Способ конверсии дизельного топлива и конвертор для его осуществления

Изобретение относится к области химического машиностроения и может быть использовано в химической, нефтехимической и энергетической промышленностях. Конвертор включает реактор, форсуночную головку для ввода дизельного топлива и кислорода с системой поджига, установленные в верхней части корпуса реактора, систему водяного охлаждения. Причем реактор выполнен в виде камеры сгорания для проведения термоокислительной реакции, совмещенной с щелевым реактором с катализатором для высокотемпературной стадии паровой конверсии дизельного топлива через теплопередающую стенку корпуса камеры сгорания. А также соединены с камерой смешения компонентов синтез-газа термоокислительной и паровой конверсии, которая соединена с камерой подготовки синтез-газа для паровой конверсии оксида углерода, стенки которой выполнены в виде щелевого реактора с катализатором для низкотемпературной стадии паровой конверсии дизельного топлива. На выходе конвертора выполнен канал с рубашкой для смешения дизельного топлива с парами воды, система водяного охлаждения выполнена в виде системы охлаждения форсуночной головки и подачи паров воды в камеру подготовки синтез-газа для паровой конверсии оксида углерода. Изобретение позволяет получить концентрацию водорода в полученном синтез-газе более чем на 10% выше в сравнении с другими известными схемами конверторов.

 

Изобретения относятся к области химического машиностроения, а именно к способам и установкам получения синтез-газа из углеродного сырья. Изобретения могут быть использованы в химической, нефтехимической, энергетической и других смежных отраслях промышленности для переработки углеводородного сырья с получением синтез-газа с высоким содержанием водорода, используемого для энергетических и технологических целей.

Известен «Способ переработки природного газа» (патент RU №2142325, МПК7 C01B 3/38, В01Д 53/00, опубл. 10.12.1999), включающий предварительную паровую каталитическую конверсию углеводородного сырья в адиабатическом конверторе, разложение полученной газовой смеси на стадии паровой конверсии в трубчатом конверторе и последующее доразложение на стадии кислородной конверсии в шахтном реакторе, причем газовую смесь, получаемую после кислородной конверсии, предварительно подают в межтрубное пространство трубчатого конвертора.

К недостаткам данного способа следует отнести наличие большого количества аппаратов и связующих их элементов, необходимость использования специальных передаточных коллекторов от аппарата первой ступени паровой конверсии к аппарату паровоздушной конверсии из-за высокой температуры сред, находящихся в этих аппаратах, обусловленной проведением данного способа.

Известен «Конвертор для двухступенчатой каталитической конверсии» (патент RU №2131765, МПК7 С01В 3/38, В01У 8/06, опубл. 20.06.1999), состоящий из двух ступеней, размещенных в одном футерованном корпусе с реакционными трубами в нижней части, заполненными катализатором для первой ступени конверсии, которые выполнены в виде модулей, а катализаторный слой второй ступени конверсии размещен в верхней части корпуса. Недостатками данного конвертора является низкая эксплуатационная пригодность в виду сложности компоновки конструкции, наличие сложного комплекса деталей потокопроводящих устройств, неэффективное использование внутреннего свободного пространства аппарата.

Известен «Способ и устройство, использующее пластинчатое оформление для нагрева реагента» (патент US №6180846, МПК7 С07С 1/02, В01У 8/02, опубл. 30.06.2001). Способ, включающий стадию первичной паровой конверсии углеводородов, стадию окисления горючих продуктов первичной паровой конверсии углеводородов, стадию вторичной паровой конверсии углеводородов в конверторе, нагрев пароуглеродной смеси и охлаждение продуктов вторичной паровой конверсии углеводородов в теплообменнике. Для осуществления данного способа конвертор включает корпус, устройства ввода обогащенного кислородом воздуха, подвода пароуглеродной смеси и отвода конвертированного газа, насадку, выполненную с помощью гофрированных пластин, образующих прямые каналы, частично заполненные катализатором для первичной и вторичной паровой конверсии углеводородов.

Недостатками данного способа и устройства являются: сложность исполнения, нерациональное проведение нагрева пароуглеродной смеси и охлаждения конвертирования газа в теплообменнике, а также и в конверторе, недостаточное использование тепла конвертированного газа, низкое использование тепла конвертированного газа, осуществление горения конвертированного газа непосредственно в катализаторе для вторичной паровой конверсии углеводородов, что повышает требования к термостойкости материала гофрированных пластин и самого катализатора, возможность образования свободного углерода в каналах, свободных от катализатора, до осуществления первичной паровой конверсии углеводородов, а также на самом катализаторе первичной паровой конверсии углеводородов.

Известен «Реактор для получения синтез-газа» (патент RU №2392227, МПК (2006.01) С10У 3/34, опубл. 20.06.2010), который содержит корпус, образованный двухслойными металлическими водоохлаждаемыми стенками, через внутреннюю полость которых прокачивается вода для охлаждения, горелку для ввода топлива и кислорода или парокислородной смеси, расположенную в верхней части корпуса, патрубок для отвода газа, расположенный в нижней части корпуса. В корпусе выполнены кольцевые коллекторы - один в верхней, другой в нижней части корпуса, причем верхний кольцевой коллектор присоединен к водяной магистрали, а нижний кольцевой коллектор соединен трубопроводом с горелкой. Топливо, кислород или парокислородная смесь и пар из трубопровода поступают в горелку, расположенную в верхней части корпуса. Воспламененная парогазовая смесь поступает в корпус, где происходит реакция образования синтез-газа. Температура внутри реактора в верхней зоне достигает до 3000 К. Полученный синтез-газ выходит через патрубок, расположенный в нижней части корпуса. После прохождения нижней части реактора температура синтез-газа составляет 1200-2400 К. Из водяной магистрали в кольцевой коллектор, расположенный в верхней части корпуса, поступает холодная вода для охлаждения двухслойных металлических стенок реактора, которая по мере продвижения по внутренней полости испаряется и в виде пара поступает в кольцевой коллектор, расположенный в нижней части корпуса, соединенный трубопроводом с горелкой. Конверсия углеводородов в данном реакторе проводится при температуре в реакторе до 3000 K и выше и давлениях до 30 МПа. Данный режим работы реактора предназначен для реализации автотермической конверсии, состоящей в комбинации термоокислительной кислородной конверсии углеводородного топлива и последующей паровой конверсии.

Недостаток такой схемы состоит в том, что для получения высокого содержания водорода в продуктах конверсии (синтез-газа) необходимо стремиться к минимально возможному значению стехиометрического коэффициента α. Однако для получения синтез-газа в данном реакторе в режимах при α<0,4 возможно интенсивное выделение углерода (сажи), особенно на водоохлаждаемой стенке камеры сгорания реактора и в ее пристеночной зоне. Кроме того, при низких значениях α очень трудно организовать устойчивое горение переобогащенной топливокислородной смеси. Увеличение же значений α способствует существенному снижению водорода в синтез-газе, что отражается на значительном уменьшении к.п.д. преобразования химической энергии топлива в полезную работу. Кроме того, при использовании водяного охлаждения стенок камеры сгорания существенно растут потери тепла в систему охлаждения.

Задачей предлагаемого изобретения является получение синтез-газа с высоким содержанием водорода и снижение сажеобразования в конверторе.

Поставленная задача достигается тем, что способ получения синтез-газа при конверсии дизельного топлива (ДТ) осуществляется в конверторе с раздельной подачей ДТ на термоокислительную и паровую конверсии. Часть смеси ДТ с кислородом подают в реактор для проведения термоокислительной конверсии, другую часть смеси ДТ с водяным паром сначала подают в низкотемпературный щелевой реактор для проведения низкотемпературной стадии паровой каталитической реакции конверсии ДТ при температуре 350-500°C и затем направляют в высокотемпературный щелевой реактор для проведения эндотермической стадии паровой каталитической конверсии при температуре 700-1100°С, синтез-газ, полученный в результате термоокислительной и паровой каталитической конверсии, подают в камеру смешения и образовавшуюся смесь направляют в камеру для охлаждения водяным паром до температуры 350-400°C.

Способ конверсии согласно изобретению осуществляется в конверторе для получения синтез-газа, включающем реактор, форсуночную головку для ввода ДТ и кислорода с системой поджига, установленные в верхней части корпуса реактора, систему водяного охлаждения, причем реактор выполнен в виде камеры сгорания для проведения термоокислительной реакции, совмещенной с щелевым реактором с катализатором для высокотемпературной стадии паровой конверсии ДТ через теплопередающую стенку корпуса камеры сгорания, и соединены с камерой смешения компонентов синтез-газа термоокислительной и паровой конверсии, которая соединена с камерой подготовки синтез-газа для паровой конверсии оксида углерода, стенки которой выполнены в виде щелевого реактора с катализатором для низкотемпературной стадии паровой конверсии ДТ, на выходе конвертора выполнен канал с рубашкой для смешения ДТ с парами воды, система водяного охлаждения выполнена в виде системы охлаждения форсуночной головки и подачи паров воды в камеру подготовки синтез-газа для паровой конверсии оксида углерода.

В предлагаемом конверторе процесс термоокислительной конверсии части ДТ, используемый для получения водородосодержащего синтез-газа, выполняет также роль источника тепла для реализации паровой конверсии другой части топлива.

Для исключения появления сажи в продуктах паровой конверсии ДТ этот процесс разделен на две стадии - низкотемпературную, предназначенную для превращения ДТ при взаимодействии с парами воды в метан и его гомологи, и высокотемпературную, сильно эндотермическую стадию, в результате которой из указанных продуктов образуется водородсодержащий синтез-газ. В связи с этим в конверторе предусматривается использование двух реакторов. Первый низкотемпературный реактор располагается в выходной части конвертора. Высокотемпературный реактор совмещен с теплопередающей стенкой камеры сгорания, через которую передается тепло на осуществление второй, эндотермической высокотемпературной стадии паровой конверсии. Стенка камеры сгорания работает при высокой температуре. От этой температуры и от количества тепла, которое утилизируется в щелевом реакторе, зависит расход смеси ДТ с водой, необходимой для реализации паровой конверсии. При этом осуществляется охлаждение теплопередающей стенки и образование дополнительного количества водородсодержащего синтез-газа. Кроме того, в конверторе контур паровой конверсии ДТ выполняет роль регенеративной системы охлаждения стенки камеры сгорания. В этом случае нет необходимости в использовании водяного охлаждения камеры сгорания. Высокая температура теплопередающей стенки в отличие от водоохлаждаемой стенки значительно снижает вероятность образования на ней частиц сажи. Такая схема конвертора позволяет реализацию термоокислительной конверсии при α>0,4, что также способствует снижению выделения сажи и более устойчивому процессу горения переобогащенной топливной смеси.

На рис.1 приведено схематическое изображение конвертора для получения синтез-газа. Конвертор содержит камеру сгорания 1 для реализации термоокислительной конверсии, совмещенную с высокотемпературным щелевым реактором 2, для проведения эндотермической стадии паровой каталитической конверсии, через теплопередающую стенку корпуса 3 камеры сгорания 1 и заключенные в общую наружную теплоизоляцию 4. Камера сгорания 1 и щелевой реактор 2 соединены с камерой смешения компонентов синтез-газа 5. Камера подготовки синтез-газа для паровой конверсии оксида углерода 6, стенки которой выполнены в виде щелевого реактора с катализатором 7 для низкотемпературной стадии паровой конверсии, расположена между камерой смешения компонентов синтез-газа 5 и выходным каналом 8 с рубашкой для смешения и испарения ДТ с водой 9. В верхней части корпуса камеры сгорания 1 расположены форсуночная головка 10 и система водяного охлаждения 11.

Конверсия ДТ для получения синтез-газа осуществляется в конверторе следующим образом.

Часть ДТ совместно с кислородом через форсуночную головку 10, имеющую систему поджига, поступает в камеру сгорания 1 для реализации термоокислительной кислородной конверсии при температуре более 2000°C и стехиометрическом соотношении компонентов не менее α=0,5, что способствует снижению выделения углерода в продуктах сгорания. Вторая часть ДТ для реализации паровой каталитической конверсии вместе с водой подается в рубашку охлаждения 9 выходного канала 8, где происходит испарение и смешение этих компонентов. Полученная смесь поступает в низкотемпературный щелевой реактор 7 для осуществления первой стадии паровой каталитической конверсии ДТ при температуре не выше 500°C. Из этого реактора продукты конверсии подаются на реализацию заключительной эндотермической стадии паровой каталитической конверсии при температурах от 700°C до 1100°C в высокотемпературном щелевом реакторе 2. Синтез-газ, полученный в результате термоокислительной конверсии в камере сгорания 1 и паровой каталитической конверсии после ее завершения в щелевом реакторе 2, поступает в камеру смешения 5. Из нее образовавшаяся смесь направляется в камеру подготовки синтез-газа для паровой конверсии оксида углерода 7, где охлаждается поступающим из системы водяного охлаждения 11 водяным паром до температуры, соответствующей тепловому режиму стенки щелевого реактора 7 в температурных пределах 350-400°C. Полученный таким образом синтез-газ выводится из конвертора через выходной канал 8, отдавая по пути тепло в рубашку 9, на подготовку к низкотемпературной стадии паровой каталитической конверсии ДТ, поступающего с водой в щелевой реактор 7.

При использовании конвертора с раздельной подачей топлива на термоокислительную и паровую конверсии концентрация водорода в полученном синтез-газе выше более чем на 10% в сравнении с другими известными схемами конверторов, где при реализации конверсии ДТ, в реактор поступает все топливо.

Процесс конверсии ДТ в данном конверторе осуществляется при значениях избытка окислителя α≥0,5. В данном случае повышается не только концентрация водорода, но и уменьшается вероятность выделения сажи в продуктах сгорания. Кроме того, при более высоких значениях α существенно улучшаются условия организации процесса горения ДТ.

Реакторы, в которых реализуется паровая конверсия ДТ, в конверторе выполняют роль системы регенеративного охлаждения его внутренних стенок и тем самым исключают необходимость в их охлаждении водой. При этом внутренняя стенка камеры сгорания имеет высокую температуру, которая препятствует выделению на ней сажи, в отличие от водоохлаждаемой стенки с низкой температурой, являющейся одним из источников появления сажи в синтез-газе.

1. Конвертор, включающий реактор, форсуночную головку для ввода топлива и кислорода с системой поджига, установленные на входной части корпуса реактора, систему водяного охлаждения, отличающийся тем, что реактор выполнен в виде камеры сгорания, для проведения термоокислительной реакции, совмещенную с щелевым реактором с катализатором, для высокотемпературной стадии паровой конверсии дизельного топлива, через теплопередающую стенку корпуса камеры сгорания, и соединены с камерой смешения компонентов синтез-газа термоокислительной и паровой каталитической конверсии, которая соединена с камерой подготовки синтез-газа для паровой конверсии оксида углерода, стенки которой выполнены в виде щелевого реактора с катализатором для низкотемпературной паровой конверсии дизельного топлива, на выходе конвертора расположен канал с рубашкой для смешения дизельного топлива с парами воды, система водяного охлаждения выполнена в виде системы охлаждения форсуночной головки и подачи паров воды в камеру подготовки синтез-газа для паровой конверсии оксида углерода.

2. Способ конверсии дизельного топлива, отличающийся тем, что его осуществляют в конверторе по п.1, где часть смеси дизельного топлива с кислородом подают в реактор для проведения термоокислительной конверсии, а другую часть смеси дизельного топлива с водяным паром подают в низкотемпературный щелевой реактор для проведения низкотемпературной стадии паровой каталитической реакции конверсии дизельного топлива при температуре 350-500°C и затем направляют в высокотемпературный щелевой реактор для проведения эндотермической паровой каталитической конверсии при температуре 700-1100°C, синтез-газ, полученный в результате термоокислительной и паровой каталитической конверсии, подают в камеру смешения и образовавшуюся смесь направляют в камеру для охлаждения водяным паром до температуры 350-400°C.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области химии. Для получения газа, содержащего водород и моноксид углерода, источник отгружаемого газа с металлургических процессов трубопроводом соединен с конвертером 7, чтобы по меньшей мере часть отгружаемого газа можно было подвергнуть конверсии CO при добавлении водяного пара с образованием сырьевого синтез-газа.

Изобретение относится к области химии. Метан-водяную смесь разделяют на два потока.

Способ получения синтез-газа для производства аммиака, в котором сырьевой природный газ конвертируют в установке первичной конверсии и в установке вторичной конверсии при давлении по меньшей мере 35 бар; продуктовый синтез-газ на выходе из установки вторичной конверсии охлаждают и подвергают каталитической среднетемпературной конверсии, превращая СО в СО2 и Н2, и ниже по потоку от реактора среднетемпературной конверсии из синтез-газа удаляют диоксид углерода с помощью физической абсорбции.

Изобретение относится к водородной энергетике и может быть использовано для получения водорода. Устройство содержит нижнюю реакционную камеру (1) с гидрореакционной гетерогенной композицией, состоящей из алюминиевой пудры (2) и воды (12), верхнюю камеру (3), сочлененную с нижней камерой (1), которую через заливочное окно (6) заполняют водным раствором кристаллогидрата метасиликата натрия (5).

Изобретение относится к области химии. Горячий водород, образующийся в результате реакции термохимического окисления алюминия водой, пропускают через слой пленки сверхвысокомолекулярного полиэтилена при давлении 1 атм.

Настоящее изобретение относится к системе и способу производства химической потенциальной энергии и может быть использовано в производстве эффективного топлива, которое можно было бы использовать в чистых энергетических процессах, при которых не образуются и не выделяются парниковые газы и другие загрязнители окружающей среды.

Изобретение относится к области химии. Способ получения водорода включает получение синтез-газа в установке парового риформинга углеводородной загрузки, паровую конверсию полученного синтез-газа с получением потока водорода, содержащего метан и диоксид углерода, улавливание диоксида углерода, присутствующего в потоке, улавливание и возврат на паровой риформинг метана, CO и CO2, присутствующих в потоке водорода.

Изобретение относится к области химии. Согласно первому варианту для получения водорода железные стержни изолируют от стенок реактора 1 и подают на них высоковольтный потенциал от трансформатора Тесла 14.

Изобретение относится к способу и установке для получения синтез-газа (S) из твердых частиц (C) углерода, причем указанные частицы (C) углерода получают посредством пиролиза, газификация частиц (C) углерода происходит в результате непрямого нагрева частиц (C) углерода в присутствии технологического газа (P) в том же самом пространстве реактора, где находятся частицы (C) углерода, при этом непрямой нагрев осуществляют с помощью теплового излучения от горелок (Br1-Brn), расположенных в реакторе (1), а синтез-газ (S), образовавшийся во время газификации, выпускают из указанного пространства.

Изобретение может быть использовано для систем подъема затонувших объектов, в средствах дистанционного экстренного перекрытия нефте- и газопроводов, в средствах выброса и распыления специальных жидкостей при нейтрализации аварийных выделений газов и веществ на производствах, приведения в действие различных пневматических устройств, для средств пожаротушения.

Изобретение может быть использовано для систем подъема затонувших объектов, в средствах дистанционного экстренного перекрытия нефте- и газопроводов, в средствах выброса и распыления специальных жидкостей при нейтрализации аварийных выделений газов и веществ на производствах, приведения в действие различных пневматических устройств, для средств пожаротушения.

Изобретение относится к устройствам, в которых происходит сгорание твердого топлива для получения чистого энергетического газа. Газогенератор содержит полый корпус, внутри которого размещены твердотопливный заряд, воспламенитель и фильтр-охладитель, выполненный из газопроницаемого крупнозернистого дисперсного порошка с размером частиц от 0,13 до 0,5 мм.

Изобретение относится к области теплотехники, в частности газогенераторным установкам сухой перегонки органики. Газогенераторная установка содержит систему подачи твердого топлива и систему отвода золы, камеру газификации, колосниковую решетку, фурму с воздуховодом, газоотводный патрубок с газоотводящей системой, систему автоматической подачи твердого органического топлива.

Изобретение относится к аварийным надувным средствам спасения пилота и пассажира при посадке летательного аппарата. .

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в установках для получения газа из твердого топлива с последующим сжиганием в топках энергетических установок.

Изобретение относится к средствам генерации газа для создания рабочего давления, например, для наддува средств спасания, используемых в системах вытеснения, перемещения, отделения, разделения и т.д.

Изобретение относится к области пиротехники и предназначено для функционирования в качестве источника генерируемого при горении пиротехнического заряда газа, который используется для приведения в действие через заданные промежутки времени двух и более исполнительных механизмов.

Изобретение относится к системам генерирования инертной газовой среды с высоким содержанием азота. .

Изобретение относится к области производства катализаторов для химической и нефтехимической промышленности, которые могут быть использованы в процессах превращения спиртов с целью получения удобных и экологически чистых видов энергоносителей и перспективных химических продуктов.

Изобретение относится к области термохимической переработки влажных органических субстратов и к области получения газообразного топлива. Установка для переработки влажных органических субстратов в газообразные энергоносители состоит из последовательно расположенных механического обезвоживающего устройства (7), газогенератора (1), мокрого скруббера (10) и энергогенерирующей установки (13). Между выходом скруббера (10) по жидкому потоку и устройством доочистки (9) расположен анаэробный биофильтр (8), выход которого по газу связан с энергогенерирующей установкой (13). Выход продуктов сгорания из энергогенерирующей установки (13) последовательно связан с сушилкой (5) и теплообменным аппаратом (17). Сушилка (5) установлена между выходом механического обезвоживающего устройства (7) по твёрдой фракции и швельшахтой (2) газогенератора (1). Теплообменный аппарат (17) установлен между аппаратом аэробного гидролиза (6) и дутьевым устройством (4) газогенератора (1). Вход по жидкому потоку анаэробного биофильтра (8) дополнительно связан с жидкостным выходом механического обезвоживающего устройства (7), перед которым размещён аппарат аэробного гидролиза (6). Выход аппарата аэробного гидролиза (6) по газу связан с топкой (3) газогенератора (1). На жидкостном входе скруббера (10) расположен многоходовой управляемый вентиль (14), который связан с жидкостным выходом механического обезвоживающего устройства (7). Управляющее устройство (15) многоходового управляемого вентиля (14) связано с выходом анаэробного биофильтра (8) по газу. Изобретение позволяет максимально полно использовать биоэнергетический потенциал промывных вод и исходного органического субстрата, а также снизить уровень техногенного загрязнения окружающей среды и повысить общий энергетический к.п.д. газогенераторных установок. 1 ил.

Изобретение относится к области химического машиностроения и может быть использовано в химической, нефтехимической и энергетической промышленностях. Конвертор включает реактор, форсуночную головку для ввода дизельного топлива и кислорода с системой поджига, установленные в верхней части корпуса реактора, систему водяного охлаждения. Причем реактор выполнен в виде камеры сгорания для проведения термоокислительной реакции, совмещенной с щелевым реактором с катализатором для высокотемпературной стадии паровой конверсии дизельного топлива через теплопередающую стенку корпуса камеры сгорания. А также соединены с камерой смешения компонентов синтез-газа термоокислительной и паровой конверсии, которая соединена с камерой подготовки синтез-газа для паровой конверсии оксида углерода, стенки которой выполнены в виде щелевого реактора с катализатором для низкотемпературной стадии паровой конверсии дизельного топлива. На выходе конвертора выполнен канал с рубашкой для смешения дизельного топлива с парами воды, система водяного охлаждения выполнена в виде системы охлаждения форсуночной головки и подачи паров воды в камеру подготовки синтез-газа для паровой конверсии оксида углерода. Изобретение позволяет получить концентрацию водорода в полученном синтез-газе более чем на 10 выше в сравнении с другими известными схемами конверторов.

Наверх