PL63315B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: Opublikowano: 10.XI.1971 63315 KI. 12 i, 1/16 *5XP C 01 b, 1/16 CZYTELNIA SIT Twórca wynalazku: Gianfranco Bedetti Wlasciciel patentu: Montecatini Edison S.p.A., Mediolan (Wlochy) Sposób wytwarzania mieszanin gazowych, zawierajacych wodór i tlenek wegla, przez czesciowe spalanie cieklych weglowodorów i urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania mieszanin gazowych, zawierajacych wodór i tlenek wegla, przez czesciowe spalanie cieklych weglo¬ wodorów z utleniaczem gazowym, którym jest tlen lub mieszanina gazowa, zawierajaca tlen, przy czym do tej mieszaniny mozna dodawac pare wodna.Wynalazek dotyczy takze urzadzenia do stosowa¬ nia tego sposobu.Znany jest sposób, w którym prowadzi sie rozpy¬ lenie cieklych weglowodorów pod postacia mgly i kolejne mieszanie i spalanie z utleniaczem gazowym, podawanym z mala .szybkoscia. Proces ten oparty jesT ma konwencjonalnych metodach, spalania z po¬ wietrzem w piecach, w których jednak warunki pa¬ nujace w komorze spalania, bardzo róznia sie od warunków, jakie panuja w komorze reakcyjnej dla czesciowego spalania, celem wytwarzania gazów, zawierajacych wodór i tlenek wegla. W tym pro¬ cesie zwykle paliwo ciekle rozpyla sie pod postacia mgly, na przyklad za pomoca rozpylaczy, rozpy¬ lajacych ciecz pod cisnieniem lub rozpylajacych ja za pomoca strumienia pary przed zmieszaniem w reaktorze, z utleniaczem gazowym, który po¬ daje sie powoli do komory, w poblizu strefy za¬ silania rozpylonego paliwa.Wiadomo równiez, ze w procesie rozpylania cie¬ czy pod postacia mgly strumieniem gazu, najkorzy¬ stniej jest, gdy szybkosc gazu jetet dostatecznie wy¬ soka, poniewaz stopien rozpylania cieczy wzrasta nie tylko z szybkoscia, lecz takze z iloscia gazu 15 20 25 30 rozpylajacego. Wiadomo tez, ze wzrostowi stopnia rozpylania cieklego paliwa odpowiada wzrost wy¬ dajnosci instalacji, wytwarzajacej gazy, zawieraja¬ ce wodór i tlenek wegla, gdyz zarówno ilosc wy¬ tworzonej sadzy jest nizsza, jak i w konsekwencji wzrasta wydajnosc procesu zgazowamia.Z tego, co wyzej napisano wynika, ze mozliwe jest zastosowanie utleniacza gazowego jako czyn¬ nika rozpylajacego o wysokiej szybkosci, co wply¬ wa na korzystne prowadzenie procesu rozpylania przy wysokim stosunku czynnika rozpylajacego do cieklego paliwa, oraz zapobiega rozpylaniu cieczy przed zetknieciem sie jej z utleniaczem gazowym.Ponadto w konwencjonalnych palnikach, wyposa¬ zonych w rozpylacze parowe, paliwo rozpylane jest strumieniem pary technologicznej, o wysokiej szybkosci, przy czym stosunek rozpylajacego czyn¬ nika gazowego, do cieklego paliwa wynosi srednio 0,5 kg/kg, a wiec jest za miski. Wynalazek pozwala na unikniecie rozpylania cieczy przez zetkniecie jej z utleniaczem gazowym.W sposobie wedlug wynalazku oddzielnie wpro¬ wadza sie do komory reakcyjnej zarówno ciekle paliwo, jak i utleniacz gazowy tak, aby uzyskac gruntowne zmieszanie, konieczne dla procesu spa¬ lania, zwanego spalaniem typu dyfuzyjnego, w od¬ róznieniu od procesu ze wstepnym mieszaniem.Ciekle paliwo moze byc ropa naftowa i produktami jej destylacji lub rozkladu termicznego, od lekkich do najciezszych frakcji. Wymagania odnosnie sta- 63 31563 3 bilnosci plomienia, w przypadku stasowania tego samego paliwa zaleza od rodzaju i ilosci utleniacza gazowego, od ukladu gazów poza strefa plomienia, od temperatury scian komory spalania.W wyniku tego, procesy czesciowego spalania dla 5 wytwarzania gazów, zawierajacych wodór i tlenek wegla, moga ibyc prowadzone w sposób rózniacy sie od sposobów konwencjonalnych. Wedlug wynalaz¬ ku wprowadza sie utleniacz gazowy zmieszany z para i mieszanine te stosuje sie do rozpylania cie- 10 klego paliwa.Stosunek rozpylajacego utleniacza gazowego do paliwa osiaga przecietnie wartosc 1,6 kg/kg. W celu uzyskania wysok^ej^ydajnasci, ilosc wytwarzanej sadzy musi spasc \fo; minimum, a dla osiagniecia tego konieczne jest wlasciwe rozpylanie cieklego paliwa. Rozpylanie wymaga duzej ilasci, oraz du¬ zej szybkosci rozpalajacego utleniacza gazowego.Przy zachowaniu powyzszych warunków rozpy¬ lenie jest wystarczajace, o ile spelniony jest wa¬ runek przyspieszenia przeplywu mieszaniny w dy- 20 szy rozprezajacej, w celu otrzymania na wlocie do komory reakcyjnej, strumienia o szybkosci zwy¬ kle w zakresie od 200—500 m/sek. Wedlug wyna¬ lazku nastepuje zapobieganie rozpylaniu paliwa w postaci mgly, zanim zostanie ono zmieszane z utle- 25 niaczem gazowym. Wedlug wynalazku sposób wy¬ twarzania mieszanin gazowych, zawierajacych wo¬ dór i tlenek wegla, przez czesciowe spalanie pod wysokim cisnieniem cieklych weglowodorów z utle¬ niaczem gazowym, którym jest tlen lub miesza- 30 nina gazowa zawierajaca tlen, ewentualnie z dodat¬ kiem pary wodnej, .polega na tym, ze spalaniu pod¬ daje sie ciekle weglowodory, wprowadzane do ko¬ mory reakcyjnej w .postaci ciaglej warstwy, w która uderza oddzielnie doprowadzany z duza szybkoscia 35 utleniacz gazowy, rozpylajac te warstwe, z jedno¬ czesnym spalaniem powstalej mieszaniny reakcyj¬ nej. Strumien utleniacza gazowego przyspiesza sie w dyszy rozprezajacej, bezposrednio przed wej¬ sciem do komory reakcyjnej, przy czym cisnienie 40 w dyszy spada z prawie izoentropowa przemiana, do wartosci cisnienia, panujacego w komorze reak¬ cyjnej. Utleniacz gazowy wprowadza sie do ko¬ mory reakcyjnej przez dysze rozprezajaca zakonczo¬ na stozkowym rozszerzeniem w celu uksztaltowa- 45 nia wydrazonego strumienia. Ciekle paliwo poda¬ wane jest od srodkowej strony tego strumienia i zderza sie z nim w postaci ciaglej warstwy po¬ siadajacej stozkowy ksztalt, wspólosiowo z piers¬ cieniowym strumieniem utleniacza gazowego. Cien- 50 ki, uformowany w ksztalcie stozka strumien cie¬ klego paliwa, wytwarza sie przez przelewanie z przelewu kolowego, zasilanego z komory wiro¬ wej, wyposazanej w silne pole odsrodkowe, w celu otrzymania warstewki cieczy, zwilzajacej wewne- 55 trzna powierzchnie dyszy zasilajacej, az po strefe zderzenia z pierscieniowym strumieniem utlenia¬ cza gazowego. Strumien paliwa dzieli sie przed wprowadzeniem go do komory wirowej na dwa strumienie. Strumieniowi glównemu nadaje sie ruch 60 obrotowy za pomoca elementu zawirowujacego i miesza sie go z drugim strumieniem, któremu nie nadano zadnego ruchu obrotowego. Mieszanie to nastepuje w komorze mieszania, zasilajacej wiro¬ wa komore dyszy podajacej ciekle paliwo. 65 4 Urzadzenie sklada sie z obudowy, w które} wspólsrodkowo ruchomo w kierunku osi osadzona jest zasilajaca dysza do podawnia cieklego paliwa, a wewnatrz obudowy miedzy wewnetrzna jej po¬ wierzchnia a powierzchnia zewnetrzna dyszy za¬ silajacej znajduje sie komora spalania, do której prowadzi umieszczony w scianie obudowy wlot do wprowadzania utleniacza gazowego. W dolnej cze¬ sci sciana obudowy ma zwezenie, tworzace dysze; rozprezajaca, zakonczona stozkowym rozszerzeniem, stanowiacym wylot, do wprowadzania utleniacza gazowego do dolnej przestrzeni, stanowiacej komo¬ re reakcyjna, do której przez dysze rozprezajaca wysunieta jest poza rozszerzenie koncowa czesc dy¬ szy zasilajacej majaca ksztalt scietego stozka, zwe¬ zajacego sie ku dolowi.Dysza zasilajaca ma wewnatrz rure, prowadzaca do elementu zawirowujacego, pod którym umiesz¬ czony jest grzybek tak, ze przestrzen pierscieniowa, ograniczona sciana dyszy zasilajacej i powierzchnia grzybka, tworzy komore mieszania, a pad grzyb¬ kiem znajduje sie cylindryczna komora wirowa, przy czym dysza zasilajaca ma w dolnej czesci wystep pierscieniowy, a na koncu dyszy zasilajacej znajduje sie stozkowo rozszerzony wylot, natomiast w górnej czesci tej dyszy jest wlot do wprowadza¬ nia cieklego paliwa oraz zawór do regulowania przeplywu cieklego paliwa.W ten sposób w urzadzeniu utworzone sa dwie wspólosiowo koncentryczne komory cylindryczne, zasilajace komore reakcyjna. Zewnetrzna komora podaje utleniacz gazowy o duzej szybkosci, uzys¬ kanej w dyszy rozprezajacej, gdzie cisnienie spada z wartosci cisnienia, panujacego w komarze zew¬ netrznej do wartosci cisnienia panujacego w ko¬ morze reakcyjnej. Wewnetrzna komora podaje cie¬ kle paliwo, posiadajace wysoki moment obrotowy, uzyskany za pomoca elementu zawirowujacego.W dyszy do podawania cieklego paliwa utworzona jest komora wirowa, do której paliwo podawane jest rura zasilajaca. Element zawirowujacy nadaje cieczy ruch obrotowy, dzieki czemu ciecz przelewa sie z przelewu kalowego i zwilza koncowa czesc dyszy zasilajacej. Paliwo uderza w strumien utle¬ niacza gazowego, przyjmujac postac ciaglej war¬ stwy.Dysza do wprowadzania cieklego paliwa jest ru¬ choma w kierunku swojej osi, zas dysza rozprezaja¬ ca ma zmienny przekrój wylotowy, co pozwala na regulowanie szybkosci strumienia utleniacza gazo¬ wego.Oddzielna dysza do cieklego paliwa pozwala na uzyskiwanie ostrych zmian predkosci przeplywu pa¬ liwa.Przyklad wykonania urzadzenia przedstawiionjr jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia prze¬ krój poprzeczny urzadzenia, oraz fig. 2 przedsta¬ wia bardziej szczególowo glówna czesc fig. 1. Na obu figurach 1 oznacza komore reakcyjna, do której wprowadza sie przez stozkowe rozszerzenie 7 utle¬ niacz gazowy o wysokiej szybkosci, uzyskanej w dyszy rozprezajacej 6, gdzie cisnienie spada z war¬ tosci cisnienia panujacego w komorze 5 do aktual¬ nej wartosci w kamorze 1.Stosunek tych dwóch cisnien nazywac sie bedzie dalej stosunkiem rozprezenia. Do komory 5 pro-63 3 5 wadzi umieszczony w scianie obudowy wlot 4 do wprowadzania utleniacza gazowego, wstepnie zmie¬ szanego, który sklada sie z kilku skladników gazo¬ wych, lub wyposazona jest w kilka otworów zasi¬ lajacych, oznaczonych cyfra 4 dla gazów, wchodza- 3 cych w sklad utleniacza gazowego, w przypadku gdy pozadane jest aby ich zmieszanie zachodzilo w komorze 5. Stozkowe rozszerzenie 7, przymykane jest w srodkowej czesci przez zasilajaca dysze 2 do wprowadzania cieklego paliwa, przy czym dysza 2 10 ma wewnatrz rure 9, prowadzaca do elementu zawi- rowujacego 10, pod którym umieszczony jest grzy¬ bek 15 tak, ze przestrzen pierscieniowa, ograniczo¬ na sciana dyszy 2 i igrzybkiem 15 tworzy komore mieszania 11, a pod grzybkiem znajduje sie cylin- 15 dryczna komora wirowa 12. Element zawirowujacy nadaje cieczy ruch obrotowy, dzieki czemu ciecz przelewa sie z przegrody tworzacej wystep pierscie¬ niowy 13 i zwilza koncowa czesc wylotu 14 dyszy zasilajacej, która w ten sposób zabezpiecza sie 20 przed dzialaniem gazów o wysokiej temperaturze.Paliwo uderza w pierscieniowy strumien utlenia¬ cza gazowego, który doprowadzany jest przez stoz- kowo rozszerzony wylot 7. Paliwo zderzajace sie ze strumieniem gazowym ma postac ciaglej warstwy, ¦ która moze miec grubosc od kilku dziesietnych mi¬ limetra do kilku milimetrów.Na fig. 1 /pokazany jeist równiez zawór 3, który po¬ zwala uzyskiwac ostre zmiany predkosci przeplywu paliwa, przy utrzymaniu cisnienia podawanego pa- liwa na tym samym poziomie. Mianowicie, ze stru¬ mienia paliwa doprowadzanego przez wlot 8 od¬ dziela sie strumien omijajacy element zawirowu¬ jacy 10. Strumien ten miesza sie bez uprzedniego nadawania mu jakiegokolwiek ruchu obrotowego z glównym strumieniem w komorze mieszania 11, zasilajacej komore wirowa 12. To urzadzenie do nastawiania i rozdzielania strumienia glównego na dwa mniejsze, moze nie miec zastosowania. W tym przypadku paliwo, doprowadzane wlotem 8, pro- 4Q wadzi sie przez jeden przewód, odpowiadajacy ru¬ rze 9 na fig. 1, do elementu zawirowujacego 10.Jak to pokazano na fig. 1, zasilajaca dysza 2 do podawania cieklego paliwa jest ruchoma w kie¬ runku swojej osi tak, aby dzieki okreslonemu tó ksztaltowi pierscieniowej dyszy rozprezajacej 6, mozna bylo uzyskac zmiany przekroju stozkowego rozszerzenia 7. Tak wiec dysza 6 jest dysza rozpre¬ zajaca o zmiennym przekroju wylotowym. Ta moz¬ liwosc nastawiania pozwala na regulowanie szyb- 50 kosci strumienia utleniacza gazowego, wychodzace¬ go zeniami i w konsekwencji ma wplyw na regulowa¬ nie produkcji gazów, zawierajacych wodór i tlenek wegla w warunkach optymalnej wydajnosci. ^ W urzadzeniu do komory reakcyjnej wprowadzo¬ ny jest z zewnetrznej komory utleniacz gazowy, przyspieszany do duzej predkosci przez koncowe cisnienie dlawiace, a z wewnetrznej komory ciekle paliwo, posiadajace wysoki moment obrotowy, 60 uzyskany za pomoca elementu izawirowujacego.Przedluzenie koncowej czesci wewnetrznej cylin¬ drycznej komory i obrotowy ruch strumienia cie¬ klego paliwa tak sa ustalone, ze pozwalaja otrzy¬ mac strumien utleniacza gazowego o duzej szyb- 65 kosci, który zderza sie ze strumieniem paliwa w 6 postaci ciaglej warstwy, w stanie nie rozpylonym* przy czym ciekle paliwo zwilza wszystkie po¬ wierzchnie wewnetrznej komory. Zasadniczymi elementami w urzadzeniu jest zarówno dysza przyspieszajaca dla utleniacza gazowego jak i po¬ wierzchnia przelewowa o odpowiednim ksztalcie dla cieklego paliwa, które zwilza powierzchnie, az do strefy zderzenia z pierscieniowym strumieniem utleniacza gazowego.Przyklad I. Poddano zgazowaniu olej opalo¬ wy na drodze czesciowego spalania z powietrzem w temperaturze 1300° C i przy cisnieniu utleniacza gazowego 2 kg/om2. Ilosc wytworzonej w procesie zezowania sadzy wyniosla 3% ilosci wyjsciowego wegla w surowcu przy stosunku rozprezania 1,10 oraz okolo 0,8% przy stosunku rozprezania 1,60.Przyklad II. Olej opalowy zgazowano przez czesciowe spalanie w obecnosci tlenu i pary wod¬ nej, w temperaturze 1300° C i przy cisnienia utle¬ niacza gazowego okolo 20 kg/cm2. Ilosc wytworzonej sadzy w procesie zgazowania, w tych samych jak uprzednio warunkach, z wyjatkiem cisnienia utle¬ niacza gazowego, przy wzroscie wydajnosci mie¬ szaniny gazowej CO + H2, wynosi okolo 3% w odniesieniu do wydajnosci, uzyskanej w konwencjo¬ nalnym procesie typu dyfuzyjnego, w którym ciekle paliwo rozpyla sie para, a pózniej miesza ze stru¬ mieniem tlenu.Urzadzenie wedlug wynalazku zapewnia zmiesza¬ nie wszystkich gazowych czynników, tak, aby moz¬ na bylo rozporzadzac duza iloscia czynnika gazo¬ wego do rozpylania. Rozprezenie czynnika gazo¬ wego ma na celu wytworzenie u wlotu do komory reakcyjnej strumienia o duzej predkosci. Podawa¬ nie cieklego paliwa dokonywane jest w ten sposób, aby koncowa czesc przyrzadu, wytwarzajacego warstwe paliwa, byla przez nie zwilzana.Wynalazek pozwala na osiagniecie duzych szyb¬ kosci zarówno strumienia gazu jak i cieklego pa¬ liwa. Stosunek maksymalnego do minimalnego ob¬ ciazenia moze przekraczac wartosc 5 :1 dla duzych mocy produkcyjnych (wiecej niz 200 ton amoniaku na dobe).Szczególne uksztaltowanie plomienia, uformowa¬ nego przez dysze zasilajaca, oraz stabilnosc plomie¬ nia uzyskana dzieki ruchowi wirowemu, wytworzo¬ nemu przez moment, nadany doprowadzanej cieczy, pozwala uzyskiwac bardzo duza przepustowosc urzadzen gazyfikujacych (1000 ton amoniaku na dobe). PL PL

Claims (6)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania mieszanin gazowych za¬ wierajacych wodór i tlenek wegla, przez czesciowe spalanie pod wysokim cisnieniem cieklych weglo¬ wodorów z utleniaczem gazowym, którym jest tlen lub mieszanina gazowa, zawierajaca tlen, ewentu¬ alnie z dodatkiem pary wodnej, znamienny tym, ze spalaniu poddaje sie ciekle weglowodory wpro¬ wadzane do komory reakcyjnej w postaci ciaglej warstwy, z która zderza sie oddzielnie doprowa¬ dzany z wylsoka szybkoscia utleniacz gazowy, rozpy¬ lajac te warstwe z jednoczesnym spalaniem po¬ wstalej mieszaniny reakcyjnej.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze do komory reakcyjnej wprowadza sie utleniacz ga- 1SL63 315 8 zowy w postaci strumienia gazowego, którego pred¬ kosc przyspiesza sie w dyszy rozprezajacej, bezpo¬ srednio przed wejsciem do komory reakcyjnej, przy czym cisnienie w dyszy spada z prawie izoentropo- wa przemiana do wartosci cisnienia, panujacego w komorze reakcyjnej.

3. Sposób wedlug zastrz. 1—2, znamienny tym, ze utleniacz gazowy wprowadza sie do komory reak¬ cyjnej w postaci wydrazonego strumienia, o prawie cylindrycznym ksztalcie, a ciekle weglowodory po¬ daje sie do srodkowej strony tego strumienia, przy czym weglowodory te zderzaja sie z tym strumie¬ niem, przyjmujac postac ciaglej warstwy o prawie stozkowatym ksztalcie, wspólosiowo z pierscienio¬ wym strumieniem utleniacza gazowego.

4. Sposób wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze utleniacz gazowy wprowadza sie do komory reak¬ cyjnej dysza, której przekrój reguluje sie za pomo¬ ca osiowego, wewnetrznego elementu.

5. Sposób wedlug zastrz. 1—4, znamienny tym, ze do komory reakcyjnej wprowadza sie ciekle we¬ glowodory w postaci strumienia uformowanego w ksztalcie stozka, wytworzonego przez przelewanie z przelewu kolowego, zasilanego z komory wiro¬ wej, wyposazonej w silne pole odsrodkowe w celu otrzymania warstwy cieczy, zwilzajacej wewnetrz¬ na powierzchnie komory az po strefe zderzenia z pierscieniowym strumieniem utleniacza gazowego.

6. Sposób wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze strumien weglowodorów dzieli sie przed wprowa¬ dzeniem go do komory wirowej na dwa strumienie, przy czym glównemu strumieniowi nadaje sie ruch 10 15 obrotowy i miesza sie go z drugim, który nie ma ruchu obrotowego, zas mieszanie obu strumieni na¬ stepuje w komorze mieszania, zasilajacej komore wirowa, podajaca ciekle paliwo. T. Urzadzenie do stosowania sposobu wedlug za¬ strz. 1, znamienne tym, ze sklada sie z obudowy (16) w której wspólsrodkowo, ruchomo w kierun¬ ku osi osadzona jest zasilajaca dysza (2) do poda¬ wania cieklego paliwa, a wewnatrz obudowy (16) miedzy wewnetrzna jej powierzchnia a powierzch¬ nia zewnetrzna dyszy (2) znajduje sie komora (5), do której prowadzi umieszczony w scianie obudowy wlot (4) do wprowadzania utleniacza gazowego przy czym komora <5) ma w dolnej czesci zwezenie tworzace dysze rozprezajaca (6), zakonczona stoz¬ kowym rozszerzeniem (7), stanowiacym wylot do wprowadzania utleniacza do dolnej przestrzeni, sta¬ nowiacej kom'ore reakcyjna (1), do której przez dy¬ sze rozprezajaca (6) wysunieta jest poza rozszerze¬ nie (7) koncowa czesc dyszy zasilajacej (2) majaca ksztalt stozka scietego zwezajacego sie ku dolowi, zas dysza zasilajaca (2) ma wewnatrz rure (9), prowadzaca do elementu zawirowujacego (10), pod którym umieszczony jest grzybek (15), tak, ze prze¬ strzen pierscieniowa ograniczona sciana dyszy (2) i grzybkiem (15) tworzy komore mieszania (11), a pod grzybkiem (15) znajduje sie cylindryczna ko¬ mora wirowa (12), przy czym dysza (2) ma w dol¬ nej czesci wystep pierscieniowy (13), a na koncu dysza (2) ma stozkowo rozszerzony wylot (14), na¬ tomiast w górnej czesci dyszy (2) znajduje sie wlot (8) do wprowadzania cieklego paliwa, oraz zawór (3) do regulowania przeplywu cieklego paliwa. EgJ. E&£ ZP „Ruch" W-wa, zam. 703-71, nakl. 240 egz. PL PL