通过电阻加热进行加热的原料气的吸热反应制造技术

本申请提供了一种用于进行原料气的吸热反应的阵列，其包括结构化催化剂的第一和第二整料，其中：第一和第二整料分别包括第一和第二导电材料的宏观结构，所述宏观结构负载陶瓷涂层，其中所述陶瓷涂层负载催化活性材料；b)所述第一和第二整料中的每一个具有形成在其间的多个流动通道，以使所述原料气从第一端通过所述整料输送到第二端，c)所述阵列包括分别电连接到所述第一和第二整料以及电连接到电源的第一和第二导体，d)所述第一和第二整料通过整料桥导电材料的整料桥电连接,e)所述阵列被配置为引导电流从第一导体通过第一整料到达所述第二端，然后通过桥，然后通过第二整料到达第二导体，并且f)所述阵列通过包括以下步骤的方法生产：i)以三个独立实体的形式提供第一整料、第二整料和整料桥导电材料；和ii)通过包括烧结或氧化处理步骤的方法将独立实体连接在一起。接在一起。接在一起。

Endothermic reaction of heated feed gas by resistance heating

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过电阻加热进行加热的原料气的吸热反应


[0001]本专利技术涉及用于进行原料气的吸热反应的结构化催化剂，其中所述结构化催化剂包含第一导电材料的宏观结构，所述宏观结构负载陶瓷涂层，其中所述陶瓷涂层负载催化活性材料。
[0002]背景
[0003]吸热反应通常会受到如何有效地将热量传递到反应器单元内催化剂床的反应区的挑战。通过对流、传导和/或辐射加热进行的传统热传递可能很慢，并且在许多配置中通常会遇到很大的阻力。这一挑战可以用蒸汽重整设备中的管式重整器来说明，实际上可以将其视为大型换热器，以传热作为限速步骤。由于通过管壁和管内催化剂的传热速率以及由于蒸汽重整反应的吸热性质，管式重整器的管的最内部的温度略低于管外部的温度。
[0004]在催化剂内部而不是在容纳催化剂的管外部供热的一种方法是通过电阻加热。DE102013226126描述了一种利用物理能量回收的异热甲烷重整工艺，其中甲烷通过二氧化碳重整为由一氧化碳和氢气组成的合成气。起始气体CH4和CO2在由导电和催化颗粒组成的固定床反应器中进行传导，该反应器被电加热至约1000K的温度。在固定床反应器中发生反应气体的转化和生成的合成气的热量产生。
[0005]本专利技术的一个目的是提供用于进行原料气的吸热反应的电加热的结构化催化剂和反应器系统的替代配置。
[0006]本专利技术的另一个目的是提供具有集成的供热和催化剂的结构化催化剂和反应器系统。
[0007]本专利技术的另一个目的是提供结构化催化剂和反应器系统，其用于进行包含烃的原料气的吸热反应，其中与具有外部加热反应器的系统相比，总能耗降低，具有外部加热反应器的系统例如侧燃或顶燃蒸汽甲烷重整器(SMR)，它是工业规模的蒸汽重整的参考。通过使用电加热，避免了燃烧SMR的高温烟气，因此在电加热反应器的重整段中需要更少的能量。
[0008]本专利技术的另一个目的是提供一种结构化的催化剂和反应器系统，用于进行原料气，例如包含烃的原料气的吸热反应，其中与用于进行吸热反应的常规反应器相比，催化剂的量和反应器系统的尺寸都减小。此外，本专利技术提供了调整并因此减少催化活性材料的量的可能性，同时具有反应的受控反应前沿。
[0009]此外，本专利技术的一个目的是提供一种由原料气，例如包含烃的原料气的吸热反应生产产物气的方法，其中从反应器系统输出的产物气具有较高的温度和较高的压力。特别是，如果从反应器系统输出的产物气的温度在大约900℃至1100℃之间，甚至高达1300℃，并且如果从反应器系统输出的产物气的压力在大约30bar至大约100bar之间，则是理想的。本专利技术将允许精确控制从反应器系统输出的产物气的温度。
[0010]本专利技术的一个优点是二氧化碳的总排放量和对气候有害的其他排放物可以显著减少，特别是当反应器系统中使用的电力来自可再生能源时。

技术实现思路

[0011]本专利技术涉及一种用于进行原料气的吸热反应的阵列，其包括结构化催化剂的第一和第二整料，其中：
[0012]a)第一和第二整料分别包括第一和第二导电材料的宏观结构，所述宏观结构负载陶瓷涂层，其中所述陶瓷涂层负载催化活性材料；
[0013]b)所述第一和第二整料中的每一个具有形成在其中的多个流动通道，以使所述原料气从第一端通过所述整料输送到第二端，所述原料气从所述第一端进入并且产物气从所述第二端离开，其中所述第一和第二整料的每一个都具有从所述第一端延伸到所述第二端的纵轴；
[0014]c)所述阵列包括分别电连接到所述第一和第二整料以及电连接(connect)到电源的第一和第二导体，其中所述电源的尺寸被设定为通过使电流通过所述宏观结构而将所述第一和第二整料的至少一部分加热到至少500℃的温度，其中所述第一导体直接或间接地电连接到所述第一整料并且所述第二导体直接或间接地电连接到所述第二整料,并且其中所述导体在更靠近所述第一端而不是所述第二端的位置连接至所述阵列；
[0015]d)所述第一和第二整料通过整料桥导电材料的整料桥电连接,
[0016]e)所述阵列被配置为引导电流从第一导体通过第一整料到达所述第二端，然后通过桥，然后通过第二整料到达第二导体，并且
[0017]f)所述阵列通过包括以下步骤的方法生产：
[0018]i)以三个独立实体的形式提供第一整料、第二整料和整料桥导电材料；和
[0019]ii)通过包括烧结或氧化处理步骤的方法将独立实体接合(join)在一起。
[0020]本专利技术提供了一种结构化催化剂，其构造方式使得从电源供电的电导体在最接近结构化催化剂阵列的第一端的位置处连接，并且整料桥的构造仍然引导电流从(大部分)单个整料的一端基本上流向另一端。该特征建立了温度曲线，其中温度从结构化催化剂的第一端到第二端升高。这是有利的，因为它提供了将导体连接到这种结构化催化剂的较冷端的可能性，该连接对高温敏感。此外，这是有利的，因为它允许改进对于经结构化催化剂促进的吸热反应的化学反应前沿的控制。
[0021]本专利技术涉及改进这种类型的结构化催化剂，其中结构化催化剂包含导电材料的宏观结构，所述宏观结构负载陶瓷涂层，其中所述陶瓷涂层负载催化活性材料，并且其中通道在结构化催化剂中形成以用于输送原料气通过催化剂，并且其中至少两个导体电连接到所述结构化催化剂和电源，其中所述至少两个导体在所述结构化催化剂的第一端处连接到结构化催化剂，并且其中所述结构化催化剂被构造成引导电流从一个导体基本上流向结构化催化剂的第二端，并在结构化催化剂第一端返回到所述至少两个导体中的第二个。具有所述类型结构的结构化催化剂具有多个点，其中电流通过催化剂的流动受到限制，因为电流被迫通过具有减小的横截面的狭窄通道，例如在结构化催化剂的第二端，或从一个部分转移到另一部分，例如从一种材料到另一种材料或跨越两个部分之间的界面。这些点(有时称为热点)存在过热的风险，进而会在结构上受损，造成部分或全部失去功能。
[0022]本专利技术基于以下发现：通过使用烧结或氧化处理将第一整料、第二整料和桥接合在一起可以生产催化剂阵列，并且以这种方式生产的阵列具有足够的结构强度可抵抗高达至少1200℃的温度，并改善了电流从第一整料到第二整料的传输，同时降低了热点形成的
风险。这种耐高温性很难通过焊接、钎焊或机械压力等经典连接方法实现，在这些经典方法中，熔化和热膨胀等物理现象分别有可能在高温下破坏或恶化电连接。
[0023]本专利技术提供了一种具有降低形成热点的风险的结构化催化剂，特别是当第二端的电流在返回到第一端之前从结构化催化剂的一个部分流到另一部分时。特别地，在本专利技术的阵列中，阵列由其中形成有原料气通道的两个单独的整料，以及连接两个整料的实心桥组成。与催化剂构造相比，这种实心桥具有增加的横截面积并因此增加了电导率，其中结构化催化剂是通过在整料中形成狭缝(slit)而获得的，该狭缝从第一端延伸一定距离到达第二端，形成仅在第二端连接的整料的两个部分，并且其中两个部分之间的连接因此具有形成在其中的通道并且因此具有减小的横截面积。
[002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】1.一种用于进行原料气的吸热反应的阵列，所述阵列包括结构化催化剂的第一和第二整料，其中：a)第一和第二整料分别包括第一和第二导电材料的宏观结构，所述宏观结构负载陶瓷涂层，其中所述陶瓷涂层负载催化活性材料；b)所述第一和第二整料中的每一个具有形成在其间的多个流动通道，以使所述原料气从第一端通过所述整料输送到第二端，所述原料气从所述第一端进入并且产物气从所述第二端离开，其中所述第一和第二整料的每一个都具有从所述第一端延伸到所述第二端的纵轴；c)所述阵列包括分别电连接到所述第一和第二整料以及电连接到电源的第一和第二导体，其中所述电源的尺寸被设定为通过使电流通过所述宏观结构而将所述第一和第二整料的至少一部分加热到至少500℃的温度，其中所述第一导体直接或间接地电连接到所述第一整料并且所述第二导体直接或间接地电连接到所述第二整料，并且其中所述导体在更靠近所述第一端而不是所述第二端的位置连接至所述阵列；d)通过整料桥导电材料的整料桥将所述第一和第二整料电连接，e)所述阵列被配置为引导电流从第一导体通过第一整料到达所述第二端，然后通过桥，然后通过第二整料到达第二导体，并且f)所述阵列通过包括以下步骤的方法生产：i)以三个独立实体的形式提供第一整料、第二整料和整料桥的导电材料；和ii)通过包括烧结或氧化处理步骤的方法将所述独立实体接合在一起。2.根据权利要求1所述的阵列，其中所述整料桥材料没有任何用于输送所述原料气的流动通道。3.根据权利要求1或2所述的阵列，其中所述整料桥材料是其间没有形成任何空间的材料，所述空间的最小尺寸为0.4mm或更大，优选0.6mm或更大，更优选0.8mm或更大，更优选1.0mm或更大，更优选1.2mm或更大，更优选1.4mm或更大，更优选1.6mm或更大，更优选1.8mm或更大，最优选2.0mm或更大。4.根据前述权利要求中任一项所述的阵列，其中所述烧结或氧化处理导致这样的阵列，其中当使用扫描电子显微镜分析对接合的实体进行图像分析时，在所述第一整料、所述第二整料和所述整料桥之间的先前界面之间没有明显的分离或界面。5.根据前述权利要求中任一项所述的阵列，其中所述整料和所述整料桥的导电材料是相同的材料。6.根据前述权利要求中任一项所述的阵列，其中所述第二导体间接地电连接到所述第二整料。7.根据权利要求6所述的阵列，其中所述阵列进一步包括：(i)结构化催化剂的一个或多个并置的附加的中间整料，和(ii)结构化催化剂的一个端部整料，其中每个附加的中间整料通过整料桥导电材料的整料桥连接到至少两个并置的整料，并且其中端部整料连接到至少一个并置的整料，并且其中第二导体在整料上更靠近所述第一端而不是所述第二端的位置处连接到端部整料。8.根据权利要求7所述的阵列，其中所述附加的中间整料和所述端部整料的总和是偶数，并且其中所述第二导体在所述阵列的第一端处连接到所述端部整料。
9.根据权利要求8所述的阵列，其中所述第一和第二整料通过在所述阵列的第二端的整料桥连接，其中每个附加的中间整料通过在所述第一端和所述第二端交替的整料桥导电材料的整料桥串联连接到两个并置的整料，以便将电流从每个整料的一端引导到相对端，并且其中所述端部整料在第二端连接到一个并置的整料。10.根据前述权利要求中任一项所述的阵列，其中所述第一和第二整料通过在所述阵列的第二端的整料桥连接。11.根据前述权利要求中任一项所述的阵列，其中所述整料桥在从第一和第二整料的第一端至第二端的长度的小于50％、优选40％、更优选30％、更优选20％，最优选10％上延伸。12.根据前述权利要求中任一项所述的阵列，其中所述阵列通过包括以下步骤的方法产生：A)以三个独立实体的形式提供第一整料、第二整料和整料桥的导电材料，其中待连接的表面区域处于可模制状态，B)使所述待连接的表面区域在接触区域中接触，C)通过包括烧结或氧化处理步骤的方法将接触区域接合在一起。13.根据前述权利要求中任一项所述的阵列，其中所述阵列通过包括以下步骤的方法产生：
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提供包含具有第一合金组成的金属粉末和第一可溶性粘合剂的第一整料部件，第一部件具有第一接合表面，
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提供包含具有第二合金组成的金属粉末和第二可溶性粘合剂的第二整料部件，第二部件具有第二接合表面；
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提供包含具有第三合金组成的金属粉末和第三可溶性粘合剂的桥部件，所述桥部件具有两个第三接合表面，在桥部件的每一端各有一个；
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其中第一合金组成以及第二和第三合金组成都由多种化学元素组成，并且其中选择化学元素，使得对于以高于0.5重量％的量存在于各个合金组成中的每种化学元素，所述化学元素包含在第一以及第二和第三合金组成二者中，并且
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对于以至多5.0重量％的量存在于第一合金组成中的化学元素，所述化学元素的量，一方面在第一合金组成中，另一方面在第二和第三合金组成的每一种中，二者最多相差1个百分点，和
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对于以大于5...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：格兰富控股公司，
类型：发明
国别省市：