Реактор с комплектом керамических транспортирующих кислород мембран и способ риформинга - RU2016117903A
Код документа: RU2016117903A
Формула
1. Транспортирующая кислород мембранная панель для переноса лучистого тепла к множеству реакторов каталитического риформинга, причем транспортирующая кислород мембранная панель содержит:
необязательно, каркас панели; и
множество повторяющихся блоков транспортирующих кислород мембран в плотно упакованной линейной или копланарной ориентации;
причем каждый повторяющийся блок транспортирующих кислород мембран содержит две или более транспортирующие кислород мембранные трубы, связанные друг с другом и выполненные с возможностью сообщения по текучей среде либо с питающим патрубком, либо с выпускным патрубком; и
причем каждая транспортирующая кислород мембранная труба имеет сторону фильтрата, расположенную на внутренней поверхности трубы, и сторону концентрата, расположенную на внешней поверхности трубы.
2. Панель по п. 1, которая содержит каркас панели, причем множество повторяющихся блоков транспортирующих кислород мембран имеет в качестве опоры указанный каркас панели и выполнено с возможностью отделения кислорода от кислородсодержащего потока, контактирующего со стороной концентрата труб в конфигурации поперечного течения, и осуществления реакции прошедшего через мембрану кислорода с потоком газа, содержащим водород и углеродсодержащие компоненты, вводимым на сторону фильтрата труб, тем самым, производя лучистое тепло и содержащий водяной пар поток продукта реакции;
причем реакторы каталитического риформинга выполнены с возможностью получения синтез-газа в присутствии лучистого тепла и потока углеводородсодержащего реагента, необязательно содержащего поток продукта реакции от транспортирующих кислород мембранных панелей; и
причем реакторы каталитического риформинга размещены в плоскости, по существу параллельной транспортирующим кислород мембранным панелям.
3. Панель по п. 1, в которой множество транспортирующих кислород мембранных труб размещено в прилежащей ориентации.
4. Панель по п. 3, в которой по меньшей мере несколько из множества транспортирующих кислород мембранных труб размещено в змеевиковой ориентации.
5. Панель по п. 1, в которой множество транспортирующих кислород мембранных труб размещено в общем в параллельной ориентации.
6. Панель по п. 1, в которой множество элементов для соединения керамики с керамикой дополнительно содержит один или более керамических линейных соединителей, выполненных с возможностью соединения по текучей среде двух смежных транспортирующих кислород мембранных труб в линейной ориентации.
7. Панель по п. 1, в которой множество элементов для соединения керамики с керамикой дополнительно содержит один или более керамических U-образных соединителей, выполненных с возможностью соединения по текучей среде двух смежных транспортирующих кислород мембранных труб.
8. Панель по п. 1, в которой множество элементов для соединения керамики с керамикой дополнительно содержит один или более керамических M-образных соединителей, выполненных с возможностью соединения трех или более транспортирующих кислород мембранных труб.
9. Панель по п. 1, дополнительно содержащая одну или более стопорных клапанных узлов, расположенных между первым элементом для соединения керамики с металлом и питающим патрубком и/или между вторым элементом для соединения керамики с металлом и выпускным патрубком.
10. Панель по п. 2, в которой повторяющиеся блоки транспортирующих кислород мембран содержат множество транспортирующих кислород мембранных труб, причем указанные транспортирующие кислород мембранные трубы содержат плотный слой, пористую подложку и промежуточный пористый слой, расположенный между плотным слоем и пористой подложкой, где указанный плотный слой и промежуточный пористый слой содержат смесь ионопроводящего материала и электропроводящего материала, где указанный плотный слой и указанный промежуточный пористый слой эффективны в проведении ионов кислорода и электронов.
11. Панель по п. 10, где транспортирующие кислород мембранные трубы дополнительно содержат пористый поверхностный обменный слой в контакте с плотным слоем напротив промежуточного пористого слоя.
12. Панель по п. 11, где пористый поверхностный обменный слой транспортирующих кислород мембранных труб имеет толщину от примерно 10 микрон до примерно 40 микрон, пористость от примерно 30 процентов до примерно 60 процентов и диаметр пор от примерно 1 микрона до примерно 4 микрон.
13. Панель по п. 10, в которой подложечный слой транспортирующих кислород мембранных труб имеет толщину от примерно 0,5 мм до примерно 10,0 мм и размер пор 50 микрон или менее.
14. Панель по п. 10, в которой пористый поверхностный обменный слой транспортирующих кислород мембранных труб формирует сторону концентрата транспортирующих кислород мембранных труб.
15. Панель по п. 10, в которой указанный ионопроводящий материал транспортирующих кислород мембранных труб содержит флюорит.
16. Панель по п. 10, в которой указанный промежуточный пористый слой имеет толщину от примерно 10 микрон до примерно 40 микрон, пористость от примерно 25 процентов до примерно 40 процентов и средний диаметр пор от примерно 0,5 микрон до примерно 3 микрон.
17. Панель по п. 10, в которой указанный плотный слой транспортирующих кислород мембранных труб имеет толщину от примерно 10 микрон до примерно 50 микрон.
18. Панель по п. 10, которая дополнительно содержит катализатор.
19. Панель по п. 18, в которой указанный катализатор нагружен внутрь транспортирующих кислород мембранных труб, интегрирован в промежуточный пористый слой транспортирующих кислород мембранных труб, пропитан в пористый подложечный слой, смежный с промежуточным пористым слоем транспортирующих кислород мембранных труб, и/или внутренняя поверхность транспортирующих кислород мембранных труб покрыта или активирована указанным катализатором.
20. Панель по п. 19, в которой каталитические частицы способствуют окислению водородсодержащего потока.
21. Панель по п. 20, в которой указанный катализатор способствует риформингу водородсодержащего потока.
22. Панель по п. 20, в которой указанный катализатор содержит легированный гадолинием диоксид церия.
23. Панель по п. 10, в которой внешний диаметр каждой транспортирующей кислород мембранной трубы является одинаковым или разным и находится в диапазоне примерно от 8 мм до 20 мм, а соотношение длина/диаметр находится в диапазоне от 50 до 150.
24. Панель по п. 10, в которой реактор каталитического риформинга интегрирован в транспортирующую кислород мембранную панель и/или в отдельную панель каталитического риформинга.
25. Панель по п. 10, в которой указанные транспортирующие кислород мембранные трубы размещены в M-шпилечной компоновке.
26. Панель по п. 25, в которой указанная M-шпилечная компоновка содержит по меньшей мере четыре (4) транспортирующие кислород мембранные трубы, соединенный последовательно с помощью уплотнений или переходников для соединения керамики с керамикой, и два (2) переходника для соединения керамики с металлом, выполненные с возможностью герметичного соединения концов M-шпилечной компоновки с питающим и выпускающим патрубками транспортирующей кислород мембранной панели.
27. Панель по п. 26, в которой указанная M-шпилечная компоновка дополнительно содержит один или более керамических U-образных соединителей, выполненных для соединения по текучей среде смежных труб.
28. Панель по п. 25, которая содержит множество M-шпилечных компоновок.
29. Модуль комплекта транспортирующих кислород мембран, содержащий:
каркасную или опорную конструкцию,
одну или более транспортирующих кислород мембранных панелей, поддерживаемых каркасом, причем каждая панель содержит множество повторяющихся блоков транспортирующих кислород мембран, размещенных в плотноупакованной линейной и копланарной ориентации, причем каждый повторяющийся блок транспортирующих кислород мембран содержит две или более транспортирующие кислород мембранные трубы, связанныедруг с другом на одном конце с формированием многоходовой компоновки, а другой конец труб выполнен с возможностью сообщения по текучей среде с первым питающим патрубком или с первым выпускным патрубком; и
одну или более панелей каталитического риформинга, прикрепленных к каркасу в прилежащей ориентации по отношению к одной или более транспортирующим кислород мембранным панелям, причем каждая панель каталитического риформинга содержит множество повторяющихся блоков риформинга, размещенных в плотноупакованной линейной или копланарной ориентации, причем каждый повторяющийся блок риформинга содержит по меньшей мере одну многоходовую трубу риформинга в соединении по текучей среде со вторым питающим патрубком или вторым выпускным патрубком; и
причем панели каталитического риформинга размещены в плоскости, параллельной транспортирующим кислород мембранным панелям.
30. Модуль комплекта транспортирующих кислород мембран по п. 29, в котором панель каталитического риформинга содержит многоходовые трубы каталитического риформинга для получения синтез-газа из питающего потока углеводородсодержащего реагента в присутствии тепла, где указанные многоходовые трубы риформинга сообщаются по текучей среде с питающим патрубком или выпускным патрубком; где указанные многоходовые трубы риформинга содержат по меньшей мере один катализатор парового риформинга, выполненный с возможностью получения синтез-газа из питающего потока углеводородсодержащего реагента.
31. Модуль комплекта транспортирующих кислород мембран по п. 29, в котором каждая многоходовая труба риформинга содержит катализаторы парового риформинга, выполненные с возможностью получения синтез-газа из питающего потока углеводородсодержащего реагента в присутствии лучистого тепла и водяного пара, произведенных транспортирующими кислород мембранными трубами.
32. Модуль комплекта транспортирующих кислород мембран по п. 30, в котором соотношение площадей поверхности между панелями каталитического риформинга и транспортирующими кислород мембранными панелями, излучающими тепло к реакторам каталитического риформинга, составляет от примерно 0,4 до примерно 1,0
33. Модуль комплекта транспортирующих кислород мембран по п. 30, в котором коэффициент видимости между транспортирующими кислород мембранными панелями, излучающими тепло к панелям каталитического риформинга, превышает, либо равен примерно 0,4.
34. Модуль комплекта транспортирующих кислород мембран по п. 33, в котором указанный синтез-газ получают из питающего потока углеводородсодержащего реагента в присутствии лучистого тепла и водяного пара, где по меньшей мере часть указанных тепла и водяного пара принимается от множества реакционно-управляемых транспортирующих кислород мембранных труб.
35. Модуль комплекта транспортирующих кислород мембран по п. 32, в котором многоходовые трубы каталитического риформинга сконструированы из Incoloy 800HT.
36. Модуль комплекта транспортирующих кислород мембран по п. 30, в котором трубы каталитического риформинга наполнены металлическим или керамическим материалом-носителем катализатора.
37. Модуль комплекта транспортирующих кислород мембран по п. 36, в котором указанный материал-носитель катализатора представляет собой гнутую металлическую фольгу, металлическую сетку, металлическую пену, экструдированные металлокерамические гранулы или сочетание названных носителей, где подвергаемые воздействию поверхности указанного материала-носителя катализатора пропитаны или покрыты пористым слоем по меньшей мере одного катализатора парового риформинга.
38. Модуль комплекта транспортирующих кислород мембран по п. 36, в котором внутренняя поверхность труб риформинга покрыта или активирована по меньшей мере одним катализатором парового риформинга.
39. Скомпонованный узел для реактора риформинга на основе транспортирующих кислород мембран, содержащий два или более модуля комплекта транспортирующих кислород мембран по п. 29.
40. Узел по п. 39, в котором указанные модули комплекта мембран установлены штабелями в имеющем огнеупорную футеровку стальном контейнере или корпусе и связаны своими патрубками с формированием скомпонованного узла для реактора риформинга на основе транспортирующих кислород мембран.
41. Узел по п. 40, в котором модули комплекта мембран связаны своими патрубками с формированием скомпонованного узла, где указанные модули связаны своими патрубками в одной или более выделенных зонах в скомпонованном узле.
42. Узел по п. 41, в котором указанная по меньшей мере одна из указанных выделенных зон включает в себя впускной контур, выполненный с возможностью подавать смешанное предварительно нагретое сырье в питающие патрубки, связанные с панелями каталитического риформинга и, необязательно, транспортирующими кислород мембранными панелями, и выпускной контур, выполненный с возможностью или приспособленный принимать и отводить синтез-газ, полученный в содержащих катализатор панелях риформинга.
43. Узел по п. 42, в котором указанная по меньшей мере одна из указанных выделенных зон включает в себя контур рециркуляции, выполненный с возможностью подачи части синтез-газа из выпускных патрубков панелей каталитического риформинга к питающему патрубку, связанному с транспортирующими кислород мембранными панелями.
44. Узел по п. 43, в котором часть синтез-газа отводят через питающий патрубок транспортирующих кислород мембранных панелей в виде потока рециркуляции.
45. Узел по п. 44, в котором указанный скомпонованный узел для реактора риформинга на основе транспортирующих кислород мембран содержит один или более эжекторов рециркуляции газа, содействующих рециркуляции части потока продукта синтез-газа из выпускного патрубка, связанного с панелью риформинга, к питающему патрубку транспортирующей кислород мембранной панели.
46. Узел по п. 44, который содержит систему впуска и распределения воздуха для снабжения скомпонованного узла вспомогательным охлаждающим воздухом.
47. Узел по п. 44, который содержит приводимые в действие силой или давлением клапан, створку или подвижную панель для обеспечения сброса давления в скомпонованном узле.
48. Печная линия синтез-газа на основе транспортирующих кислород мембран, содержащая множество скомпонованных сборок для реактора риформинга на основе транспортирующих кислород мембран по п. 39.
49. Печная линия синтез-газа на основе транспортирующих кислород мембран по п. 48, которая содержит две или более скомпонованных сборок для реактора риформинга на основе транспортирующих кислород мембран, последовательно расположенных относительно потока воздуха через указанную печную линию.
50. Печная линия на основе транспортирующих кислород мембран по п. 49, которая содержит систему впуска и распределения воздуха для снабжения печной линии вспомогательным охлаждающим воздухом.
51. Печная линия на основе транспортирующих кислород мембран по п. 50, содержащая приводимые в действие силой или давлением клапан, створку или подвижную панель для обеспечения сброса давления в печной линии.
52. Установка синтез-газа на основе транспортирующих кислород мембран, содержащая множество блоков печных линий на основе транспортирующих кислород мембран по п. 48, в котрой предварительно нагретый воздух подается в каждый блок линий, причем указанный поток воздуха подается последовательно через блоки линий, и причем обедненный кислородном воздух собирают из выпуска каждого блока линий.
