Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia gazu syntezowego na drodze cisnieniowej kata¬ litycznej parowo-tlenowej konwersji metanu lub weglowodorów lekkich z para wodna, obejmujacy pólspalanie mediów wprowadzonych do procesu oraz konwersji substratów i produktów reakcji pólspalania z para wodna w komorze spalania i nastepnie na katalizatorze oraz palnik do wytwa¬ rzania gazu syntezowego.Wytworzony gaz syntezowy uzywany moze byc w procesie wytwarzania amoniaku, metanolu, wzglednie innych produktów. Zwykle w/w proces odbywa sie w aparacie, zwanym dalej krakerem, pod cisnieniem do 4,5 MPa w zakresie temperatur 900°—1300°. Kraker jest aparatem wylozonym wy- murówka ogniotrwala, posiada umieszczony w gór¬ nej czesci palnik, pod nim znajduje sie komora spalania, ponizej której umieszczony jest odpo¬ wiedni katalizator. Do komory spalania krakera, poprzez palnik, kieruje sie substraty reakcji, tj. strumien mieszanki metan—para wodna w sto¬ sunku molowym zwykle 1 : 3 i temperaturze 600° oraz mieszanke powietrzno-tlenowa podgrzana do temperatury 450°C.Reakcje przebiegajace w komorze spalania sa glównie reakcjami egzotermicznymi przebiegaja¬ cymi z bardzo duza szybkoscia i dostarczaja potrzebne cieplo dla koncowych reakcji endoter- micznych zachodzacych w nastepnej kolejnosci w zlozu katalitycznym. 10 u 19 30 2 Glówne reakcje przebiegajace w komorze spala¬ nia sa nastepujace: (1) CH4+I/2 02=CO+2H2+8,53X4,18 kJ (2) CH4+202=C02+2H20+218,8X4,18 kJ W zlozu katalitycznym natomiast glównie prze¬ biegaja nastepujace endotermiczne reakcje niespa* lonego metanu z para wodna i dwutlenkiem wegla <3) CH4+H20=CO+3H2—49,2X4,18 kJ (4) CH4+C02= 2COH-2H2—60,1X4,18 kJ W procesie w którym zachodza powyzsze reakcje dazy sie, azeby zawartosc metanu w gazie poreak¬ cyjnym osiagnela jak najnizsza wartosc. Zawar¬ tosc metanu w gazie poreakcyjnym ma istotne zna¬ czenie na ekonomike procesu wytwarzania gazu np. do syntezy amoniaku, metanolu i innych pro¬ duktów. Niezaleznie od w/w reakcji w komorze spa¬ lania i na katalizatorze bardzo szybko przebiega nastepujaca reakcja do stanu równowagi (5) CX)+H20=C02+H2 Parametrami decydujacymi o przebiegu w/w re¬ akcji w kierunku jak najwiekszego przereagowania weglowodorów sa cisnienie, temperatura i stosu¬ nek molowy pary wodnej do wegla w weglowo¬ dorach wprowadzonych do procesu.Stale równowagi termodynamicznej w/w reakcji maleja ze wzrostem cisnienia, stad maleje stopien przereagowania weglowodorów. Stala równowagi reakcji (1) maleje ze wzrostem temperatury, nato¬ miast szybko wzrasta z temperatura stala równo¬ wagi reakcji (3), stad ze wzrostem temperatury 120 1183 T 120 118 4 reakcji zawartosc metanu na wyjsciu ze zloza ka¬ talitycznego ulega obnizeniu. Natomiast wzrost ilosci pary wodnej wprowadzonej do procesu dla przeprowadzenia reakcji (3) powoduje obnizenie zawartosci metanu w gazie na wyjsciu ze zloza ka¬ talitycznego.Z zaleznosci powyzszych dobiera sie odpowiednio sklad gazów reagujacych i parametry procesu w celu uzyskania zadanego skladu gazu o jak naj¬ wiekszym stopniu przereagowania weglowodorów.Przy doborze wlasciwych parametrów w procesie uwzglednia sie wystepujace ograniczenia celowosci stosowania ilosci pary wodnej dodanej do procesu ^ojaz mozliwosci stosowania wysokiej temperatury. i Jj[acJmiaH pary''j$Mn.ej powoduje zwiekszenie zu- | zycia surowców; ple jednoczesnie zmniejsza wy- j tracanie sie sadzy! z gazu w wyniku reakcji: I ^*W**n5H^C*f|H2+19,9X4,18 kJ L^uaojgafflffieJdezjfctywacJe katalizatora.Temperatura reakcji pólspalania jest ograniczona wytrzymaloscia materialów konstrukcyjnych pal¬ nika, jest ona tym wyzsza im mniejszy nadmiar pary wodnej. W praktyce przemyslowej stosuje sie jednak stosunkowo duzy nadmiar pary wodnej, co powoduje nadmierne zuzycie surowców. Jednak z punktu widzenia teoretycznego, mozliwe jest i celowe prowadzenie procesu w wyzszej tempera¬ turze oraz przy stosunku molowym pary wodnej do wegla zawartego w weglowodorach znacznie nizszym.Z faktycznego punktu widzenia uzyskania efek¬ tów wynikajacych z powyzszych rozwazan teore¬ tycznych jest trudne z powodu stosowanego spo¬ sobu przeprowadzania- pólspalania, dla którego w praktyce przemyslowej nie mozna uzyskac zada¬ nego stopnia wymieszania mieszaniny gazu z duza iloscia pary wodnej z gazem zawierajacym tlen dla uzyskania równomiernej temperatury plomie¬ nia, w której w/w reakcja chemiczna przebiega¬ laby w pozadanym kierunku oraz ((tworzywa) ogra¬ niczonej zarowytrzymalosci palnika.Palnik dla realizacji w/w procesu moze byc róz¬ nej konstrukcji, która umozliwia mieszanie sie i pólspalanie u jego wylotu strumienia gazu zawie¬ rajacego weglowodory i pare wodna ze strumie¬ niem gazu zawierajacym tlen. Wszystkie jednak znane palniki posiadaja — pomimo róznych roz¬ wiazan konstrukcyjnych — dwie koncentrycznie usytuowane dysze — szczeliny; jedna dla stru¬ mienia mieszaniny gazu ziemnego wzglednie weglo¬ wodorów lekkich z para wodna oraz druga dla strumienia tlenu. Oba strumienie dla uzyskania jak najlepszego zmieszania reagentów wychodza z pal¬ nika pod pewnym katem z duza energia kinetyczna i ulegaja pólspalaniu u jego wylotu.W znanym procesie w warunkach panujacego cisnienia 1,0—4,5 MPa, w którym surowce pod¬ grzewa sie wstepnie do 650°C pólspalania metanu w mieszaninie z para wodna odbywa sie w jednej fazie za pomoca strumienia gazu zawierajacego tlen i zachodzi w bliskiej odleglosci od palnika.Temperatura procesu pólspalania w wyniku nie¬ wlasciwego mieszania sie substratów reakcji moze przebiegac w duzym gradiencie temperatury, a w poblizu palnika przekraczac 1250°C.W takich warunkach pracy tworzywa metalowe palnika ulegaja szybkiej korozji i erozji, szczegól- • nie w czesci styku z gazem zawierajacym tlen.Równiez tworzywa ceramiczne palnika pracujace w warunkach wyplywu gazu z duza energia kine¬ tyczna oraz wystepujacej duzej róznicy tempera¬ tury z powodów wymienionych wyzej posiadaja 10 krótka zywotnosc. Uszkodzenie palnika moze po¬ wodowac nastepujace powazne zaburzenia w pro¬ cesie wytwarzania gazu: — zachodzenie w wiekszym stopniu niz opisano to wyzej niewlasciwe mieszanie surowców do pro- 15 cesu pólspalania i podwyzszenia zawartosci me¬ tanu po krakerze, co jak wspomniano wyzej, ma znaczny wplyw na ekonomike wytwarzania pro¬ duktów z gazu syntezowego.Z tego powodu moga powstac duze róznice tempe- 20 ratury w zlozu katalitycznym i zachodzic niepoza¬ dana reakcja gazów poreakcyjnych wg równania: 2 CO =COz+C+26,4X4,18 kJ Reakcja powyzsza przebiega w temperaturze 700—800°Cze znaczna szybkoscia i powoduje dezak- * tywacje katalizatora. — niszczenie wymurówki ogniotrwalej i krakera.Celem wynalazku jest usuniecie tych niedogod¬ nosci, zmniejszenie zuzycia surowców w procesie i zwiekszenie trwalosci palnika. Zadanie to zostalo M rozwiazane poprzez opracowanie procesu pólspa¬ lania gazu ziemnego lub weglowodorów lekkich z para wodna, w którym uzywa sie dwóch oddziel¬ nych strumieni gazu zawierajacych tlen oraz pal¬ nika do prowadzenia tego procesu. 35 Wedlug wynalazku proces pólspalania w katali¬ tycznej parowo-tlenowej konwersji metanu lub weglowodorów lekkich z para wodna prowadzi sie w dwóch fazach, dzielac niezbedna do procesu ilosc tlenu na dwa strumienie.W pierwszej fazie podgrzany strumien weglowo¬ dorów z para wodna ulega pólspalaniu w strumie¬ niu gazu, zawierajacym czesc niezbednego do pro¬ cesu tlenu co zapewnia utrzymywanie sie w pobli- tf zu palnika strefy utleniajacej o nizszej temperatu¬ rze, to jest takiej, w której material, z którego wykonany jest palnik nie ulega szybkiej korozji i zniszczeniu.W drugiej fazie procesu pólspalania dozuje sie M uzupelniajacy strumien gazu zawierajacego tlen powodujacy dalsze pólspalanie substratów i pro¬ duktów pólspalania pierwszej fazy procesu. W tej fazie procesu osiagana jest i utrzymywana wlasci- wa temperatura wymagana przez proces. Realizacja sposobu wedlug wynalazku przebiegac moze, badz przez wprowadzenie w drugiej fazie procesu uzu¬ pelniajacego strumienia tlenu przez dodatkowa dysze w palniku, badz poprzez wprowadzenie tego uzupelniajacego strumienia tlenu bezposrednio do komory spalania.Palnik do stosowania tego sposobu rozwiazano w ten sposób, ze media wyprowadzane sa z niego koncentrycznie, przy czym z zewnetrznej czesci - palnika poprzez szczeline pod pewnym katem wy-120 118 dostaje sie gaz ziemny wzglednie weglowodory lekkie z para wodna, wewnatrz tego strumienia koncentrycznie pod odpowiednim katem do stru¬ mienia w/w ze szczeliny wydostaje sie strumien gazu zawierajacy tlen, a ze srodka palnika poprzez dodatkowa dysze wykonana z ognioodpornego ma¬ terialu ceramicznego lub innego odpowiedniego, dozuje sie reszte gazu zawierajacego tlen koniecz¬ nego do procesu.Przyklad wykonania palnika wedlug wynalazku przedstawiano na rysunku, na którym fig. 1 przed¬ stawia przekrój podluzny dyszy (1) dla mieszaniny gazu ziemnego, pary wodnej, dyszy (2) dla stru¬ mienia gazu zawierajacego tlen oraz dodatkowo dyszy (3) gazu uzupelniajacego zawierajacego tlen, a fig. 2 rzut przekroju poprzecznego palnika.W wyniku stosowania palnika i procesu wg wy¬ nalazku zapewnia sie dluga zywotnosc elementów konstrukcyjnych palnika i aparatury, mozliwe jest utrzymanie przez dlugi okres czasu parametrów technologicznych procesu oraz uzyskanie efektów Gpisanych wyzej.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania gazu syntezowego na drodze cisnieniowej katalitycznej parowo-tlenowej konwersji gazu ziemnego lub weglowodorów lek- s kich z para wodna, obejmujacy pólspalanie sub- stratów wprowadzonych do procesu i katalityczna konwersje substratów i produktów reakcji pól- spalania, znamienny tym, ze proces pólspalania pro¬ wadzi sie w dwóch fazach nastepujacych po sobie przy uzyciu niezbednego dla tego sposobu, gazu zawierajacego tlen, dzielonego na dwa strumienie, przy czym w pierwszej tazie nastepuje pólspalanie substratów reakcji w pierwszym strumieniu gazu zawierajacego tlenu, natomiast w fazie drugiej nastepuje dalsze pólspalanie substratów i produk¬ tów pólspalania pierwszej fazy procesu w drugim strumieniu gazu zawierajacego tlen. 2. Palnik do wytwarzania gazu syntezowego po¬ siadajacy dysze dla mieszaniny gazu ziemnego wzglednie weglowodorów lekkich z para wodna (1) i dysze dla strumienia gazu zawierajacego tlen (2), znamienny tym, ze posiada dodatkowa dysze gazu zawierajacego tlen (3). ii123 118 OZGraf. Z.P. Dz-wo, z. 310 (100+15) 12.83 Cen* IM ii PL