级烃、硫化氢、氨和/或其混合物。出于本专利技术的目的，术语“高级烃”应理解为从丙烷开始的烃，特别是烷烃及其混合物。合适的烃混合物是例如粗沼气或粗天然气混合物。液态烃，诸如油，也可以直接使用。液态烃可以在现行反应温度下快速蒸发。优选的含氢化合物是在环境温度下为气态的含氢化合物，特别选自甲烷、乙烷、硫化氢、氨和/或其混合物。甲烷是特别优选的含氢气体。
18、根据本专利技术的装置实现通过将诸如甲烷的烃转化为氢气和碳而不制造对环境有害的二氧化碳的热解。在该方法中分离的碳沉积在高温传热介质、例如熔融金属上方，因此最初作本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于通过热分解包含烃的进料气体(Z)来制造氢气(H2)和固体碳(11)的装置(1)，其包括：
2.根据权利要求1的装置，其特征在于所述高温传热介质(6)是熔融金属或熔融盐。
3.根据权利要求1或2的装置，其特征在于所述排出装置(12)包括多个具有入口开口(12b)的收集管(12a)，所述收集管(12a)布置在所述收集室(5a)中。
4.根据权利要求3的装置，其特征在于所述收集管(12a)是披针形的，入口开口(12b)指向所述反应室(3a)。
5.根据前述权利要求中任一项的装置，其特征在于气体供应管线(8)通向所述收集室(5a)。
6.根据权利要求5的装置，其特征在于通过所述气体供应管线(8)进料的气体分配装置(9)布置在所述反应室(3a)与排出装置(12)的入口开口(12b)之间。
7.根据权利要求5或6中任一项的装置，其特征在于所述反应器供应管线(7)和气体供应管线(8)沿着供应的流体的流动方向布置在压缩机(23)的下游。
8.根据前述权利要求中任一项的装置，其特征在于所述分离装置(37
9.根据权利要求8的装置，其特征在于颗粒过滤器(27)布置在所述脱气容器内部空间(25a)中，其将所述脱气容器内部空间(25a)分为下部部分内部空间(25b)和上部部分内部空间(25c)，其特征在于所述排出管线(14)通向下部部分内部空间(25b)，并且其特征在于布置在所述上部部分内部空间(25c)中的气体出口(29a)向气体排出管线(29)进料。
10.根据权利要求9的装置，其特征在于所述气体出口(29)通向氢气分离装置(30)，所述氢气分离装置(30)至少部分地耗尽供应的流体中的氢气。
11.根据权利要求10的装置，其特征在于将氢气耗尽的流体进料到所述热解反应器(2)。
12.根据权利要求11的装置，其特征在于将氢气耗尽的流体从氢气分离装置(30)开始进料到压缩机(23)。
13.用于将含氢化合物直接热分解为固体碳(11)和氢气(H2)的方法，其包括：
14.根据权利要求13的方法，其特征在于随后从排出的耗尽的物质混合物(S)中耗尽氢气(H2)，并且其特征在于将耗尽氢气(H2)的物质混合物(S)进料到所述液态高温传热介质(6)。
15.根据权利要求14的方法，其特征在于压缩所述耗尽氢气(H2)的物质混合物(S)，然后将其进料到所述液态高温传热介质(6)。
16.根据权利要求13至15中任一项的方法，其特征在于将输送气体(F)以这样的方式进料到积聚在收集室(5a)中的物质混合物(S)，即存在于收集室(5a)中的至少一些固体碳(11)通过作用的输送气体(F)进料到分离装置(37)。
17.根据权利要求16的方法，其特征在于随时间改变流入收集室(5a)中的递送气体(F)的压力、递送速率和/或作用点，并且由此搅动位于收集室(5a)中的固体碳(11)。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于通过热分解包含烃的进料气体(z)来制造氢气(h2)和固体碳(11)的装置(1)，其包括：
2.根据权利要求1的装置，其特征在于所述高温传热介质(6)是熔融金属或熔融盐。
3.根据权利要求1或2的装置，其特征在于所述排出装置(12)包括多个具有入口开口(12b)的收集管(12a)，所述收集管(12a)布置在所述收集室(5a)中。
4.根据权利要求3的装置，其特征在于所述收集管(12a)是披针形的，入口开口(12b)指向所述反应室(3a)。
5.根据前述权利要求中任一项的装置，其特征在于气体供应管线(8)通向所述收集室(5a)。
6.根据权利要求5的装置，其特征在于通过所述气体供应管线(8)进料的气体分配装置(9)布置在所述反应室(3a)与排出装置(12)的入口开口(12b)之间。
7.根据权利要求5或6中任一项的装置，其特征在于所述反应器供应管线(7)和气体供应管线(8)沿着供应的流体的流动方向布置在压缩机(23)的下游。
8.根据前述权利要求中任一项的装置，其特征在于所述分离装置(37)包括被设计为压力容器的脱气容器(25)，并且所述脱气容器(25)优选包括具有下部部分内部空间(25b)和上部部分内部空间(25c)的脱气容器内部空间(25a)，所述下部部分内部空间(25b)通向用于排出所述固体碳(11)的气闸(32)。
9.根据权利要求8的装置，其特征在于颗粒过滤器(27)布置在所述脱气容器内部空间(25a)中，其将所述脱气容器内部空间(25a)分为下部部分内部空间(25b)和...
【专利技术属性】
技术研发人员：T·哈德，
申请(专利权)人：伯克哈特压缩机股份公司，
类型：发明
国别省市：
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