RU170250U1

RU170250U1 - Device for producing synthesis gas

Info

Publication number: RU170250U1
Application number: RU2016150683U
Authority: RU
Inventors: Наталья Константиновна Китаева; Денис Анатольевич Скобеев
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Обнинский Центр Науки И Технологий"
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2017-04-18

Abstract

Полезная модель относится к технологическому оборудованию для получения синтез-газа из углеводородного сырья, преимущественно из природного или нефтяного газа, и может быть использована в нефтехимической отрасли для получения синтетических моторных топлив. Предложено устройство для получения синтез-газа, содержащее две обогреваемые камеры, первая предназначена для окисления метана оксидом свинца, в которую опущена барботажная трубка для подачи метана. Причем первая камера оснащена газовой линией для отвода продуктов реакции. Вторая обогреваемая камера предназначена для окисления расплава свинца, в который опущена барботажная трубка для подачи воздуха, и оснащена газовой линией для отвода отработанных газов. При этом камеры соединены между собой затвором жидкого металла. Отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что вторая камера образована с помощью разделительной обечайки, герметично прикреплённой к съёмной крышке устройства, и содержит открытую ёмкость, дно и стенка которой расположены с зазором от обечайки и внешней стенки корпуса устройства. В открытой ёмкости размещён расплав свинца, причем на дне открытой ёмкости установлен патрубок со шнековым насосом. Верхний торец патрубка находится выше уровня расплава свинца, а на газовой линии для отвода продуктов реакции размещена каталитическая трубка, вход которой соединен со смесителем исходного газа и продуктов реакции, а выход каталитической трубки соединен с патрубком отвода готового продукта. Технический результат заключается в повышении выхода готового продукта и снижении затрат для его производства. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.The utility model relates to technological equipment for producing synthesis gas from hydrocarbon raw materials, mainly from natural or petroleum gas, and can be used in the petrochemical industry to produce synthetic motor fuels. A device for producing synthesis gas containing two heated chambers is proposed, the first one is intended for the oxidation of methane by lead oxide, into which a bubbler tube for supplying methane is lowered. Moreover, the first chamber is equipped with a gas line for the removal of reaction products. The second heated chamber is designed to oxidize the lead melt, into which a bubbler tube for supplying air is lowered, and is equipped with a gas line for exhaust gases. In this case, the cameras are interconnected by a liquid metal shutter. A distinctive feature of the proposed device is that the second chamber is formed by a dividing shell, hermetically attached to the removable cover of the device, and contains an open tank, the bottom and wall of which are located with a gap from the shell and the outer wall of the device. A lead melt is placed in an open tank, and a nozzle with a screw pump is installed at the bottom of the open tank. The upper end of the nozzle is located above the level of the lead melt, and a catalytic tube is placed on the gas line for the removal of reaction products, the inlet of which is connected to the mixer of the source gas and reaction products, and the outlet of the catalytic tube is connected to the outlet of the finished product. The technical result consists in increasing the yield of the finished product and reducing costs for its production. 1 s.p. f-ly, 1 ill.

Description

Полезная модель относится к технологическому оборудованию для получения синтез-газа из углеводородного сырья, преимущественно из природного или нефтяного газа, и может быть использована в нефтехимической отрасли для получения синтетических моторных топлив.The utility model relates to technological equipment for producing synthesis gas from hydrocarbon raw materials, mainly from natural or petroleum gas, and can be used in the petrochemical industry to produce synthetic motor fuels.

Известно устройство для получения синтез-газа из жидких и газообразных углеводородов (RU 2465193, C01B3/38, 2011), состоящее из впускной секции, устройства для распыления/испарения жидких потоков в смесительную секцию, реакционной секции, средства нагревания указанных структурированных каталитических слоев, секции охлаждения смеси реакционных продуктов. Указанный структурированный каталитический слой включает катализатор каталитического частичного окисления, размещенный в одной или более прослойках. Недостатком данного способа является необходимость подачи в установку дополнительного окислительного потока в виде нагретого водяного пара или газообразных углеводородов, что усложняет технологический процесс и требует дополнительного технологического оборудования. A device for producing synthesis gas from liquid and gaseous hydrocarbons is known (RU 2465193, C01B3 / 38, 2011), consisting of an inlet section, a device for spraying / vaporizing liquid streams into a mixing section, a reaction section, means for heating said structured catalytic layers, sections cooling the mixture of reaction products. The specified structured catalytic layer includes a catalytic partial oxidation catalyst located in one or more layers. The disadvantage of this method is the need to supply the installation with an additional oxidizing stream in the form of heated water vapor or gaseous hydrocarbons, which complicates the process and requires additional processing equipment.

Известно устройство для получения синтез-газа (RU 2361809, C01B3/36, 2009), включающее камеру горения метана или природного газа с кислородом воздуха. При этом камера горения содержит средство воспламенения и выполнена в виде проточной камеры, ко входу которой через антипроскоковую решетку стыкован смеситель. К смесителю подключены соответственно подводящие трубы метана и воздуха. К выходу камеры горения пристыкован теплообменник для охлаждения продуктов окисления и нагревания воздуха, который подается в камеру горения. Теплообменник снабжен штуцером для вывода из его полости продуктов окисления. Устройство дополнительно снабжено системой выделения диоксида углерода, смесителем диоксида углерода и метана и камерой углекислотной конверсии, размещенной в камере горения. Камера углекислотной конверсии выполнена в виде проточного реактора со стенкой из жаропрочного материала. Недостатком данного способа является повышенный расход сырья ввиду необходимости его частичного сжигания в камере горения. A device for producing synthesis gas (RU 2361809, C01B3 / 36, 2009), including a combustion chamber of methane or natural gas with atmospheric oxygen, is known. In this case, the combustion chamber contains an ignition means and is made in the form of a flow chamber, to the entrance of which a mixer is docked through the anti-slip grating. The inlet pipes of methane and air are respectively connected to the mixer. A heat exchanger is attached to the output of the combustion chamber to cool the oxidation products and heat the air that is supplied to the combustion chamber. The heat exchanger is equipped with a fitting for removing oxidation products from its cavity. The device is additionally equipped with a carbon dioxide emission system, a carbon dioxide and methane mixer and a carbon dioxide conversion chamber located in the combustion chamber. The carbon dioxide conversion chamber is made in the form of a flow reactor with a wall of heat-resistant material. The disadvantage of this method is the increased consumption of raw materials due to the need for partial combustion in the combustion chamber.

Известно устройство для получения расплавленного металла и синтез-газа (RU 2463356, C21B13/00, 2012), включающее верхнюю и нижнюю камеры, разделяющее их средство, средства для подачи в верхнюю камеру окатышей или брикетов, средства для подачи в нижнюю камеру в потоке газа-носителя размолотого угля, средства для подачи в нижнюю камеру кислорода, средства для сбора и выгрузки из нижней части нижней камеры расплавленного металла и шлака и средства для отвода из верхней части верхней камеры синтез-газа. Средство, разделяющее верхнюю и нижнюю камеры, представляет собой колосниковую решетку с установленным в центре грибовидным элементом, через которую направляют синтез-газ из нижней камеру в верхнюю. В боковых стенках верхней камеры расположена система испарительного охлаждения, соединенная со средствами для подачи в нее воды и со средствами для подачи из нее пара в верхнюю и нижнюю камеры, а средства для отвода из верхней части верхней камеры синтез-газа соединены трубопроводом с нижней камерой для подачи в нее части газа, который отводится вместе с выносом в виде твердых частичек угля. Причем используемые окатыши или брикеты содержат окислы металлов с высокой химической активностью относительно углерода, уголь и известь. Недостатком данной установки является периодичность ее работы ввиду необходимости периодической загрузки брикетов оксидов металлов, угля и извести, что требует охлаждения и нагревания устройства, что в конечном итоге повышает стоимость полученного синтез-газа.A device for producing molten metal and synthesis gas is known (RU 2463356, C21B13 / 00, 2012), including upper and lower chambers, separating their means, means for feeding pellets or briquettes into the upper chamber, means for feeding into the lower chamber in a gas stream - a carrier of ground coal, means for supplying oxygen to the lower chamber, means for collecting and unloading molten metal and slag from the lower part of the lower chamber, and means for withdrawing synthesis gas from the upper part of the upper chamber. The tool separating the upper and lower chambers is a grate with a mushroom element installed in the center, through which the synthesis gas is directed from the lower chamber to the upper one. In the side walls of the upper chamber there is an evaporative cooling system connected to means for supplying water to it and with means for supplying steam from it to the upper and lower chambers, and means for withdrawing from the upper part of the upper chamber of synthesis gas are connected by a pipeline to the lower chamber for feeding into it part of the gas, which is discharged together with the removal in the form of solid particles of coal. Moreover, the used pellets or briquettes contain metal oxides with high chemical activity with respect to carbon, coal and lime. The disadvantage of this installation is the frequency of its operation due to the need for periodic loading of briquettes of metal oxides, coal and lime, which requires cooling and heating of the device, which ultimately increases the cost of the resulting synthesis gas.

Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является устройство для получения синтез-газа (RU 163221, C01B3/24, 2016), которое выбрано в качестве прототипа, содержащее первую обогреваемую камеру окисления метана с жидкометаллическим теплоносителем, в который опущена барботажная трубка для подачи метана, причём первая обогреваемая камера оснащена газовой линией для отвода продуктов реакции. Отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что оно дополнительно содержит вторую обогреваемую камеру с жидкометаллическим теплоносителем, в который опущена барботажная трубка для подачи воздуха, оснащенную газовой линией для отвода отработанных газов. При этом камеры соединены между собой верхним и нижним трубопроводами, в верхнем трубопроводе размещен побудитель расхода, а камеры окисления сплава и окисления метана соединены с газоанализатором. Дополнительно предлагается в качестве жидкометаллического теплоносителя применить сплав свинец-висмут, например, эвтектического состава. Дополнительно предлагается в качестве побудителя расхода применить шнековый насос. Дополнительно предлагается устройство оснастить газовыми фильтрами соединёнными с камерой окисления сплава и с камерой окисления метана. Также дополнительно предлагается устройство оснастить конденсатором влаги, соединённым с камерой окисления метана. Недостатком данного устройства является большие тепловые потери из-за разделения межу собой рабочих камер. Closest to the claimed utility model is a device for producing synthesis gas (RU 163221, C01B3 / 24, 2016), which is selected as a prototype, containing the first heated methane oxidation chamber with a liquid metal coolant, into which a bubbler tube for methane supply is lowered, moreover the first heated chamber is equipped with a gas line for the removal of reaction products. A distinctive feature of the proposed device is that it additionally contains a second heated chamber with a liquid metal coolant, into which a bubbler tube for air supply is lowered, equipped with a gas line for exhaust gases. In this case, the chambers are interconnected by the upper and lower pipelines, a flow inducer is placed in the upper pipeline, and the alloy oxidation and methane oxidation chambers are connected to the gas analyzer. In addition, it is proposed to use a lead-bismuth alloy, for example, of a eutectic composition, as a liquid metal coolant. Additionally, it is proposed to use a screw pump as a flow inducer. In addition, it is proposed to equip the device with gas filters connected to the alloy oxidation chamber and to the methane oxidation chamber. It is also additionally proposed to equip the device with a moisture condenser connected to the methane oxidation chamber. The disadvantage of this device is the large heat loss due to the separation between the working chambers.

Авторы решали техническую проблему по созданию устройства для получения синтез-газа, лишённого указанного недостатка. Технический результат заключается в повышении выхода готового продукта и снижении затрат для его производства. The authors solved the technical problem of creating a device for producing synthesis gas devoid of this drawback. The technical result consists in increasing the yield of the finished product and reducing costs for its production.

Для решения технической проблемы, а также для достижения заявленного технического результата предлагается устройство для получения синтез-газа, содержащее две обогреваемые камеры, первая предназначена для окисления метана оксидом свинца, в которую опущена барботажная трубка для подачи метана. Причем первая камера оснащена газовой линией для отвода продуктов реакции. Вторая обогреваемая камера предназначена для окисления расплава свинца, в который опущена барботажная трубка для подачи воздуха, и оснащена газовой линией для отвода отработанных газов. При этом камеры соединены между собой затвором жидкого металла. Отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что вторая камера образована с помощью разделительной обечайки, герметично прикреплённой к съёмной крышке устройства, и содержит открытую ёмкость, дно и стенка которой расположены с зазором от обечайки и внешней стенки корпуса устройства. В открытой ёмкости размещён расплав свинца, причем на дне открытой ёмкости установлен патрубок со шнековым насосом. Верхний торец патрубка находится выше уровня расплава свинца, а на газовой линии для отвода продуктов реакции размещена каталитическая трубка, вход которой соединен со смесителем исходного газа и продуктов реакции, а выход каталитической трубки соединен с патрубком отвода готового продукта. To solve a technical problem, as well as to achieve the claimed technical result, a device for producing synthesis gas containing two heated chambers is proposed, the first is intended for the oxidation of methane by lead oxide, into which a bubbler tube for supplying methane is lowered. Moreover, the first chamber is equipped with a gas line for the removal of reaction products. The second heated chamber is designed to oxidize the lead melt, into which a bubbler tube for supplying air is lowered, and is equipped with a gas line for exhaust gases. In this case, the cameras are interconnected by a liquid metal shutter. A distinctive feature of the proposed device is that the second chamber is formed by a dividing shell, hermetically attached to the removable cover of the device, and contains an open tank, the bottom and wall of which are located with a gap from the shell and the outer wall of the device. A lead melt is placed in an open tank, and a nozzle with a screw pump is installed at the bottom of the open tank. The upper end of the nozzle is located above the level of the lead melt, and a catalytic tube is placed on the gas line to divert the reaction products, the inlet of which is connected to the mixer of the source gas and reaction products, and the outlet of the catalytic tube is connected to the outlet of the finished product.

Каталитическая трубка может содержать в качестве катализатора порошкообразный никель.The catalytic tube may contain nickel powder as a catalyst.

На прилагаемой иллюстрации показано заявляемое устройство, представляющее собой герметичный сосуд 1 со съемной крышкой 2 изготовленные из жаропрочной нержавеющей стали. Внутреннее пространство сосуда с помощью герметично закреплённой на съемной крышке обечайки 3 из жаропрочной нержавеющей стали разделено на две обогреваемые камеры: первая камера для окисления свинца, вторая - для окисления метана. The attached illustration shows the inventive device, which is a sealed vessel 1 with a removable lid 2 made of heat-resistant stainless steel. The vessel’s interior space is divided into two heated chambers using a shell 3 made of heat-resistant stainless steel that is hermetically fixed on a removable cover: the first chamber for the oxidation of lead, the second for the oxidation of methane.

Первая камера оснащена барботажной трубкой для подвода исходного газа 4 и линией для отвода продуктов реакции, которая соединена с газовым смесителем 5. Дополнительно первая камера оснащена каталитической трубкой 6, вход которой соединен с газовым смесителем 5, а выход соединен с линией для отвода готового продукта 7. The first chamber is equipped with a bubbler tube for supplying the source gas 4 and a line for the removal of reaction products, which is connected to the gas mixer 5. Additionally, the first chamber is equipped with a catalytic tube 6, the inlet of which is connected to the gas mixer 5, and the output is connected to the line for exhausting the finished product 7 .

Вторая камера содержит открытую емкость 8, дно и стенка которой расположены с зазором от обечайки 3 и внешней стенки корпуса устройства 1. В открытой ёмкости 8 размещён расплав свинца, который образует затвор из жидкого металла между первой и второй камерой. Вторая камера содержит барботажную трубку 9 для подачи воздуха, конец которой опущен под уровень расплава свинца, и линию для отвода отработанных газов 10. Дополнительно на дне открытой ёмкости 8 установлен патрубок со шнековым насосом 11, причем верхний торец патрубка находится выше уровня расплава свинца. The second chamber contains an open container 8, the bottom and the wall of which are located with a gap from the shell 3 and the outer wall of the housing of the device 1. In the open container 8, a lead melt is placed, which forms a liquid metal shutter between the first and second chamber. The second chamber contains a bubbler tube 9 for supplying air, the end of which is lowered to the level of the lead melt, and a line for exhaust gas 10. Additionally, a pipe with a screw pump 11 is installed on the bottom of the open tank 8, the upper end of the pipe being located above the level of the lead melt.

Для предотвращения попадания паров свинца из устройства на газоотводящих линиях 7, 10 и на входе смесителя 4 установлены газовые фильтры 12.To prevent lead vapors from entering the device, gas filters 12 are installed on the exhaust lines 7, 10 and at the inlet of the mixer 4.

Устройство работает следующим образом. После прогрева корпуса устройства 1 до температуры 650-700 °С и расплавления свинца в открытой емкости 8 во вторую камеру под уровень расплава свинца через барботажную трубку 9 подается воздух. При этом кислород воздуха взаимодействует с расплавом свинца с образованием оксида свинца (PbO), который по мере его накопления на поверхности расплава в первой камере с помощью шнекового насоса 11 транспортируется через зазор между дном и стенкой открытой емкости 8 и корпусом устройства 1 во вторую камеру. Образовавшийся в газовой полости второй камеры азот отводится через газоотводящую линию 10 за пределы устройства.The device operates as follows. After warming the housing of the device 1 to a temperature of 650-700 ° C and melting the lead in an open container 8, air is supplied into the second chamber under the level of the molten lead through a bubbler tube 9. In this case, atmospheric oxygen interacts with the lead melt to form lead oxide (PbO), which, as it accumulates on the surface of the melt in the first chamber, is transported via a screw pump 11 through the gap between the bottom and the wall of the open container 8 and the housing of the device 1 into the second chamber. Formed in the gas cavity of the second chamber, nitrogen is discharged through the gas exhaust line 10 outside the device.

Одновременно в газовую полость второй камеры через барботажную трубку для подвода исходного газа 4 подаётся исходный газ (метан). При этом метан вступает в реакцию с оксидом свинца с образованием смеси диоскида углерода и водяного пара, которые поступают вместе с подаваемым через газовый смеситель 5 метаном в каталитическую трубку 6. Последняя заполнена катализатором, в качестве которого используется порошкообразный никель. В каталитической трубке 6 протекает реакция пароуглекислотной конверсии метана, в результате которой образуется монооксид углерода и водород (ситез-газ), которые через линию для отвода готового продукта 7 выводятся за приделы устройства на дельнейшую переработку. At the same time, a source gas (methane) is supplied to the gas cavity of the second chamber through a bubbler pipe for supplying the source gas 4. In this case, methane reacts with lead oxide to form a mixture of carbon dioxide and water vapor, which, together with the methane supplied through the gas mixer 5, into the catalytic tube 6. The latter is filled with a catalyst, which uses powdered nickel. In the catalytic tube 6, the reaction of steam-carbon dioxide conversion of methane proceeds, as a result of which carbon monoxide and hydrogen (sieve gas) are formed, which are led out of the side of the device for further processing through the line for removal of the finished product 7.

Устройство найдет преимущественное применение в нефтехимической отрасли для производства синтетических моторных топлив.The device will find primary application in the petrochemical industry for the production of synthetic motor fuels.

Claims

1. A device for producing synthesis gas, containing two heated chambers, the first is for oxidizing methane with lead oxide, into which a bubbler tube for feeding methane is lowered, the first chamber is equipped with a gas line for removing reaction products, and the second heated chamber is for oxidizing the melt lead, into which a bubbler tube for supplying air is lowered, and is equipped with a gas line for exhaust gas discharge, while the chambers are interconnected by a liquid metal shutter, characterized in that The open chamber is formed with the help of a dividing shell, tightly attached to the removable cover of the device, and contains an open tank, the bottom and wall of which are located with a gap from the shell and the outer wall of the device’s body, a lead melt is placed in the open tank, and a pipe with with a screw pump, the upper end of the nozzle is located above the level of the lead melt, and a catalytic tube is placed on the gas line to divert the reaction products, the inlet of which is connected to the source mixer gas and reaction products, and the output of the catalytic tube is connected to the pipe outlet of the finished product.

2. The device according to claim 1, characterized in that the catalytic tube contains powdered nickel as a catalyst.