PL122210B2 - Two-region flow-through reactor - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest reaktor przeplywowy dwustrefowy do prowadzenia reakcji chemicznych w ukladzie jednofazowym, w którym substraty sa gazami, a produkty reakcji stano¬ wia uklad termodynamicznie nietrwaly.Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3203769 znany jest reaktor zbudo¬ wany z komory spalania polaczonej poprzez przewezenie z komora reakcyjna, pod która znajduje sie komora schladzania. Komora spalania, o kolowym przekroju poprzecznym, wyposazona jest w gómej swej czesci w palniki doprowadzajace do niej paliwo i utleniacz, które w sposób regulowany poddawane sa mieszaniu. Zmieszane paliwo i utleniacz wytwarzaja plomien w przestrzeni komory spalania. W dolnej czesci komory spalania umieszczone sa dysze wtryskowe stanowiace uklad zasilania. Dysze te usytuowane sa w równych odstepach pod katem od 0 do 45° wzgledem przekroju poprzecznego komory oraz pod katem od 0 do 90° w stosunku do stycznej poprowadzonej do sciany komory. Ponizej dysz komora spalania zweza sie i przechodzi w gardziel, która laczy sie z komora reakcyjna o kolowym przekroju poprzecznym stalym na calej swej dlugosci. Produkty reakcji, po przejsciu przez wylot komory reakcyjnej, schladzane sa woda. Znany jest równiez z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 2942043 reaktor, w którym komora reakcyjna ma ksztalt cylindryczno-stozkowy.Niedogodnoscia techniczna znanych reaktorów, jest mala ich wytrzymalosc mechaniczna, niedostateczne mieszanie surowców i powstawanie stref recyrkulacji.Przedmiotem wynalazku jest reaktor w postaci zbiornika skladajacego sie z komory wewne¬ trznego podgrzewania ukladu zasilania, komory reakcyjnej i komory schladzania. Istota wyna¬ lazku polega na tym, ze komora reakcyjna ma skokowo zmieniajaca sie srednice i polaczona jest górna czescia, o srednicy minimalnej, z ukladem zasilania a dolna o srednicy maksymalnej, z komora schladzania. Stosunek maksymalnej srednicy komory reakcyjnej do jej minimalnej sred¬ nicy wynosi od 1,1 do 3,0. Uklad zasilania ma postac pierscienia wyposazonego w 1 do 10 kanalów usytuowanych stycznie do wewnetrznego obwodu pierscienia. Stosunek minimalnej srednicy komory reakcyjnej do srednicy pierscienia wynosi 0,7 do 1,5. Natomiast objetosc komory wewnet¬ rznego podgrzewania równa jest od 0,1 do 0,45 objetosci komory reakcyjnej.2 122216 Zaleta reaktora wedlug wynalazku jest intensywne i szybkie mieszanie surowców z produk¬ tami wychodzacymi z komory wewnetrznego podgrzewania oraz eliminacja stref recyrkulacji gazów w komorze reakcyjnej. Osiagnieto to w ten sposób, ze podawana przez uklad zasilania, stycznie do sciany wewnetrznej, mieszanina surowców zostaje wprawiona w ruch wirowy i bezpos¬ rednio na wlocie do komory reakcyjnej intensywnie sie miesza z goracymi produktami wytworzo¬ nymi w komorze wewnetrznego podgrzewania. Wypadkowy kierunek przeplywu, wynikajacy z nalozenia sie ruchu wirowego mieszaniny surowców i osiowego ruchu gazów z komory wewnetrz¬ nego podgrzewu, sprawia, ze strefa zasadniczej reakcji umiejscawia sie w postaci plaskiego dysku, w dolnej czesci komory reakcyjnej. Skladowa osiowa ruchu gazów eliminuje powstawanie wew¬ netrznej strefy recyrkulacji, zas poszerzenie komory reakcyjnej likwiduje recyrkulacje zewnetrzna.W ten sposób, przy odpowiednio dobranych proporcjach wymiarowych reaktora dla danego procesu, mozna otrzymac strefe maksymalnej zawartosci pozadanego, nietrwalego produktu na poziomie komory schladzania.Przedmiot wynalazku jest objasniony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat reaktora przeplywowego w przekroju podluznym, fig. 2 — poprzeczny prze¬ krój ukladu zasilania.Przykladowy reaktor wedlug wynalazku zbudowanyjest z komory wewnetrznego podgrzewa¬ nia 1 polaczonej poprzez uklad zasilania 2 z komora reakcyjna 3, która z kolei laczy sie z komora schladzania 4. Komora wewnetrznego podgrzewania 1 o srednicy Di iNobjetosci równej od 0,1 do 0,45 objetosci komory reakcyjnej 3jest wyposazona wgórnej swej czesci w kinetyczne lub dyfuzyjne palniki 5 w liczbie od 4 do 8. Dolna czesc komory 1 laczy sie z ukladem zasilania 2 o srednicy wewnetrznej Di spelniajacej zaleznosc 0,7Di kanaly mieszankowe 6 w liczbie od 2 do 10, usytuowane stycznie do wewnetrznego obwodu ukladu zasilania. Kanaly 6 o kolowym przekroju poprzecznym D4, takim aby predkosc liniowa przeplywu mieszaniny surowców byla nie mniejsza niz 50 m/s, polaczone sa przewodami 7 z mieszalnikami surowców 8. Uklad zasilania 2 laczy sie z komora reakcyjna 3 o skokowozmieniajacej sie srednicy i calkowitej wysokosci równej od 0,5D3do IJD3, przy czym wysokosc poszerzonej czesci komory 3 o srednicy D3 wynosi od 0,2 do 0,9 calkowitej wysokosci komory.Komora reakcyjna 3 polaczona jest z komora schladzania 4 o srednicy D5 D$.Przykladowy reaktor zastosowano do pirolizy utleniajacej gazu ziemnego. Mieszanine gazu ziemnego i tlenu wytworzona w mieszalniku 8, zawierajaca 37% objetosciowych tlenu doprowa¬ dzono w ilosci 300m3/h przewodami 7 i kanalami 6 do stalowej, schlodzonej przeponowo woda komory reakcyjnej 3 z predkoscia liniowa 85 m/s. Jednoczesnie do stalowej komory wewnetrznego podgrzewania 1 doprowadzono metan i tlen palnikami 5 w lacznej ilosci 25 mVh poddajac je spalaniu tak, aby temperatura spalin byla równa 1900 K. Zmieszane strumienie mieszanin^ do pirolizy utleniajacej i spalin ulegaja zapaleniu i tworza w dolnej czesci komory reakcyjnej 3 plomien o temperaturze 1800-2000 K. W plomieniu uformowanym w ksztalcie plaskiego dysku, zachodzi spalanie weglowodorów do tlenku wegla, wodoru i wody i jednoczesnie piroliza weglowodorów do acetylenu. Gorace produkty zostaja schlodzone w komorze 4 przez wtrysk wody, a po opuszczeniu reaktora króccem kierowane sa do oczyszczania i rozdzielania. Otrzymany gaz poreakcyjny posiada nastepujacy sklad w % objetosciowych: 57,2% H2,26,1% CO, 8,7% C2H2,6,0% CO2,1,4% CH4, 0,4% C2H4 i 0,1% O2, co odpowiada konwersji metanu do acetylenu 37,2%.Zastrzezenia patentowe 1. Reaktor przeplywowy dwustrefowy skladajacy sie z komory wewnetrznego podgrzewania polaczonej poprzez uklad zasilania z komora reakcyjna i komora schladzania, znamienny tym, ze komora reakcyjna posiada skokowo zmieniajaca sie srednice, przy czym czesc górna komory o srednicy minimalnej (D2) polaczona jest z ukladem zasilania (1) zas dolna, o srednicy maksymalnej (D3) polaczona jest z komora schladzania (4), zas stosunek maksymalnej srednicy (D3) wynosi od 1,1 do 3, ponadto uklad zasilania ma postac pierscienia wyposazonego w kanaly usytuowane stycznie do wewnetrznego obwodu pierscienia, przy czym stosunek minimalnej srednicy (D2) komory reakcyjnej do srednicy (Di) pierscienia wynosi od 0,7 do 1,5, a objetosc komory wewnetrz-122 210 3 nego podgrzewania (1) równa jest od 0,1 do 0,45 objetosci komory reakcyjnej. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze pierscien zawiera od 2 do 10 kanalów. mieszanina 5 utleniacz surowców -czt\Mo ok^l-4 woda Rg.1 woda produkty surowiec\ Fig. 2 PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Reaktor przeplywowy dwustrefowy skladajacy sie z komory wewnetrznego podgrzewania polaczonej poprzez uklad zasilania z komora reakcyjna i komora schladzania, znamienny tym, ze komora reakcyjna posiada skokowo zmieniajaca sie srednice, przy czym czesc górna komory o srednicy minimalnej (D2) polaczona jest z ukladem zasilania (1) zas dolna, o srednicy maksymalnej (D3) polaczona jest z komora schladzania (4), zas stosunek maksymalnej srednicy (D3) wynosi od 1,1 do 3, ponadto uklad zasilania ma postac pierscienia wyposazonego w kanaly usytuowane stycznie do wewnetrznego obwodu pierscienia, przy czym stosunek minimalnej srednicy (D2) komory reakcyjnej do srednicy (Di) pierscienia wynosi od 0,7 do 1,5, a objetosc komory wewnetrz-122 210 3 nego podgrzewania (1) równa jest od 0,1 do 0,45 objetosci komory reakcyjnej.
2. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze pierscien zawiera od 2 do 10 kanalów. mieszanina 5 utleniacz surowców -czt\Mo ok^l-4 woda Rg.1 woda produkty surowiec\ Fig. 2 PL