Способ автотермической каталитической конверсии углеводородного газа

 

Изобретение относится к способу получения контролируемой по составу и свойствам восстановительной атмосферы и может быть использовано в технологических процессах химико-термической обработки деталей машин и для восстановления металлов из окислов в порошковой металлургии. Для осуществления способа автотермической каталитической конверсии производится сжигание исходного газа при коэффициенте избытка воздуха 3-5, смешение продуктов сгорания с исходным газом и воздушная конверсия полученной смеси. Для снижения затрат газа температуру продуктов сгорания перед стадией смешения с исходным газом поддерживают равной 470-646°С, а коэффициент избытка воздуха на стадии конверсии определяют по формуле α<SB POS="POST">общ</SB>=941-T/1147, где α<SB POS="POST">общ</SB> - коэффициент избытка воздуха, T - температура продуктов сгорания, °С. Применение данного способа обеспечивает минимальные удельные затраты углеводородов при максимальном проценте конверсии углеводородного газа. 4 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (}9) (И) (51,)5 С 01 В 3/38

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НСМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

П И ГКНТ СССР (21) 4336368/31-26 (22) 30,11 ° 87 (46) 30.04.90. Бюл. К- 16 (71) Институт газа АН УССР (72) Ю.Г.Праженник, Ю,В,Марчук, Б.И.Бондаренко, В.Б,Акименко и А,Ф.Чумаков (53) 661.961.361(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И - 1162476, кл, В 01 J 8/00, 1985. (54) СПОСОБ АВТОТЕРИИЧЕСКОЙ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ КОНВЕРСИИ УГЖВОДОРОДНОГО ГАЗА (57) Изобретение относится к способам получения контролируемой по составу и свойствам восстановительной атмосферы и может быть использовано в технологических процессах химикотермической обработки деталей машин . и для восстановления металлов из окислов в порошковой металлургии.

Изобретение относится к технологии автотермической конверсии углеводородных газов, используемый для генерирования контролируемой по составу и свойствам содержащей водород восстановительной атмосферы в технологических процессах химико-термической обработки деталей машин и для восстановления металлов из окислов в порошко вой металлургии, Цель изобретения — снижение затрат природного газа.

Пример, Эксперименты были проведены на опытно-промышленном реакторе АВК-150 производительностью

150 нм конвертированного газа в 1 ч.

Реактор имел камеру горения со

Для осуществления способ" автотермический каталптической конверсии производится сжигание исходного газа при коэффициенте избытка воздуха 3-5, смешение продуктов сгорания с исходным газом и воздушная конверсия полученной смеси. Для снижения затрат газа температуру продуктов сгорания перед стадией смешения с исходным газом поддерживают равной 470-646 С, а коэффициент избытка воздуха на стадии конверсии определяют по формуле

941-1: — где a — коэффициент одц 1 147 оЕц избытка воздуха; t — температура проо дуктов сгорания, С. Применение данного способа обеспечивает минимальные @ удельные затраты углеводородов при максимальном проценте конверсии углеводородного газа. 4 табл. С:

Ъ

Рай

Сп встроенными в нее коническим перфори- ©1 рованным стабилизатором и цилиндри- (ф ческим перфорированным рассекателем, ф выполненными из жаропрочной стали мар- и ки 12Х18Н10Т по ГОСТ 7350-77. Наруж- @ ный диаметр камеры горения 100 мм, длина 270 мм. Камера катализа была размещена в нижней части реактора и содержала герметичный корпус, выполненный из листовой стали марки

Ст.3 толщиной 5 мм, с наружным диаметром 870 мм С внутренней стороны 3 корпуса была расположена футеровка толщиной 230 мм, выполненная в виде кладки из шамотного кирпича. Внутренний диаметр камеры катализа составлял

400 мм- длина 905 мм. В нижней части

1560466

0,25 0,27

646 620 камеры катализа был размещен патрубок для вывода конвертированного газа, в днище — патрубок для выгрузки катализатора, Объем камеры катализа составлял 0,2 м и был заполнен серийно выпускаемым никелевым катализатором конверсии марки КСН-4 по ТУ603-401-77. К верхней части камеры горения были присоединены патрубок для подачи воздуха и патрубок для подачи первичного газа, снабженный сопловой насадкой, между камерой горения и камерой катализа был размещен ввод вторичного газа, 5

Эксперименты проводили по следующей методике. В камеру горения подавали весь воздух, необходимый для конверсии, и часть природного газа (пер-: вичный газ), смесь поджигали в каме- 20 ре горения и, регулируя расход венти.— . лем первичного газа, обеспечивали заданное значение t (температуры в нижней части камеры горения). Величину t измеряли при помощи термопары 25

ХА и вторичного прибора КСП-4. После стабилизации температур в слое катализатора (также измеряемых термопарами ХА), подавали вторичный газ с таким расходом, чтобы отношение общих расходов газа и воздуха в реактор соответствовало заданному значению с(. Повторно выжидали стабилизации

pÁí) температур в слое катализатора и измеряли общие расходы газа и воздуха, I

Путем обработки этих результатов (40 по методу наименьших квадратов получена следующая эмпирическая зависи-; мостьь

941-е

d = — —--1177

Опыты первой серии (табл.1) показали, что нормальное протекание процесса конверсии имеет место в пределах 470 С 4 646: С.

Из табл,2 видно, что процент конверсии равен выходу продуктов конверсии на единицу затраченного сырья и для каждой выбранной величины существует минимум удельных затрат, соответствующий определенной температуре.

Удельные затраты углеводородного газа рассчитаны как затраты исходного метана на единицу готового продука также состав конвертированного газа, Средняя продолжительность одного опыта составляла 4-5 ч. Анализ состава газа проводили на серийном хроматографе ЛХМ-8МД, Проведено две серии опытов, В первой серии при постоянных значениях общих расходов газа и воздуха (о(= 0,33) изменяли величину t путем изменения расхода первичного газа (величину этого расхода не измеряли вследствие отсутствия необходимости в этом), Результаты приведены в табл.1.

В результате первой серии опытов установлено, что нормальное протекание процесса автотермической воздушной конверсии имеет место в интервале 470 t 4646 С.

Во второй серии при каждом иэ пяти заданных значений величины t устанавлива. вали пять заданных значенийс(,б (изменением расходавторичного газа). По составу конвертированного газа рассчитывали процент конверсии (П„) как отношение количества прореагировавшего метана к исходному количеству, т.е. к поданному в реактор общему расходу га за, Результаты прив едены в табл.2.

По результатам второй серии для каждого значения с(< = const выбра.обц но оптимальное значение величины t, соответствующее П„= шах. Эти величины составляют: г

Оь32 Оь36 0,40

570 520 470 .т та (прореагировавшего ме гана) и приведены в табл.3: (СН ) исх ,(СН ) (СН,)P и, следов ательно, 100 (СН ) À П„

Данные для сравнения, характеризующие известный способ, получены в сопоставимых условиях: на опытно-промышленном реакторе АВК-150 производительностью 150 мнз/ч конвертированного газа с камерой катализа объемом

0,2 м, заполненной катализатором

КСН-4 . Методик а пров едения эк сперимента соответствовала методике известного способа, Проведено 5 опытов при общих коэффициентах расхода воздуха, равных значениям d б из табл.3. Результаты

15604 6

941-г. е !!77

Т аблица 1

Зависимость состава конвертированного газа от величины t

Значение

tt c

Содержание в сухом газе, об.

Примечание

450 7,2 5,4 12,6 5,0

470 3 5

520 3,0

570 2,8

620 . 3,1 .646 3,6

670

12,9 28,6 1,7

13,6 29,2 1,4

14,0 30,1 1,0

l3 1 28,5 1,5

12,7 28,4 1,8

Горение в месте ввода вторичного газа

Таблица 2

Зависимость процента конверсии (П„) от величины и общего коэффициента расхода воздуха .(o ) о ц

96,2

96,0

95,7

94,1

93,0

646

77,6

78,0

78,1

79,0

79,5

89,6

91,1

93,4

91,3

90 1

79,2

79,8

80,3

81,5

80,0

94,3

95,8

94,0

93,6

92,9

Таблица 3

Покаэател

0,25 0,27 0;32 0,36 0,40

570 520 470

93,4 95,8 96,2

1,0? 1,04 1,04

t, С

Ж (СП,) у

646

79,5

1,26

81,5

1,23

Э опытов, характеризующие известный способ, приведены в табл.4.

Сопоставление результатов, приве- . денных в табл,3 и 4 при соответствую1

5 щих значениях д(показывает, что оба применение предлагаемого способа взамен известного сокращает удельные за траты углеводородного газа в зависимости от режима работы на 3-147., 1О

Формула изобретения

Способ автотермической каталитической конверсии углеводородного газа, включающий сжигание исходного газа с коэффициентом избытка возду0 б ха, равным 3-5, смешение продуктов сгорания с исходным газом и конверсию полученной смеси, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения расхода углеводородного газа, температуру продуктов сгорания, перед смешением поддерживают равной 470646 С, а исходный газ на смешение подают в количестве, соответствующем расходу вохдуха, определяемому по формуле где о — расход воздуха; — температура продуктов c r a p aо нияу С ei

69,8 Катализатор не восстановлен

53 3

52,8

52,1

53,8

53,5!

560466

Т аблица 4

Показатель

0,25

0 27 0 32 0 36 0 40

Составитель А, Лобановская

Техред Л. Серд)окова Корректор М. Кучерявая

Редактор А,Огар

Заказ 947

Тираж 409 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям н открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул. Гагарина, 101

77,1

1,30

78,0

1,28

8I 7

1,22

88, 2 91,4.

1,13 1,09