Устройство генератора синтез-газа



Устройство генератора синтез-газа
Устройство генератора синтез-газа

 


Владельцы патента RU 2535121:

Общество с ограниченной ответственностью "ВТР" (RU)

Изобретение относится к устройству переработки газового углеводородного сырья для получения синтез-газа. Устройство содержит узел подвода исходных компонентов - окислителя и углеводородного газа, узел охладителя, смеситель образования реакционной смеси, камеру горения в виде цилиндрического канала, корпус которой имеет охлаждающий тракт, дополнительные стенки-перегородки с охлаждающим внутренним проходным трактом, связанным с охлаждающим трактом корпуса камеры. Узел подвода исходных компонентов имеет емкость для смешения воздуха с кислородом и водяным паром, смеситель образования реакционной смеси размещен в узле подвода исходных компонентов и соединен с камерой горения через теплообменник, связанный с узлом вывода целевого продукта, а узел охлаждения состоит из компрессора и линии подвода исходного углеводородного газа к охлаждающему тракту. Обеспечивается повышение качества целевого продукта при одновременном снижении физических параметров генератора. 2 ил.

 

Предлагаемое техническое решение относится к области органического синтеза, а конкретно к устройствам и технологии переработки газового углеводородного сырья в синтез-газ (nH2+СО), для целевого использования в различных отраслях.

Основным и широко применяемым способом получения синтез-газа является метод высокотемпературного парциального окисления углеводородных газов техническим кислородом или кислородом воздуха при давлениях 0,2-10,0 МПа и расходе кислорода 0,2…0,4 от стехиометрии (1,0), реализуемый в высокотемпературных реакторах - генераторах синтез-газа.

Так, известен высокотемпературный реактор (конвертор) углеводородных газов для получения синтез-газа по методу парциального окисления, описанный в патенте США №4582630.

В этом патенте заявлена комбинированная схема получения синтез-газа, сочетающая трубчатую печь парового риформинга части природного газа, параллельно с ней работающую камеру сгорания остальной части метана при недостатке кислорода и замыкающий схему шахтный реактор вторичного парового риформинга потоков из трубчатой печи камеры сгорания. Камера сгорания и шахтный реактор могут выполняться в одном корпусе, и реализуется схема прямого однокорпусного тандема. В этом патенте в сочетании с очень широким диапазоном давлений и температур (мольных отношений O2 /С), в привязке к нормальным условиям (одна атмосфера и ноль градусов Цельсия), заявлены времена пребывания конвертируемых компонентов в камере сгорания в диапазоне 0,001…100 секунд. При пересчете заявленных времен пребывания на диапазон давлений 0,2…10,0 МПа и температур 1000…1800°C фактические времена пребывания составят примерно 0,0025…250 секунд.

Недостатком этого устройства является громоздкость установки вследствие использования большого количества стационарных малопроизводительных агрегатов. В материалах патента нет решений, эффективных в области времен пребывания <0,1 с, когда процессы парциального окисления являются термодинамически частично неравновесными и решающее значение приобретает организация начального смесеобразования, определяемая конструкцией и режимом работы смесительного элемента.

Наиболее близким аналогом, взятым нами за прототип, является устройство - генератор синтез-газа по патенту РФ 2266778 от 10.04.2005 г. В этом патенте заявлена схема модульного генератора синтез-газа, также работающего по методу парциального окисления углеводородных газов кислородом воздуха при номинальном давлении в 0,2…10,0 МПа и расходе кислорода или воздуха 0,2…0,4 от стехиометрии (1,0). Устройство включает в себя узлы подвода исходных компонентов и охладителя, смеситель для образования реакционной смеси. Основой предложенной конструкции генератора синтез-газа является типовой модуль камеры сгорания с производительностью по углеводородному газу в пересчете на метан в пределах 0,375…3,75 тонн в час. Генератор синтез-газа включает от двух до нескольких десятков модулей камер сгорания, скомпонованных в вертикальные или горизонтальные пакеты с общим охлаждающим корпусом и общим выходным газовым коллектором. На входе в камеру сгорания модуль содержит смеситель для компонентов реакционной смеси. Камера горения представляет из себя прямоточный цилиндрический канал.

Данный генератор имеет следующий существенный недостаток. Его конструкция не обеспечивает полноту смешения исходных компонентов реакционной смеси, т.к. смешение их происходит в смесителе, являющемся входной частью реактора горения. В результате смесь, попадая в камеру, мгновенно воспламеняется, а поскольку скорость горения несравненно выше скорости смешения, происходит большое сажеобразование. Это приводит к необходимости при получении чистого синтез-газа использования дополнительных очистительных агрегатов. Кроме того, большие линейные размеры каждого модуля, определяемые временами завершения реакций в камере горения, обуславливают высокую удельную массу реактора на единицу перерабатываемого сырья и необходимость наличия больших производственных площадей.

Целью заявляемого технического решения является разработка конструкции устройства, обеспечивающего полноту реакций за время пребывания исходного сырья в реакционной зоне камеры горения, а также снижение удельной массы реактора на единицу сырья.

Указанная задача была решена путем оборудования генератора смесителем, вынесенным из камеры горения, и установкой в камере дополнительных профильных перегородок, превращающих реактор в многоходовую камеру.

Сущность заявляемого генератора для получения синтез-газа, работающего по методу парциального окисления углеводородных газов кислородом воздуха при давлении в камере реактора не менее 0,2 МПа, заключается в том, что он содержит выделенные отдельные узлы для подвода исходных компонентов. Узел приготовления и подвода окислителя включает аппарат для обогащения воздуха чистым кислородом, компрессор и смеситель обогащенного воздуха с водяным паром. В материалах заявки - это смеситель А. Обогащенный кислородом воздух и водяной пар подаются в переднюю часть смесителя. Перемешивание компонентов на молекулярном уровне происходит при движении газовой смеси вдоль оси смесителя по лабиринтному тракту, представляющего собой цилиндрический канал, разделенный перегородками. Такой смеситель обеспечивает полное перемешивание компонентов, достижение постоянных концентраций и температур по сечению потока на выходе из смесителя. Узел подготовки и ввода углеводородного газа (УВГ) состоит из смесителя окислителя и УВГ - это смеситель Б, и пристыкованного к нему теплообменника, предназначенного для разогрева готовой реакционной смеси теплом целевого продукта, поступающего из реактора. Эффективность смешения для достижения полной гомогенизации обеспечивается в смесителе Б за счет ступенчатого подвода парокислородовоздушной смеси в поток углеводородного газа, это приводит к постепенному, ступенчатому увеличению концентрации парокислородовоздушной смеси в углеводородном газе. Такая конструкция смесителя Б позволяет избежать появления в смешиваемом объеме областей, концентрация кислорода воздуха в которых будет выше концентраций самовоспламенения при данной температуре. Узел охлаждения состоит из подводящего УВГ трубопровода, компрессора и пропускного тракта в стенках устройства, выполняющего функции рубашки охлаждения. Реактор горения выполнен в виде цилиндрической камеры, стенки которой имеют пропускной тракт для охлаждения. В реакторе установлены дополнительные перегородки в виде стенок также с пропускным трактом. Рабочий объем камеры, разделенный перегородками - стенками, - образуют несколько условных зон, через которые реакционная смесь проходит последовательно. Поэтому такая камера в отличие от прямоточной является многоходовой. Количество устанавливаемых внутренних перегородок может варьироваться от потребности создания одной или несколько реакционных зон для обеспечения необходимого времени протекания реакции. При этом габариты камеры, определяемые в зависимости от скорости прохождения реакционной смеси вдоль стенок камеры, подобраны таким образом, чтобы обеспечить время пребывания смеси в зоне в пределах 2…10 сек, необходимое для протекания химических реакций до термодинамического равновесия. Для обеспечения заданного температурного режима реакционного процесса корпус генератора и стенки многоходовой камеры снабжены пропускным трактом (рубашками) с зазором до 5 мм, достаточным для прохода охлаждающего теплоносителя, в качестве которого используется исходный углеводородный газ (УВГ), выполняющий в этом случае роль теплоносителя.

Достигаемым техническим результатом от осуществленных конструктивных решений в газогенераторе синтез-газа является повышение качественных показателей целевого продукта при одновременном снижении его физических параметров (габариты, вес, производственные площади).

Установка работает следующим образом (фиг.1). Окислитель готовят смешением воздуха, предварительно обогащенного кислородом, с водяным паром. Воздух поступает в аппарат обогащения воздуха кислородом 1, затем кислородно-воздушная смесь по магистралям поступает на компрессор 2, а затем в смеситель A - поз.3, в который также подается водяной пар. В смесителе A образуется парокислородно-воздушная смесь, которая затем поступает в смеситель Б. Все линии подачи оснащены датчиками температуры, давления и расхода, контролирующими параметры смеси в магистралях. Исходное сырье - углеводородный газ (УВГ) - подается компрессором 4 в охлаждающий тракт 5 - рубашку реактора 6. Проходя через охлаждающий тракт реактора и стенок-перегородок камеры 7, УВГ забирает тепло прореагировавшей смеси, охлаждая ее, нагреваясь до температуры порядка 300°C, затем он поступает в смеситель Б - поз.8. В смесителе Б образуется готовая реакционная смесь углеводородного газа и паро-кислородно-воздушного окислителя. К смесителю Б пристыкован теплообменный аппарат 9, в котором происходит повышение температуры реакционной смеси до 500…600°C за счет теплоотдачи от целевого продукта с целью снижения его температуры.

Пройдя теплообменный аппарат 9, смесь через антипроскоковую решетку 10 поступает в первую зону реактора горения. Первоначальное воспламенение смеси происходит при помощи запальной камеры 11, на основных режимах работы обеспечивается самовоспламенение горючей смеси во фронте пламени.

Заявляемый газогенератор устроен следующим образом (фиг.2): Реактор выполнен в виде набора коаксиальных цилиндров с внутренними перегородками 12, которые разворачивают поток и тем самым обеспечивают многоходовость камеры. Корпус 13 выполнен из стали в виде цилиндрической двустенной оболочки с зазором 2…5 мм, внутри которого размещена камера сгорания 14, в виде прямоточной цилиндрической камеры, разделенной перегородками 12 на несколько зон. Камера сгорания, также как и корпус реактора, выполнена в виде двустенной оболочки с зазором 2…5 мм, предназначенной для прохода охлаждающего компонента.

Для обеспечения равномерной подачи реакционной смеси из коллектора 15 в зону горения, а также для предотвращения забрасывания пламени в полость теплообменного аппарата служит форсуночная головка 10 (антипроскоковая решетка).

Начальное инициирование процесса горения происходит при помощи запальной камеры, форс пламени от которой подается через штуцер 11.

Реактор имеет наружное проточное регенеративное охлаждение, при котором осуществляется проток углеводородного газа по тракту, образованному между внутренней и наружной оболочками корпуса реактора, а также камеры сгорания, пройдя через которые газ поступает в зазор между огневым 16 и промежуточным 17 днищем форсуночной головки, а затем через штуцер 18 отводится в смеситель Б.

Основные габариты реактора горения (диаметр и длина) определяются по выбранной скорости прохождения и времени пребывания. С учетом опыта работы агрегатов-аналогов в смежных отраслях промышленности и задачи обеспечения полноты прохождения реакций рекомендуется обеспечить время пребывания газа в реакторе не менее 2 с и скорость протекания газа по каналам реактора не менее 2…10 м/с.

Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет создавать генератор синтез-газа без использования агрегатов очистки газа от сажи, кроме того, используемая конструкция обусловливает меньшие по сравнению с аналогами массогабаритные характеристики генератора, что обеспечивает его мобильность. Организация процесса, сочетающая идеальное смешение потоков горючих и окислительных компонентов с последующим подогревом до температуры, близкой к температуре самовоспламенения смеси, обеспечивают увеличение скорости прохождения химических реакций и высокий удельный выход целевых продуктов (СО и Н2) на единицу сырья.

Генератор синтез-газа, содержащий узел подвода исходных компонентов в виде окислителя и углеводородного газа, узел охладителя, узел вывода целевого продукта, смеситель образования реакционной смеси и камеру горения в виде цилиндрического канала, корпус которой имеет охлаждающий тракт, отличающийся тем, что в камере установлены перегородки с охлаждающим трактом, связанным с охлаждающим трактом корпуса камеры, узел подвода исходных компонентов имеет емкость для смешения воздуха с кислородом и водяным паром, при этом смеситель образования реакционной смеси размещен в узле подвода исходных компонентов и соединен с камерой горения через теплообменник, который связан с узлом вывода целевого продукта, а узел охладителя состоит из компрессора и линии подвода исходного углеводородного газа к охлаждающему тракту.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ совместного производства метанола и аммиака из исходного углеводородного сырья осуществляют посредством следующих этапов.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности и в энергетике. На стадии 12 получают синтез-газ 50, содержащий по меньшей мере CO и H2 и имеющий первую температуру по меньшей мере 900 °C, посредством реакции углеводородного сырья с кислородом.

Изобретение относится к области нефтехимии и может быть использовано для синтеза метанола, диметилового эфира, углеводородов по методу Фишера-Тропша. Метансодержащее сырьё подвергают окислительной конверсии при температуре 650-1100°C в лифт-реакторе.

Изобретение относится к катализаторам, используемым в реакции паровой конверсии диметоксиметана, а именно к катализатору для получения обогащенной по водороду газовой смеси взаимодействием диметоксиметана и паров воды.
Изобретение относится к способу эксплуатации коксовой печи. Согласно способу возникающий в процессе коксования коксовый газ в виде полезного газа подается на материальную переработку, при этом от коксового газа отделяют водород, а для создания части необходимой для процесса коксования тепловой энергии в качестве горючего газа подается синтез-газ, который получают из ископаемого топлива посредством процесса газификации, при этом в качестве горючего газа используют первую долю полученного синтез-газа, при этом дополнительную долю полученного синтез-газа используют для дальнейшего синтеза с отделенным от коксового газа водородом.
Изобретение относится к катализаторам, используемым для получения водорода или синтез-газа для химического производства в процессах парциального окисления, парового реформинга и автотермического реформинга углеводородного сырья.

Изобретение относится к способу и устройству для конверсии моноксида углерода и воды в диоксид углерода и водород, для промышленного использования. Способ выполнения реакции сдвига моноксида углерода с проведением реакции в жидкой фазе и удалением получаемого газа, диоксида углерода и/или водорода, характеризуется тем, что в качестве первого растворителя используют сухой метанол для поглощения моноксида углерода с одновременным образованием метилформиата и в качестве второго растворителя используют воду в области высвобождения получаемого газа, чтобы избежать потерь водорода с потоком диоксида углерода.

Изобретение относится к химической и автомобильной промышленности и может быть использовано при получении топлива для топливных ячеек и транспортных средств. Сначала получают гидрогенизированное ароматическое соединение в присутствии катализатора гидрогенизации; затем отделяют полученное соединение от реакционной смеси и очищают его.
Изобретение относится к способу эксплуатации электростанции IGCC с интегрированным устройством для отделения CO2. При этом способе технологический газ с содержанием Н2 и СO2 разделяют посредством адсорбции с переменным давлением (PSA) на технически чистый водород и фракцию с высоким содержанием CO2, причем фракция с высоким содержанием СО2 выделяется в результате снижения давления в виде отходящего газа установки PSA.

Изобретение может быть использовано при утилизации перфторуглеродных текучих сред и холодильных агентов. Способ обработки и/или разложения текучих сред органических галоидов включает осуществление в первом реакторе реакции одного или нескольких органических галоидов, безводного водорода и безводного диоксида углерода для получения моноксида углерода и одного или нескольких безводных галоидов водорода.

Изобретение относится к насосной технике и может применяться при создании систем водоснабжения и силовых гидравлических установок, в том числе малогабаритных гидросистем высокого давления для космических аппаратов (КА).

Изобретение относится к прикладной химии, а именно к способу изготовления газогенерирующего элемента для низкотемпературного твердотопливного газогенератора. Способ включает приготовление раствора связующего в промежуточном растворителе, подготовку компонентов, смешение массы, приготовление из массы гранул размером 1-1,6 мм, формование с виброуплотнением навески приготовленных гранул в технологической оснастке или корпусе газогенератора, отверждение элемента в две стадии с вакуумированием на второй стадии и выпрессовку элемента.

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).

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.

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 газохимии, а именно к установке для получения синтез-газа для производства углеводородов. Установка включает магистраль подачи углеводородного сырья, магистраль подачи остаточного газа с установки синтеза углеводородов из синтез-газа, соединенные с блоком адиабатического предриформинга, трубопровод для подачи кислородосодержащего газа, соединенный с блоком автотермического риформинга, связанного с блоком адиабатического предриформинга, и трубопровод для выхода полученной парогазовой смеси, соединенный с выходом блока автотермического риформинга. Установка также включает первый контур стабилизации состава углеводородного сырья, соединенный с магистралью подачи углеводородного сырья и содержащий емкость для хранения жидких углеводородов, и второй контур стабилизации состава газа, связанный с блоком адиабатического предриформинга. Результатом является обеспечение возможности получения синтез-газа с требуемым стехиометрическим соотношением СО/Н2 из природного газа при нестабильном составе подающейся на вход установки смеси углеводородов. 7 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 пр.
Наверх