Способ смешения природного газа с кислородом

 

Сущность изобретения: смешение природного газа и кислорода для процессов получения ацетилена и технологического.газа осуществляют путем предварительного подогрева исходных газов и подачи их в камеру смешения. Затем заполняют объем камеры смешения равномерно распределенным инертным материалом, величина поверхности которого соответствует значению, рассчитанному по формулам In- 17.3740о 0,02555t для 590°С S t 680°С или п 3,9304-0,00589t для 850°С t 680°C, где V объем газовой фазы в камере смешения, см3; S - поверхность инертного материала, см2; t - температура газовой смеси,°С. 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 07 С 11/24

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4930235/04 (22) 22.04.91 (46).23.04.93, 6юл ЛФ 15 (71) Государственный научно-исследовательский и проектный институт метанола и продуктов органического синтеза (72) М.А.Гликин, АМ;Коваливнич, Б.М.Блох, А.Д.Тюльпинов, И.Н.Викс, К.Б.Скляров и

Н.И.Голоденко (56) Антонов В.Н., Лапидус А,С, Производство ацетилена, M,: Химия, 1970, с.297-310, Постоянный технологический регламент производства ацетилена.,М 51, Северодонецкого ПО. "Азот". 1985, с.15, 16. (54) СПОСОБ СМЕШЕНИЯ ПРИРОДНОГО

ГАЗА С КИСЛОРОДОМ

Изобретение относится к химической технологии, в частности к способам смешения исходных газов в процессах получения ацетилена термоокислительным пиролизом природного газа и технологического газа (смесь монооксида углерода и цодорода) конверсией природного газа с применением кислорода, Целью изобретения является превращение самовоспламенения реакционных газов за счет способа смешения природного газа с кислородом в процессах получения ацетилена и технического газа, заключающегося в том, что исходные газы (природный газ и кислород) предварительно подогревают и подают в камеру смешения. Отличием

„„5U „„1810322 А1

{57) Сущность изобретения: смешение природного газа и кислорода для процессов получения ацетилена и технологического.газа осуществляют путем предварительного подогрева исходных газов и подачи их в камеру смешения. Затем заполняют объем камеры смешения равномерно распределенным инертным материалом, величина поверхности которого соответствует значению, рассчитанному по формулам In — < 17.3740V

0,02555t для 5900С т » 680 С или Ь вЂ” <

S

3,9304-0,00589t для 850 С» t» 680 С, где V объем газовой фазы в камере смешения, см;

S — поверхность инертного материала, см; t—

2, температура газовой смеси, С, 3 табл. з аявляемого способа от известного являет- в ся то, что объем камеры смешения заполня- ор ют равномерно распределенным инертным материалом, величина поверхности которого должна соответствовать значению, рассчитанному по формулам

In — <17,3740-0,02555t для 590 С» t

»680 С или

In — <3,9304-0,00578 t, для 850 С» t a

» 680 С, где V — объем газовой фазы в камере смешения, см;

S — поверхность инертного материала, см;

1810322

t — температура газовой смеси (подогрева исходных газов),ОС.

Особенностью способа является исключение самовоспламенения природного газа в атмосфере кислорода на стадии приготовления гомогенной газовой смесй, что достигают путем введения в объем камеры смешения равномерно распределенного инертного материала с заданной величиной поверхности. При этом не происходит самораэогрев газов в камере смешения на величину температуры, превышающую характеристический температурный интврвал (Т) предвэрывного разогрева, определяемый соотношением

R бв

Е (3) где Т в — температура самовоспламенения смешиваемых газов (абсолютная);

Š— эффективная энергия активации реакций, протекающих при воспламенении газов; а- коэффициент, характерный для данной геометрической формы камеры смешения;

R — универсальная газовая постоянная.

Обнаружено, что снижение отношения

SV, т.е. увеличение величины поверхности инертного материала, на любую величину позволяет исключить самовоспламенение при критической температуры и ниже ее, Такой эффект, по-видимому, можно обьяснить качественным изменением смешиваем ых газов, обусловленным как предпламенными реакциями, так и процессами теплоотвода.

В качестве инертного материала используют насадку, выполненную в виде упорядоченной системы колец, полос, стержней, труб, а также сферическую насадку и др, представляющей собой пространственную равнодоступную решетку, Пример 1; Иллюстрирует применение инертного материала для исключения само воспламенения природного газа в смеси с кислородом в статических условиях.

Опыты по смешению природного газа с кислородом проводили в кварцевом термостатированном реакторе обьемом 130 см, снабженном регулируемым электрообогревом, по известной методике. Для опытов использовали природный. газ, в котором содержание гомологов метана составляет 8-9 об. Газовая смесь, полученная смешением этого природного газа с кислородом, имела следующий состав, об. : СпН п+

63,9 (в т.ч. 5,2 об, гомологов метана); 02

34,0; СО 0.2; Hz 0,6;N2 1,3, Измерения показали, что данная смесь имеет температуру самовоспламенения ting 570 1 С с периодом индукции при указанной t«, равным

3,4-3,7 с, щей стали Х18Н1ОТ шириной 0,2 см и толщиной 0,09 мм и провели опыты по определению условий вэрывобеэопасного осуществления процесса смешения природного газа и кислорода при температурах 588-850 С

Результаты осуществления опытов и

V значения величин —, полученных по заявляS емым зависимостям, приведены в табл.1.

Пример 2. Иллюстрирует влияние на условия самовоспламенения смеси природного газа с кислородом каталитически активной поверхности, Опыты осуществлялись в условиях примера 1, но в качестве насадки используют рввнодоступно расположенную спираль, изготовленную из стальной проволоки (ст,3) диаметром 0,6 мм, 20

Последующие опыты провели при температурах 571-599 С, Результаты осуществления опытов приведены в табл,2, Пример 3. Иллюстрирует влияние

35 материала поверхности насадки на стабильность смеси природного газа с кислородом, Для опытов испольэовали проточный смеситель, аналогичный используемому в примере 1, но снабженный выходом с йробоотборным устройством. Опыты по определению условий воспламенения природного газа с кислородом проводили по известной методике, но в проточный смеситель помещали поочередно равнодоступ45 но насадку из следующих материалов: сталь

X18H10T (no примеру 1), сталь 3 (по примеру

2), кольца из кварцевых трубок диаметром

6-8 мм. Средний состав газовой смеси, определенный через 0,5 с пребывания в сме50 сителе природно .; газа и кислорода при температуре 800 С и соотношении — =1 см, о

S представлен в табл.3.

Как следует из табл.1 температуры са55 мовоспламенения той же смеси увеличилась, а период индукции уменьшился в соответствии с уравнениями, полученными для средних значений тинд тинд=79,80-12,18 Int для

590 С < t (680ОС

После этого в объем реактора помещали равнодоступную насадку в виде равномер"0 но навитой спирали из полоски нержавеюСинд=9,144-1,346 Int для

680оC, < t (850оC в свободной камере. Для исключения воспламенения смеси при данной температуре {см.опыты 2,5,8,11,14,17) достаточно увеличить поверхность насадки, распределенной в объеме реактора сверхрасчетной по заявляемым зависимостям (см. опыты

3,6,9,12,15,18).

Из табл.2 видно, что использование каталитически активной поверхности (ст,З) в качестве насадки при равных значениях соV отношения — для инертного материала

S (ст,Х18Н10Т) приводит к существенному снижению температуры самовоспламенения смешиваемых газов, Кроме того при значительном увеличении поверхности насадки из ст.З в объеме реактора температура самовоспламенения увеличивается незначительно. Если в опытах примера 1 ее удалось повысить с 588 до 850 С, то в опытах примера 2 (при более существенном увеличении поверхности насадки до 6%) температуру самовоспламенения повысили лишь с 571 до 599 С, Оба эти факта показывают, что механизм влияния кэталитически активного материала на предпламенные реакции, по-видимому, имеет двойственный характер; с одной стороны происходит теплоотвод из газового объема к поверхности насадки, а с другой — каталитическое увеличение этой поверхностью скорости реакций, приводящих к предвзрывному разогреву.

Кроме того наряду с этими конкурирующими процессами, необходимо учитывать и третий процесс — разбавление исходной горючей смеси продуктами реакции, Инициируя химические процессы в смешиваемых газах, приводящие к разбавлению смеси углеводородов с кислородом, каталитически активная насадка делает их менее горючими„не способными к воспламенению, изменяет качественный состав сырья для технологического процесса.

Результаты опытов, приведенные в табл.3, показывает, что в опытах 1,2,3,4 и 6 материал насадки не влияет на однородность перемешивания (отношение

OzKC>H2 +z=0,59-0,62, что соответствует требованиям, предъявляемым технологией для такой смеси). Влияние материала насадки из ст.Х18Н10Т и кварца на стабильность состава углеводорода при высокой до 800 С температуре (см.опыты 3 и 4) незначительно и не обнаруживается влияние насадки из указанных материалов на процессы окисления {см.опыты 4 и 6). При аналогичных условиях насадка из стали 3, не допустив самовоспламенения.смеси, существенно повлияла и на стабильность углеводородов

{см.опыт 5 — количество непредельных угле5 водородов резко возросло), и на скорость реакций окисления (см.опыт 5).

Следовательно для исключения воспламенения смеси природного газа и кислорода при использовании насадки из ст.3

10 требуется значительно большая поверхность, чем поверхность, полученная для соотношения — по заявляемой зависимости (см.опыты 3,7, 11 таблицы 2).

Таким образом использование инертно15 го материала в качестве насадки, а не каталитически активного, позволяет осуществить надежное (без взрывов) смешение природного газа и кислорода, предварительно подогретых до 650-850 С, при

20 сохранении стабильности получаемой газовой смеси, Использование такой смеси в реакторе окислительного пиролиза позволит повысить содержание ацетйлена на выходе из реактора в газах пиролиза до 9-9,3

25 об,%, вместо 7,5-8,0 об. (по прототипу), увеличить годовой пробег действующих установок за счет устраненйя количества аварийных остановок из-за . самовоспламенения реакционных газов, а

30. также уменьшить величину используемой поверхности насадки и, соответственно, увеличить полезный объем камеры смешения, а также сохранить практически неизменным состав углеводородов при

35 смеШении.

Формула. изобретЕния

Способ смешения природного газа с кислородом в процессе получения ацетилена и технологического газа, включающий

40 предварительный подогрев исходных газов и подачу их в камеру смешения, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью предотврэщения самовоспламенения реакционных газов, объем камеры смешения заполняют равно45 мерно распределенным инертным материалом, величина поверхности которого соответствует значению, рассчитанному по формулам

In — <(17,3740-0,02555)t, для

t=590...680 С или ln — < 3,9304-0,00578 t, для

Ч

t=680...850 С.

55 где Ч вЂ” объем газовой фазы в камере смешения, см,;

S — плошадь поверхности инертного материала, см,;

t — температура газовой смеси, С.

1810322 оо" с

e X

eel се Р .с .р e r а CO

О Ф 3 о,- и т х о Ф зЯ ай о а®

I- CO с« о фу

Я

Ф v

О.S S

Ф С о

-ДФт

co S eccI аs

ОЗ -er аФЕ Ф Фф r co с 2 с „ о,,„

Ф

О сс

m фовД

С О 7

z и

S а сО

z c

63 X

l- e

Jl c с о щ с

e cl

Ф а

3 CO асо е

I» e

ÄX

1 я в

3 сч

Ц(X V и с е ъ ю о Ф . сч Ф

l»

0 о

1 еб

С»

Щ

L о с о

>)cn е

X

Ф т

Щ

cCJ Я Р

-к

„ Ф Cg

ta r- e доз

v и X

Ф Ф

ИФ> у Ф й

Ф

Я

Ф «5 Оо

3 «:с

О CO . Ф

Е Фо О> в Я

Ь х о

* v

Iceõ

z v

SS O с

2l 3 о"

О

М

I о

I» о

С ( о

О.

О. с

3 и

Ф

z т Ф

X о z

OI3 О.

Ф

ev g

«5 3

Z IЧ-" Ф о с

М ф

T с

1- О с5 .й о

I»

О х

I хех

З

S о

X х

О. о с с (2 .

+ i + + 1 + i i + i i + соо о«о о о сч ccI oo c«Ig gcg go соево е- со«ов в оо оо оо оо ее

«О«О СОСО lAlll ЭЭ ВВ t l

e e эв т т e e et & « > е

e e в в сч ni оо о о о о

ЯЯ о о оо о о о о о о о о в о о э

Я - î g е ъ о о « î 3 r» g î со со со «о е- о со в в т о е в еэ е с

00в«о овсчсч«ч 0000000 в сч со со,т в э ev 3 о в о 3 се. ë ë е о о о - о с ? " . .. о "? 0 . О в в . к тсо осчсч сососо счсчсч ХN«)N - -счсчсч9 — -сч

« " " «О О Е ) «) «") ICI О В аО «О СО сче,,«св«ое«оэо ечс wв«с е-со

1810322

Таблица

Влияние поверхности каталитически активного материала (ст. 3) на самовоспламенение смеси природного газа с кислородом (давление атмосферное) Примечания результат наблюдения:

+ -взрыв — - нет взрыеа

Период индукции. с

Температура газовой смеси, ОС

Длина ме- таллической проволоки, см

Отношение

â€, эадаваеS мое в опыте, см

Опыты

2.7-2,9

2.7-2 9

15,4

15,4

10,5

10.5

2.2-2,6

2.2-2,6

7,8

7,8

Т э б л и ц а 3

Влияние условий на стабильность смеси природного газа с кислородом

Составитель A,Коваливнич

Техред M.Моргентал КоРРектоР Н. Ревская

Редактор

Заказ 1418 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

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

3

5

7

9

11

92.00

92.00

- 94.76

97,52

138,00

138,00

142.14

146.28

276,00

276,00

284,28

292.56

7.50

7,50

7,28

7,07

5,00

5,00

4.85

4,71

2,50

2,50

2,42

2,Э5

Значение —.

Ч

S исключающее воспламенение при

Ткв. согласно заявляемой зависимости, см

571

573

573

573

586

586

588

588

597

599

599

599

В опытах 3, 7, 11 величина поверхности насадки увеличена на 37,.

В опытах 4,8, 12 величина поверхности насадки увеличена на 61 .