Pierwszenstwo: 50507 28.11.1964 (P 103 900) KI. 12 k, 1/06 MKP COlfc J2/30 Opublikowano: 25.11.1966 CZYTELNIA UKD 661.53.07 Urzedu Pa*ento*«*qo Wspóltwórcy wynalazku: Adam Bazan, Antoni Rózycki, Roman Jarawka, Tadeusz Marchewka, Tadeusz Swierzowicz Wlasciciel patentu: Zaklady Chemiczne „Oswiecim", Oswiecim (Polska) Urzadzenie do wytwarzania gazu syntezowego Znane sa rózne rodzaje urzadzen do wytwarza¬ nia gazu syntezowego przez katalityczna konwersje metanu lub innych weglowodorów z para wodna przeznaczone do pracy ciaglej lub okresowej. Wy¬ nalazek dotyczy urzadzen, w których konwersje prowadzi sie okresowo na przemian z nagrzewa¬ niem wnetrza urzadzenia cieplem, okresowo spa¬ lanego gazu. W znanych urzadzeniach tego typu glównymi elementami sa komora reakcyjna i ko¬ mora spalania polaczona z regeneratorem ciepla, oraz szereg dalszych elementów jak wymienniki ciepla, kociol utylizator ciepla odlotowego, kcmin, skruber do przemywania i chlodzenia wyproduko¬ wanego gazu itp.W pracy tych znanych urzadzen stwierdzono dwie glówne wady: szybkie zuzywanie sie komo¬ ry spalania i pochodzaca stad koniecznosc jej czestego remontu zwlaszcza naprawy ogniotrwalej wymurówki oraz wydzielanie sie sadzy na kataliza¬ torze utrudniajace przebieg reakcji. Urzadzenie wedlug wynalazku opisane ponizej nie wykazuje tych wad.Badanie pracy urzadzen znanych wykazalo dwie przyczyny uszkadzania wymurówki komory spa¬ lania. Jedna z nich polega na oslabianiu wymu¬ rówki przez wstrzasy zwiazane z wybuchowym za¬ plonem gazu na poczatku okresów nagrzewania.Druga polega na erozji wymurówki para w okre¬ sach konwersji. 25 30 Zaplon gazu nastepuje dlatego wybuchowo, ze przy produkcji gazu syntezowego konieczne jest wprowadzanie gazu palnego i powietrza od razu pelnym strumieniem. Zanim mieszanina wybucho¬ wa zetknie sie z dostatecznie goracym miejscem wymurówki, aby nastapil zaplon, juz zdola sie nagromadzic wieksza ilosc tej mieszaniny. Wy¬ buchy w znanych urzadzeniach bywaja czasem sil¬ niejsze, czasem slabsze; ich wielka czestotliwosc (zaplon odbywa sie okolo 500 razy na dobe), do¬ prowadza do szybkiego oslabienia wymurówki.Próbowano zmniejszac sile wybuchu przez do¬ prowadzanie mniejszej ilosci gazu i powietrza az do chwili kiedy nastapi zaplon, a dopiero nastepnie zwiekszac strumien mieszaniny wybuchowej. Jed¬ nakze ten srodek sprzeciwia sie ogólnej daznosci do skrócenia okresu nagrzewania do minimum, aby ta droga uzyskac jak najwieksza produkcje.Próbowano stosowanie palników zaplonowych, których zadaniem jest palenie sie bez przerwy.Jednakze palenie sie tych palników w okresie kon¬ wersji wprowadza spaliny do gazu produkowane¬ go. Dla niektórych syntez jest to niedopuszczalne, poniewaz wymagaja one gazu praktycznie wolne¬ go od azotu. Ponadto okazalo sie, ze palniki te nie stanowia niezawodnego srodka zaplonu poniewaz zdarza sie, ze wirujaca para wodna w okresie kon¬ wersji gasi te palniki, Wynalazek polega przede wszystkim na wy¬ dzieleniu z komory spalania czesci zaplonowej 5050750507 o stosunkowo malej srednicy wynoszacej np. XU srednicy pozostalej czesci komory. Palnik lub pal¬ niki umieszczone sa w dole czesci zaplonowej komory, wobec czego sciany tej czesci rozzarzaja sie do bardzo wysokiej temperatury znajdujac sie 5 w bezposrednim zetknieciu z plomieniem w okre¬ sie nagrzewania.W okresie konwersji, para wodna ma dostep ograniczony do tej zwezonej czesci komory i prak¬ tycznie nie chlodzi jej rozzarzonej sciany. Ponadto 10 odleglosc od palnika do rozzarzonej sciany jest tu minimalna, wobec tego zaplon nastepuje momen¬ talnie z chwila wejscia gazu i powietrza. Mozli¬ wosc nagromadzenia sie wiekszej ilosci mieszaniny wybuchowej jest przez to wykluczona. Rozwiaza- ni^ zapfcjjii^^Ctfligowynalazku pozwala na jak naj¬ szybsze otwieranie zaworów gazu i powietrza od razu na pelny przeplyw, aby okres ogrzewania mógl byc mozliwie krótki.Ponadto wynalazek polega na umieszczeniu do- 20 plywu pary do komory spalania w dolnej szero¬ kiej czesci tej komory. Kanaly doprowadzajace pare rozmieszczone sa na obwodzie w równym podziale katowym w ilosci 3, 4 lub 6. Wyloty tych kanalów umieszczone sa w jednej plaszczyznie po- 25 ziomej i skierowane dosrodkowo skosnie ku gó¬ rze. Wygodne doprowadzenie pary do kanalów sta¬ nowi pierscieniowy poziomy rurociag obejmujacy z zewnatrz komore spalinowa. Okazalo sie, ze pa¬ ra tak doprowadzona nawet przy bardzo wielkiej OA 30 predkosci wylotowej nie uderza bezposrednio w wymurówke po przeciwnej stronie, gdyz w srod¬ ku komory powstaja wiry, w których wyladowuje sie energia kinetyczna pary.Zastosowanie wymienionych cech komory spala- 35 nia wplynelo na wielokrotne przedluzenie okresu pracy wymurówki, a tym samym zmniejszylo cze¬ stotliwosc postojów urzadzenia w celu remontu.Dalsza wade urzadzen znanych, która stanowi osadzanie sie sadzy, udalo sie usunac wedlug wy- 40 nalazku przez oddalenie od katalizatora punktu doprowadzenia gazu do strumienia przegrzanej pary, a mianowicie umieszczenie tego doprowadze¬ nia tuz poza regeneratorem.Wydzielanie sie sadzy nastepuje przy zbyt malym nadmiarze pary w stosunku do gazu weglowodo¬ rowego. Jezeli globalny stosunek pary do gazu nie uzasadnia wydzielania sie sadzy, a mimo tego sa¬ dza sie wydziela, przyczyna wydzielania jest zle wymieszanie. Przeniesienie doprowadzenia gazu 50 sprzed zloza katalizatora do górnej czesci komory spalania ponad wypelnienie stanowiace regenera¬ tor, w którym to wypelnieniu para osiaga wy¬ soka temperature, spowodowalo znaczna popra¬ we dzieki temu, ze do mieszania gazu z para zo- 55 stal wykorzystany caly rurociag laczacy komore spalania z komora reakcyjna. Ponadto korzystne okazalo sie umieszczenie w tym rurociagu dowol¬ nego znanego ukladu zwiekszajacego turbulencje gazu, czyli uczynienie z tego rurociagu mieszal- 6o nika.Przyklad urzadzenia wedlug wynalazku jest przedstawiony na rysunku schematycznym czes¬ ciowo w przekroju pionowym.Komora 1 spalania polaczona jest z komora re- 65 generatora 2 ciepla i stanowi z nia jeden obiekt- Dolna czesc komory spalania jest znacznie wez¬ sza niz calosc i stanowi komore 3 zaplonowa- W dnie tej komory umieszczony jest palnik 4. Na rysunku uwidocznione sa trzy dysze tego palnika.W scianie komory 1 uksztaltowane sa kanaly 5 do wprowadzania pary do jej wnetrza z poziomego pierscieniowego rurociagu 6 opasujacego komore.Kanaly 5 sa skierowane dosrodkowo oraz skosnie ku górze. Wylot z komory 1 poprzez regenerator 2 prowadzi przez glowice 7 zabezpieczona klapa 8 przeciwwybuchowa. W glowicy 7 umieszczony jest wlot 9 gazu weglowodorowego, poddawanego kon¬ wersji. Lacznik 10 laczy glowice 7 z komora kata¬ lityczna 11, której zloze katalizatora 12 spoczywa na ruszcie 13. Lacznik 10 jest rurociagiem zaopa¬ trzonym w wewnetrzna wymurówke.W laczniku tym znajduje sie mieszalnik 14 sta¬ nowiacy znany uklad cegiel, który powoduje wiek¬ sza turbulencje, a przez to i mieszanie gazu. Dal¬ sze elementy urzadzenia stanowia wymiennik cie¬ pla 15 do podgrzewania gazu kierowanego do kon¬ wersji, wymiennik ciepla 16 do podgrzewania pary, skruber 17 do przemywania i chlodzenia wypro¬ dukowanego gazu syntezowego i komin 18 dla ga¬ zów spalinowych. Na rysunku uwidoczniony jest szereg zasuw lub zaworów sterowanych hydraulicz¬ nie, pneumatycznie lub elektromagnetycznie nie oznaczonych liczbami, których zadaniem jest otwie¬ ranie i zamykanie rurociagów przy przejsciu z okresu nagrzewania na okres konwersji i prze¬ ciwnie. C Dzialanie urzadzenia jest nastepujace. W okre¬ sie nagrzewania gaz spala sie w komorze spalania wyplywajac wraz z powietrzem z palnika 4, przy czym najsilniej rozzarza sie wymurówka komory zaplonowej 3. Gorace spaliny prowadzone do ko¬ mina 18 nagrzewaja wnetrze urzadzenia wlacznie z jego wymurówka, regeneratorem 2 i zlozem ka¬ talizatora 12. W okresie konwersji palnik jest za¬ gaszony, a do komory spalinowej doprowadza sie pare kanalami 5, która ogrzewajac sie od wymu¬ rówki komory przechodzi nastepnie przez regene¬ rator 2 gdzie ogrzewa-sie dalej, po czym w glo¬ wicy 7 miesza sie z gazem. Dokladniejsze wymie¬ szanie nastepuje w laczniku 10, a zwlaszcza w mie¬ szalniku 14, po czym mieszanina pary z gazem o wysokiej temperaturze reaguje na katalizatorze 12. Gaz skonwertowany oddaje czesc ciepla w wy¬ miennikach 15 i 16, a nastepnie chlodzi sie woda w skruberze 17.Z chwila rozpoczecia okresu ogrzewania, mie¬ szanina gazu z powietrzem opuszczajaca palnik 4 styka sie natychmiast z rozzarzona wymurówka komory 3, która w okresie konwersji nie zostala ochlodzona para kierowana do szerszej czesci ko¬ mory spalinowej 1. Dlatego zaplon nastepuje mo¬ mentalnie i praktycznie bez wybuchu. Doskona¬ le wymieszanie goracej pary z gazem wyklucza osadzanie sie sadzy na katalizatorze. PL