Регулирование образования сажи в реакциях окисления

Изобретение относится к химической промышленности. К реактору подают потоки газообразного углеводородного сырья и горячего окислителя, содержащего кислород, совместно вводят их в реактор для смешивания в условиях реакции, в результате чего образуется поток продуктов, содержащий водород и CO. Соотношение количеств движения указанных потоков поддерживают меньшим, чем соотношение количеств движения потоков, при котором, при прочих равных условиях реакции, содержание сажи в потоке продуктов составляет на 5 г/Нм3 больше содержания сажи в потоке сырья или превышает менее чем на 5 г/Нм3 содержание сажи в потоке сырья. Изобретение обеспечивает снижение содержания сажи в продукте реакции. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение предлагает усовершенствованные способы преобразования или изменения содержания углеводородов в потоке сырья посредством использования кислорода при повышенной температуре. Многочисленные варианты осуществления таких способов являются известными как "частичное окисление".

Уровень техники, к которой относится изобретение

Частичное окисление и аналогичные операции включают введение в контакт углеводородов с кислородом в условиях, в которых образуется поток газообразных продуктов, имеющий желательный состав газообразных компонентов. Однако предшествующий опыт показал, что поток газообразных продуктов часто содержит твердые тонкодисперсные побочные продукты, такие как сажа, в частности, когда поток газообразных продуктов образуется в условиях, которые предназначаются для сохранения значительной части одного или более углеводородных компонентов посредством их неполного реагирования или сгорания. Эти твердые тонкодисперсные побочные продукты могут также присутствовать, когда реакции частичного окисления осуществляются при низких температурах. Таким образом, если условия реакции не обеспечивают полное окисление всех присутствующих окисляющихся компонентов, или если температура реактора является низкой, то можно ожидать, что некоторый неокисленный материал, который присутствует в потоке продуктов, будет существовать в твердой фазе. В качестве альтернативы, условия реакции могут быть такими, что температура крекинга сырья превышается без соответствующего превращения сырья в поток газообразных продуктов. Твердый тонкодисперсный побочный продукт обычно называется термином "сажа", и в нем могут присутствовать элементарный углерод и/или содержащие углерод углеводороды. Присутствие этого материала в потоке продуктов в результате операции частичного окисления часто оказывается нежелательным. Однако предшествующие попытки сокращения содержания этого материала, присутствующего в потоке продуктов, требовали пожертвовать выходом или увеличить расход реагентов, таких как кислород, что представляет собой недостаток данных подходов.

Сущность изобретения

Один аспект настоящего изобретения представляет собой усовершенствованный способ обработки газообразного сырья, который содержит один или более углеводородов, причем данный способ включает:

совместное введение горячего потока окислителя, содержащего кислород, с потоком газообразного сырья для смешивания в условиях реакции, в которых эффективно осуществляется частичное окисление одного или более углеводородов в вышеупомянутом исходном материале, и образуется поток продуктов, который содержит водород и CO,

и при этом поддерживается соотношение момента количества движения потока окислителя и момента количества движения потока сырья, когда поток окислителя вводится в поток сырья, таким образом, что содержание сажи в потоке продуктов превышает менее чем на 5 г/Нм3 (или, согласно другим вариантам осуществления, превышает менее чем 2 г/Нм3 или даже менее чем на 1 г/Нм3) содержание сажи в потоке сырья.

Предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения представляет собой усовершенствованный способ обработки газообразного сырья, который содержит один или более углеводородов, причем данный способ включает:

совместное введение горячего потока окислителя, содержащего кислород, с потоком газообразного сырья для смешивания в условиях реакции, в которых эффективно осуществляется частичное окисление одного или более углеводородов в вышеупомянутом исходном материале, и образуется поток продуктов, который содержит водород и CO,

и при этом поддерживается соотношение момента количества движения потока окислителя и момента количества движения потока сырья, когда поток окислителя вводится в поток сырья, таким образом, что вышеупомянутое соотношение меньше чем соотношение момента количества движения потока окислителя и момента количества движения потока сырья, при котором, при прочих равных условиях реакции, содержание сажи в потоке продуктов превышает на 5 г/Нм3 (или, согласно другим вариантам осуществления, превышает на 2 г/Нм3 или даже на 1 г/Нм3) содержание сажи в потоке сырья, в который вводится поток окислителя.

Таким образом, вышеупомянутое соотношение момента количества движения потока окислителя и момента количества движения потока сырья регулируется таким образом, что содержание сажи в продукте превышает менее чем на 5 г/Нм3, предпочтительнее менее чем на 2 г/Нм3 или даже менее чем на 1 г/Нм3 содержание сажи в потоке сырья.

Еще один предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой усовершенствованный способ обработки газообразного сырья, который содержит один или более углеводородов, причем данный способ включает:

совместное введение потока окислителя, содержащего кислород, с потоком газообразного сырья для смешивания в условиях реакции, в которых эффективно осуществляется частичное окисление одного или более углеводородов в вышеупомянутом исходном материале, и образуется поток продуктов, который содержит водород и CO,

в условиях реакции, включающих температуру потока сырья, температуру потока окислителя и стехиометрическое соотношение, в которых, если реакция частичного окисления осуществляется при данном соотношении момента количества движения потока окислителя и момента количества движения потока сырья (когда потоки вводятся совместно), содержание сажи в потоке продуктов будет составлять на 5 г/Нм3 более чем содержание сажи в потоке сырья,

и осуществление реакции частичного окисления при соотношении момента количества движения потока окислителя и момента количества движения потока сырья, когда потоки вводятся совместно, которое меньше чем данное соотношение, но при прочих равных условиях реакции,

причем содержание сажи в потоке продуктов превышает менее чем на 5 г/Нм3 содержание сажи в потоке сырья.

Согласно предпочтительным вариантам осуществления настоящего изобретения, когда поток окислителя вводится в поток сырья, соотношение момента количества движения потока окислителя и момента количества движения потока сырья также регулируется таким образом, чтобы оно было настолько высоким, что, по меньшей мере, 50% углеводородного материала в потоке сырья превращается в CO, водород, или другие углеводородные материалы.

Согласно другим предпочтительным вариантам осуществления настоящего изобретения, поток продуктов содержит метан, и вышеупомянутое соотношение моментов количества движения и температура потока окислителя, вводимого в поток сырья также регулируются таким образом, чтобы регулировать содержание метана в потоке продуктов.

При использовании в настоящем документе термин "момент количества движения потока" означает произведение массовой скорости потока и средней скорости потока через плоскость, перпендикулярную направлению потока.

При использовании в настоящем документе термин "сажа" означает содержащий углерод твердый тонкодисперсный материал, размер частиц которого меньше чем один микрон.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет технологическую схему частичного окисления согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 представляет изображение поперечного сечения устройства, пригодного для использования, чтобы производить поток горячего кислорода, который может быть использован согласно настоящему изобретению.

Фиг.3 представляет изображение поперечного сечения реактора частичного окисления в качестве иллюстрации варианта осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Газообразное сырье, которое является пригодным для обработки согласно настоящему изобретению, как правило, может иметь любой из множества составов и происходить из любого из многочисленных возможных источников. Например, газообразное сырье может содержать метан или природный газ. В качестве следующего примера, газообразное сырье может содержать водород и/или CO, он может содержать водяной пар, а также один или более легких углеводородов, выбранных из группы, которую составляют метан, углеводороды, содержащие от 2 до 8 атомов углерода и от 0 до 2 атомов кислорода, и их смеси. Газообразное сырье может содержать твердый тонкодисперсный материал, такой как зола, уголь и/или смолы (в которых могут содержаться молекулы, содержащие более чем 8 атомов углерода). Газообразное сырье может также содержать азот и/или диоксид углерода.

Газообразное сырье можно получать или производить, используя любой из многочисленных источников. Например, газообразное сырье может представлять собой:

продукт газификации или пиролиза материала биомассы (соответствующие примеры представляют собой водоросли или материал, содержащий любые разновидности целлюлозы, гемицеллюлозы или лигнина, в том числе, но не ограничиваясь этим, твердые бытовые отходы (ТБО), древесные материалы (включая древесные стружки, обрезки, плиты, другие древесные продукты и готовые древесные изделия, а также древесные отходы, в том числе опилки, и пульпа из древесины разнообразных видов, таких как береза, клен, пихта, сосна, ель), и растительный материал, такой как злаковые растения и другие культуры, а также продукты, источником которых являются растительные материалы, такие как рисовая шелуха, рисовая солома, соевые остатки, кукурузная солома и отжимки сахарного тростника (багасса);

продукт газификации или пиролиза содержащих углерод исходного материалов, таких как уголь, кокс или нефтяной кокс, пример которого представляет собой газ коксовальных печей;

поток отходящего газа, который образуется в доменной печи;

потоки других газов, которые обычно используются в качестве топлива, такие как природный газ;

потоки содержащих углеводороды газообразных побочных продуктов из промышленных процессов; и

синтетический газ, производимый посредством риформиига любого из перечисленных выше материалов.

Как иллюстрирует фиг.1, поток 11 представляет собой газообразное сырье, описанный в настоящем документе.

Поток 11 подают в реактор 15, в котором он смешивается с горячим потоком окислителя 13. Поток 11, который подают в реактор 15, может иметь температуру от уровня комнатной температуры до уровня ниже температуры, при которой компонент, который является наиболее склонным к реакции термического крекинга, начинает вступать в реакцию термического крекинга, и предпочтительно ниже этой температуры вплоть до 100°F (55,6°C). Поток 11 может иметь такую температуру, которую он приобретает на предшествующей технологической стадии, или его можно нагревать до заданной температуры, используя теплообменник или нагреватель. Следует понимать, что температура потока сырья, при которой наилучшим образом осуществляется желательная реакция частичного окисления для какого-либо данного состава сырья, может изменяться в зависимости от состава сырья и от желательной степени превращения в реакциях частичного окисления.

Горячий поток окислителя 13 имеет температуру, составляющую, как правило, от 1000°F (538°C) до 4800°F (2649°C) и предпочтительно от 2800°F (1538°C) до 4500°F (2482°C). Содержание кислорода в потоке окислителя 13 составляет, как правило, по меньшей мере, 50 об.% и предпочтительно, по меньшей мере, 80 об.%. Горячий поток окислителя, имеющий эти характеристики, можно получать, осуществляя любой из многочисленных способов. Предпочтительный способ получения пригодного для использования горячего потока окислителя описан ниже со ссылкой на фиг.2.

Как иллюстрирует фиг.2, поток 13 горячего кислорода можно получать, направляя поток 203 окислителя, в котором концентрация кислорода составляет, по меньшей мере, 30 об.% и предпочтительно, по меньшей мере, 85 об.%, в генератор 202 горячего кислорода, который предпочтительно представляет собой резервуар или канал, имеющий впуск 204 для окислителя 203, а также имеющий выпускное сопло 206 для потока 13 горячего кислорода. Наиболее предпочтительный окислитель 203 представляет собой технически чистый кислород, у которого концентрация кислорода составляет, по меньшей мере, 99,5 об.%. Окислитель 203, который поступает в генератор 202 горячего кислорода, имеет начальную скорость, которая обычно находится в интервале от 50 до 300 футов в секунду (от 15 до 91 м/с) и, как правило, меньше чем 200 футов в секунду (61 м/с).

Поток 205 топлива поступает в генератор 202 горячего кислорода через подходящий топливопровод 207, на конце которого находится сопло 208, которое может представлять собой любое подходящее сопло, обычно используемое для ввода топлива. Топливо может представлять собой любое подходящее текучее топливо, примеры которого включают природный газ, метан, пропан, водород и газ коксовальной печи, или это может быть технологический поток, такой как поток 25, полученный из потока 19. Предпочтительно топливо представлять собой газообразное топливо. Можно также использовать жидкое топливо, такое как нефтяное топливо 2 или поток побочных продуктов 23, хотя в случае жидкого топлива оказывается более затруднительным обеспечение хорошего перемешивания с окислителем и надежного и безопасного горения, чем в случае газообразного топлива.

Топливо 205, поступающее в генератор 202 горячего кислорода, сгорает в нем под действием окислителя 203, производя тепло и продукты реакции горения, такие как диоксид углерода и водяной пар.

Продукты реакции горения, которые образуются в генераторе 202 горячего кислорода, смешиваются с непрореагировавшим кислородом окислителя 203, таким образом, обеспечивая теплом оставшийся кислород и повышая его температуру. Предпочтительно топливо 205 поступает в генератор 202 горячего кислорода при скорости, которая является подходящей, чтобы поддерживать устойчивое пламя для определенной конфигурации сопла 208 в составе генератора 202. Скорость топлива у сопла 208 служит для введения окислителя в реакцию горения, таким образом, обеспечивая устойчивое пламя.

Обычно температура оставшегося окислителя внутри генератора 202 горячего кислорода повышается до уровня, составляющего, по меньшей мере, приблизительно 500°F (260°C), и предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 1000°F (538°C). Поток горячего кислорода 13, полученный таким способом, проходит из генератора 202 горячего кислорода в реактор 15 через подходящее отверстие или сопло 206 (см. фиг.3), образуя высокоскоростной поток горячего кислорода, у которого температура составляет, по меньшей мере, 2000°F (1093°C) . Обычно скорость потока горячего кислорода находится в интервале от 500 до 4500 футов в секунду (от 152 до 1372 м/с), и, как правило, она превышает скорость потока 203, по меньшей мере, на 300 футов в секунду (91 м/с).

Состав потока горячего кислорода 13 зависит от условий, в которых образуется поток, но предпочтительно он содержит, по меньшей мере, 50 об.% O2, причем содержание O2 может составлять 90 об.% или более. Образование высокоскоростного потока горячего кислорода может осуществляться в соответствии с описанием патента США № 5266024. Следует понимать, что температура потока окислителя, при которой наилучшим образом, осуществляется желательная реакция частичного окисления для любого заданного состава сырья, может изменяться в зависимости от состава сырья и от желательной степени превращения в реакциях частичного окисления.

Реакция частичного окисления осуществляется посредством совместного введения потока сырья 11 и горячего потока окислителя 13 таким образом, что они смешиваются друг с другом внутри реактора 15. Реактор 15 может представлять собой любой реактор, способный выдерживать температуры, которые достигаются в процессе реакции. Предпочтительный пример представляет собой камера, имеющая огнеупорное покрытие, а также подходящие впуски и выпуск для потоков, которые описаны в настоящем документе.

Поток сырья 11 и поток окислителя 13 должны поступать и смешиваться друг с другом при массовом соотношении, которое представляет собой стехиометрическое соотношение (SR), составляющее от 0,05 до 0,5 и предпочтительно от 0,1 до 0,3, где SR определяется как молярное соотношение количества поступающего кислорода и количества кислорода, которое потребовалось бы для полного превращения всего поступающего углеводородного материала в диоксид углерода и воду. Следует понимать, что значение SR, при котором наилучшим образом осуществляется желательная реакция частичного окисления для какого-либо заданного состава сырья, может изменяться в зависимости от состава сырья и от желательной степени превращения в процессе реакции.

В ходе реакции компонентов потока сырья 11 с кислородом в потоке окислителя 13 образуются продукты реакции, которые выходят из реактора 15 в форме потока 17 продуктов. Смешивание можно ускорять посредством введения одного потока в другой поток или посредством использования механических приспособлений, таких как завихряющие лопатки.

Как было описано в настоящем документе, смешивание потоков сырья 11 и окислителя 13 в условиях, которые описаны в настоящем документе, способствует частичному окислению компонентов потока сырья. Поток 17 продуктов, который выходит из реактора 15, содержит частично окисленный материал, а также любые непрореагировавшие компоненты. При повышении температуры потока продуктов, как правило, повышаются степени окисления, в результате чего может уменьшаться выход таких соединений, как метан.

Аналогичным образом, с повышенными значениями SR связано повышение степеней окисления. С повышенными значениями SR также связано уменьшение образование сажи, и это приводит к предположению о том, что увеличение количества присутствующего кислорода по отношению к потоку сырья должно способствовать уменьшению образования сажи.

Было обнаружено, что тенденция частичного окисления к образованию сажи в потоке 17 продуктов может уменьшаться и поддерживаться на желательном пониженном уровне или в пределах интервала уменьшенных значений, или она может даже предотвращаться, если поддерживается на пониженном уровне соотношение момента количества движения горячего потока окислителя 13 и момента количества движения потока сырья 11, совместно с которым вводится поток окислителя 13.

Таким образом, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, соотношение момента количества движения потока окислителя и момента количества движения потока сырья, когда поток окислителя вводится совместно с потоком сырья, поддерживается или регулируется таким образом, что данное соотношение моментов количества движения меньше чем соотношение моментов количества движения, при котором, при прочих равных условиях реакции, содержание сажи в потоке продуктов составляет на 5 г/Нм3 более чем содержание сажи в потоке сырья, в который вводится поток окислителя. Содержание сажи, (то есть количество граммов сажи на единицу объема потока, выраженное в кубических метрах и нормированное для условий температуры 25°C и давления, составляющего 1 атмосферу) на уровне 5 г/Нм3 представляет собой достаточное содержание сажи, при котором она становится видимой в потоке и в течение более минут приводит к потемнению материала сажевого фильтра, помещенного в поток.

Согласно предпочтительному варианту осуществления, соотношение момента количества движения потока окислителя и момента потока сырья, когда поток окислителя вводится совместно с потоком сырья, регулируется или поддерживается таким образом, что данное соотношение моментов количества движения меньше чем соотношение этих моментов количества движения, при котором, при прочих равных условиях реакции, содержание сажи в потоке продуктов составляет на 5 г/Нм3 более чем содержание сажи в потоке сырья, в который вводится поток окислителя. Таким образом, даже в условиях реакции, в которых содержание сажи в потоке продуктов составляет только на 5 г/Нм3 более чем содержание сажи в потоке сырья, настоящее изобретение оказывается способным обеспечить уменьшение содержания сажи в потоке продуктов посредством уменьшения соотношения момента количества движения потока окислителя 13 и момента количества движения потока сырья 11.

Согласно более предпочтительному варианту осуществления, соотношение момента количества движения потока окислителя и момента потока сырья, когда поток окислителя вводится в поток сырья, регулируется таким образом, что соотношение этих моментов количества движения меньше чем соотношение моментов количества движения этих потоков, при котором, при прочих равных условиях реакции, содержание сажи в потоке продуктов превышает на 2 г/Нм3 или даже на 1 г/Нм3 содержание сажи в потоке сырья, в который вводится поток окислителя для смешивания друг с другом.

Уменьшение содержания сажи в потоке 17 продуктов по отношению к содержанию сажи в потоке сырья 11 выражается в настоящем документе как простая арифметическая разность (а не соотношение). Например, если поток сырья 11 имеет содержание сажи, составляющее 1 г/Нм3, и поток 17 продуктов от частичного окисления потока 11 имеет содержание сажи, составляющее 4 г/Нм3, содержание сажи в потоке 17 продуктов будет считаться превышающим на 3 г/Нм3 содержание сажи в потоке сырья. Поток сырья 11 может содержать твердые материалы, такие как зола и/или смола, и, таким образом, если присутствуют такие материалы, они могут проходить через реактор 15 в поток 17 продуктов, и в таком случае не всегда оказывается возможным полное сокращение суммарного содержания твердых материалов в потоке 17 продуктов до нуля. Содержание сажи и твердых материалов в потоке сырья и в потоке продуктов можно легко определять, используя традиционные методы, известные в данной области техники.

Вышеупомянутое соотношение момента количества движения потока окислителя и момента количества движения потока сырья можно регулировать, используя любой из нескольких способов.

Один способ заключается в том, чтобы регулировать момент количества движения окислителя ниже уровня, при котором содержание сажи в потоке продуктов превышает значения, определенные в настоящем документе. Этот способ можно осуществлять, пропуская поток окислителя 13 в реактор 15 через имеющее надлежащие размеры отверстие 206 (из которого поток окислителя поступает в поток сырья 11), которое является более крупным, чем отверстие, используемое в операциях, в которых производится в увеличенных количествах твердый тонкодисперсный побочный продукт, включающий сажу. Момент количества движения потока окислителя 13 можно также регулировать на непрерывной основе посредством использования клапанов, через которые проходит поток окислителя, и которые можно регулировать, чтобы регулировать скорость движения потока окислителя в реактор 15.

Следующий способ, позволяющий поддерживать соотношение момента количества движения потока окислителя и момента количества движения потока сырья на надлежащим образом регулируемом уровне, чтобы уменьшать или устранять присутствие сажи в потоке продуктов, заключается в том, чтобы увеличивать момент количества движения потока сырья выше уровня, при котором содержание сажи в потоке продуктов превышает значения, определенные в настоящем документе. Этот способ можно осуществлять, пропуская поток сырья 13 в реактор 15 через имеющее надлежащие размеры отверстие, которое является меньше, чем отверстие, используемое в операциях, в которых сажа производится в повышенных количествах. Момент количества движения потока сырья 11 можно также регулировать на непрерывной основе посредством использования клапанов, через которые проходит поток сырья, и которые можно регулировать, чтобы регулировать скорость движения потока сырья в реактор 15.

Другие способы, позволяющие регулировать момент количества движения любого из потоков включают увеличение значения SR использующей горячий кислород горелки, в которой производится горячий поток окислителя, без изменения размера отверстия 206; или разделение движущегося потока окислителя на множество имеющих меньшую скорость потоков.

Поток 17 продуктов, как правило, содержит водород, CO, метан, а также один или более углеводородов, содержащих от 2 до 8 атомов углерода и от 0 до 2 атомов кислорода.

Было определено, что осуществление реакции в реакторе 15, который описывается в настоящем документе, не воздействует отрицательным образом на получение желательного метана в потоке 17 продуктов в такой степени, насколько содержание метана является желательным для оператора.

Кроме того, было обнаружено, что степень, в которой метан присутствует в потоке 17 продуктов, можно регулировать посредством регулирования условий реакции в реакторе, сделав их менее окисляющими. Однако эти условия могут приводить к увеличению образования сажи по сравнению со случаем полного превращения. Настоящее изобретение обеспечивает превращение желательных веществ, подлежащих восстановлению, в том числе посредством осуществления частичного окисления за счет большего обогащения топливом (т. е. за счет снижения значения SR), в то время как уменьшается или устраняется образование сажи, которое в иных условиях происходило бы посредством уменьшения момента количества движения потока окислителя 13, который поступает в поток сырья 11.

Пригодность способов согласно настоящему изобретению для уменьшения образования сажи в потоке продуктов повышается, когда используются условия реакций частичного окисления, в которых на образование сажи воздействует момент количества движения потока окислителя или соотношение моментов количества движения потока окислителя и потока сырья. Таким образом, оказывается предпочтительным отказ от использования условий, в которых компоненты потока сырья подвергаются нагреванию до температуры, которая приближается или превышает температуру крекинга, прежде чем они вступают в реакции частичного окисления (как могло бы происходить в том случае, если поток окислителя и поток сырья перемешиваются в недостаточной степени), или в которых поток сырья, который поступает в реактор, уже является насколько горячим, что один или более содержащих углерод компонентов потока сырья достигают или приближаются к температуре, при которой они подвергаются крекингу.

Примеры

Частичное окисление сырья горячим потоком окислителя осуществляли в двух экспериментах, в которых различались характеристики окислителя. Состав и свойства сырья, используемого в этих двух экспериментах, представлены в следующей таблице:

Состав
Азот 18,8 об.%
Природный газ 25,1 об.%
Водород 55,1 об.%
Бензол 1,0 об.%
Температура 750°F (399°C)
Скорость потока сырья 1197 стандартных кубических футов в час (9415 мл/с)

Поток окислителя производили посредством реакции кислорода, скорость потока которого составляла от 360 до 370 стандартных кубических футов в час (от 2832 до 2910 мл/c) с природным газом, скорость потока которого составляла приблизительно 60 стандартных кубических футов в час (472 мл/c), при значении SR, составляющем 3,0, в использующей горячий кислород горелке, чтобы производить поток горячего окислителя. Поток сырья и поток окислителя поступали в реактор частичного окисления, а затем смешивались и реагировали в реакторе при SR, составляющем 0,24.

В эксперименте A горячий поток окислителя выходил из горячей кислородной горелки через отверстие, имеющее 0,25 дюйма (6,35 мм) в диаметре, при скорости, составляющей 2950 футов в секунду (899 м/с), где момент количества движения составлял 28,7 фунт фут/с2 (3,97 кг м/с2). Средняя температура потока окислителя составляла приблизительно 2270°F (1243°C).

В эксперименте B горячий поток окислителя горячий поток окислителя выходил из горячей кислородной горелки через отверстие, имеющее 0,45 дюйма (11,43 мм) в диаметре, при скорости, составляющей 932 футов в секунду (284 м/с), где момент количества движения составлял 9,1 фунт фут/с2 (1,26 кг м/с2). Средняя температура потока окислителя составляла приблизительно 2300°F (1260°C).

Потоки продуктов, полученные в каждом эксперименте, имели следующие характеристики:

Эксперимент А Эксперимент В
Состав (об.% в сухом состоянии)
Монооксид углерода 16,8% 20,2%
Диоксид углерода 0,8% 1,5%
Метан 2,0% 1,7%
Водород 62,4% 68,1%

В каждом эксперимент поток продуктов пропускали через фильтр, когда поток выходил из реактора частичного окисления. Фильтр после эксперимента A содержал значительные количества сажи, которая собиралась на фильтре в форме темного осадка. На фильтре после эксперимента B практически отсутствовал собранный материал, показывая, что сажа практически не образовывалась в процессе частичного окисления в условиях эксперимента B.

1. Усовершенствованный способ обработки газообразного сырья, которое содержит один или более углеводородов, включающий следующие этапы:

подачу потока сырья, состоящего из указанного газообразного сырья, к реактору,

подачу потока, состоящего из горячего окислителя, содержащего кислород, к реактору,

совместное введение горячего потока окислителя, содержащего кислород, с потоком газообразного сырья в реактор для смешивания в реакторе в условиях реакции, в которых эффективно осуществляется частичное окисление одного или более углеводородов в вышеупомянутом сырье, и образуется поток продуктов, который содержит водород и CO,

и при этом регулируют соотношение количества движения потока окислителя и количества движения потока сырья, когда поток окислителя вводится в поток сырья, таким образом, что значение указанного соотношения количества движения потока окислителя и количества движения потока сырья поддерживается на таком уровне, что оно меньше соотношения количества движения потока окислителя и количества движения потока сырья, при котором, при прочих равных условиях реакции, содержание сажи в потоке продуктов составляет на 5 г/Нм3 больше, чем содержание сажи в потоке сырья, в который вводится поток окислителя.

2. Способ по п. 1, включающий поддержание соотношения количества движения потока окислителя и количества движения потока сырья, когда поток окислителя вводится в поток сырья, таким образом, что значение вышеупомянутого соотношения меньше, чем соотношение количества движения потока окислителя и количества движения потока сырья, при котором, при прочих равных условиях реакции, содержание сажи в потоке продуктов составляет на 2 г/Нм3 больше, чем содержание сажи в потоке сырья, в который вводится поток окислителя.

3. Способ по п. 1, включающий поддержание соотношения количества движения потока окислителя и количества движения потока сырья, когда поток окислителя вводится в поток сырья, таким образом, что значение вышеупомянутого соотношения меньше, чем соотношение количества движения потока окислителя и количества движения потока сырья, при котором, при прочих равных условиях реакции, содержание сажи в потоке продуктов составляет на 1 г/Нм3 больше, чем содержание сажи в потоке сырья, в который вводится поток окислителя.

4. Способ по п. 1, в котором сырье получают посредством газификации углеродсодержащего сырья.

5. Способ по п. 1, в котором сырье включает природный газ.

6. Усовершенствованный способ обработки газообразного сырья, который содержит один или более углеводородов, содержащий следующие этапы:

подачу потока сырья, состоящего из указанного газообразного сырья, к реактору,

подачу потока, состоящего из горячего окислителя, содержащего кислород, к реактору,

совместное введение горячего потока окислителя, содержащего кислород, с потоком газообразного сырья в реактор для смешивания в реакторе в условиях реакции, в которых эффективно осуществляется частичное окисление одного или более углеводородов в вышеупомянутом сырье и образуется поток продуктов, который содержит водород и CO,

и при этом регулируют соотношение количества движения потока окислителя и количества движения потока сырья, когда поток окислителя вводится в поток сырья, таким образом, что содержание сажи в потоке продуктов превышает менее чем на 5 г/Нм3 содержание сажи в потоке сырья.

7. Способ по п. 6, включающий поддержание соотношения количества движения потока окислителя и количества движения потока сырья, когда поток окислителя вводится в поток сырья, таким образом, что содержание сажи в потоке продуктов превышает менее чем на 2 г/Нм3 содержание сажи в потоке сырья.

8. Способ по п. 6, включающий поддержание соотношения количества движения потока окислителя и количества движения потока сырья, когда поток окислителя вводится в поток сырья, таким образом, что содержание сажи в потоке продуктов превышает менее чем на 1 г/Нм3 содержание сажи в потоке сырья.

9. Способ по п. 6, в котором сырье получают посредством газификации углеродсодержащего сырья.

10. Способ по п. 6, в котором сырье включает природный газ.

11. Усовершенствованный способ обработки газообразного сырья, которое содержит один или более углеводородов, причем данный способ включает:

подачу потока сырья, состоящего из указанного газообразного сырья, к реактору,

подачу потока, состоящего из горячего окислителя, содержащего кислород, к реактору,

совместное введение потока окислителя, содержащего кислород, с потоком газообразного сырья в реактор, где они смешиваются и реагируют в условиях реакции, в которых эффективно осуществляется частичное окисление одного или более углеводородов в вышеупомянутом исходном материале, и образуется поток продуктов, который содержит водород и CO,

в условиях реакции, включающих температуру потока сырья, температуру потока окислителя и стехиометрическое соотношение, в которых, если реакция частичного окисления осуществляется при заданном соотношении количества движения потока окислителя и количества движения потока сырья, содержание сажи в потоке продуктов будет составлять на 5 г/Нм3 более, чем содержание сажи в потоке сырья,

и осуществление реакции частичного окисления при соотношении количества движения потока окислителя и количества движения потока сырья, когда потоки вводятся совместно, которое меньше, чем заданное соотношение, но при прочих равных условиях реакции,

и в котором содержание сажи в потоке продуктов превышает менее чем на 5 г/Нм3 содержание сажи в потоке сырья.

12. Способ по п. 11, в котором вышеупомянутый поток окислителя и вышеупомянутый поток сырья смешиваются и реагируют в условиях реакции, включающих температуру потока сырья, температуру потока окислителя и стехиометрическое соотношение, в которых, если реакция частичного окисления осуществляется при заданном соотношении количества движения потока окислителя и количества движения потока сырья, содержание сажи в потоке продуктов будет составлять на 2 г/Нм3 больше, чем содержание сажи в потоке сырья, и в котором содержание сажи в потоке продуктов превышает менее чем на 2 г/Нм3 содержание сажи в потоке сырья.

13. Способ по п. 11, в котором вышеупомянутый поток окислителя и вышеупомянутый поток сырья смешиваются и реагируют в условиях реакции, включающих температуру потока сырья, температуру потока окислителя и стехиометрическое соотношение, в которых, если реакция частичного окисления осуществляется при заданном соотношении количества движения потока окислителя и количества движения потока сырья, содержание сажи в потоке продуктов будет составлять на 1 г/Нм3 больше, чем содержание сажи в потоке сырья, и в котором содержание сажи в потоке продуктов превышает менее чем на 1 г/Нм3 содержание сажи в потоке сырья.

14. Способ по п. 1, или 6, или 11, в котором поток продуктов содержит метан и количество движения и температура потока окислителя, вводимого в поток сырья, регулируются, чтобы регулировать содержание метана в потоке продуктов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству для генерирования тепла и водорода. Устройство содержит: камеру (3) горения горелки, горелку (7), расположенную в камере (3) горения горелки для осуществления горения горелки, устройство подачи топлива, выполненное с возможностью регулирования количества подачи топлива, подаваемого из горелки (7) в камеру (3) горения горелки, устройство подачи воздуха, выполненное с возможностью регулирования температуры и количества подачи воздуха, подаваемого из горелки (7) в камеру (3) горения горелки, устройство (19) зажигания, выполненное с возможностью воспламенения топлива, катализатор (4) риформинга, к которому подаются газообразные продукты горения горелки, и электронный блок (30) управления.

Настоящее изобретение относится к риформингу углеводородов с целью подготовки синтез-газа для производства аммиака. Способ получения синтез-газа для производства аммиака из содержащего углеводороды сырья во входной части установки включает стадии: конверсии указанного сырья с водяным паром с получением синтез-газа, содержащего водород, оксид углерода и диоксид углерода; обработки указанного синтез-газа, включая конверсию оксида углерода и последующее удаление диоксида углерода, причем конверсия синтез-газа включает стадию высокотемпературной конверсии с использованием катализатора на основе железа; общая величина молярного отношения водяного пара к углероду во входной части не выше 2,6; и в котором указанная конверсия с водяным паром включает: первую стадию конверсии, включающую первичную конверсию с водяным паром, обеспечивая, таким образом, получение после конверсии первого газа; вторую стадию конверсии с использованием потока оксиданта, обеспечивая, таким образом, получение синтез-газа, содержащего водород, оксид углерода и диоксид углерода; причем указанные первая и вторая стадии конверсии осуществляются последовательно, указанная вторая стадия конверсии осуществляется с использованием кислорода или обогащенного воздуха, содержащего не менее 50% кислорода, в качестве потока оксиданта; и причем синтез-газ, полученный после указанной второй стадии конверсии, затем смешивают с водяным паром до подачи на высокотемпературную конверсию, для того чтобы повысить общую величину молярного отношения водяного пара к углероду во входной части до требуемого значения.

Изобретение относится к установкам для получения водорода паровоздушной конверсией углеводородов. Установка включает узел паровоздушного риформинга, оснащенный линией ввода нагретой смеси воздуха и воды, а также линиями ввода нагретой смеси углеводородного сырья, воды, водного конденсата и вывода водородсодержащего газа, на которых установлен рекуперационный теплообменник.

Изобретение относится к нанотехнологии. Синтез эндоэдральных фуллеренов проводят в водоохлаждаемой металлической герметичной камере в плазме высокочастотной дуги с использованием переменного тока при атмосферном давлении.

Изобретение относится к устройству для получения ацетилена и синтез-газа путем частичного окисления углеводородов кислородом, включающему в себя смесительный блок, участок смешивания и смесительный диффузор, причем смесительный блок имеет отверстие подачи для подачи содержащего углеводороды потока, отверстие подачи для подачи содержащего кислород потока, завихряющую заслонку и распределительную пластину, причем распределительная пластина размещена между участком смешивания и отверстием подачи для подачи содержащего углеводороды потока, причем в распределительной пластине имеются отверстия, причем завихряющая заслонка располагается между отверстием подачи для подачи содержащего кислород потока и участком смешивания, причем смесительный диффузор соединен с участком смешивания.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении энергосберегающих систем радиантного отопления и кондиционирования помещений.

Изобретение относится к катализаторам, способам их приготовления и применения в процессах конверсии различных видов углеводородных топлив, таких как природный газ, дизельное топливо, сжиженный углеводородный газ (СУГ), в синтез-газ.

Изобретение относится к усовершенствованному способу обработки природного газа с применением способа Фишера-Тропша (FT) для синтеза не содержащих серы полностью сгорающих углеводородных топлив, примерами которых являются, в частности, дизельное топливо и авиационное топливо.

Изобретение относится к электронике и нанотехнологии и может быть использовано в 2D-печати. Сначала получают графеновые частицы электрохимическим расслоением графита, характеризующегося массой чешуек около 10 мг, в жидкой фазе с использованием в качестве электролита водного 0,00005-0,05 М раствора (NH4)2S2O8, в течение 10 мин и менее, при напряжении не более 15 В и подаче на графитовый электрод положительного напряжения.

Изобретение относится к модернизации установки для синтеза аммиака. Способ модернизации входной части установки для синтеза аммиака, причем указанная входная часть подает получаемый газ для синтеза аммиака и включает секцию конверсии, включающую установку для вторичной конверсии с воздушным обогревом или установку для автотермической конверсии, работающую под давлением во входной части, секцию очистки потока, выходящего из секции конверсии, воздушный компрессор, первоначально установленный для подачи воздуха в секцию конверсии для использования в качестве оксиданта, при этом способ включает направление содержащего О2 потока в секцию конверсии для использования в качестве оксиданта, введение потока азота в соответствующем месте входной части для обеспечения требуемого молярного отношения водорода к азоту в получаемом газе и сжимание потока азота посредством воздушного компрессора.

Изобретение относится к устройству для генерирования тепла и водорода. Устройство содержит корпус (2), камеру (3) горения горелки, сформированную в корпусе (2), горелку (7), имеющую отверстие (9) впрыска топлива и отверстие (11) подачи воздуха для осуществления горения горелки в камере (3) горения горелки, устройство подачи топлива для подачи топлива к отверстию (9) впрыска топлива, устройство подачи воздуха для подачи воздуха к отверстию (11) подачи воздуха и катализатор (4) риформинга, который расположен в корпусе (2) и к которому подводятся газообразные продукты горения горелки, образованные в камере (3) горения горелки. При этом устройство подачи воздуха снабжено теплообменным элементом (13а) для нагревания воздуха, подаваемого в отверстие (11) подачи воздуха. Кроме того, устройство подачи воздуха снабжено переключающим устройством, выполненным с возможностью переключения пути воздушного потока для введения наружного воздуха в отверстие (11) подачи воздуха. При этом горелка (7), имеющая отверстие (9) впрыска топлива и отверстие (11) подачи воздуха, расположена в одной концевой части корпуса (2), а отверстие (25) для выпуска газа расположено в другой концевой части корпуса (2). Технический результат заключается в обеспечении отсутствия деградации катализатора риформинга. 1 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при получении карбида вольфрама WC, применяемого в производстве твердосплавных материалов для высокоэффективного металлорежущего инструмента и других износостойких изделий. Для получения порошка на основе карбида вольфрама WC с размером частиц d50, не превышающим 200 нм, готовят гомогенную порошковую смесь из наноразмерного вольфрама или оксида вольфрама и наноразмерного углерода, взятого в количестве, превышающем стехиометрическое содержание углерода в карбиде вольфрама на 10-70 мас. %. Проводят термообработку указанной смеси в электрической печи при температуре 1400-1600°С в среде водорода и/или инертных газов, таких как азот, аргон, с последующим связыванием и удалением избытка углерода. Изобретение позволяет получить карбид вольфрама с пониженной дефектностью кристаллической структуры и сниженным содержанием примесей. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 7 пр.

Изобретение относится к химической промышленности. К реактору подают потоки газообразного углеводородного сырья и горячего окислителя, содержащего кислород, совместно вводят их в реактор для смешивания в условиях реакции, в результате чего образуется поток продуктов, содержащий водород и CO. Соотношение количеств движения указанных потоков поддерживают меньшим, чем соотношение количеств движения потоков, при котором, при прочих равных условиях реакции, содержание сажи в потоке продуктов составляет на 5 гНм3 больше содержания сажи в потоке сырья или превышает менее чем на 5 гНм3 содержание сажи в потоке сырья. Изобретение обеспечивает снижение содержания сажи в продукте реакции. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

Наверх