RU1778146C - Реактор термоокислительного пиролиза метана - Google Patents

Abstract

Использование1 химическа  промышленность , дл  получени  ацетилена , синтез-газа и водорода с высокой производительностью./Сущность изобретени : метан и кислород подают в камеру смешени  из концентрично установленных сопл Лавал . Полученную смесь подают в камеру сгорани  через сверхзвуковой диффузор . 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к устройствам дл  химической переработки природного метана неполным его сжиганием в кислороде под давлением и может быть использовано в химической промышленности при получении ацетилена, синтез-газа и водорода .

Наиболее близким к изобретению  вл етс  реактор дл  неполного сжигани  под давлением предварительно перемешанных метанокислородных смесей.

Реактор состоит из конической камеры смешени , в верхней части которой расположены патрубки дл  ввода метана и кислорода , в нижней части камеры расположен распределитель, имеющий многочисленные каналы, сообщающиес  с камерой сгорани . К камере сгорани  примыкают патрубки дл  ввода жидких нефти и воды с целью закалки продуктов реакции. Известный реактор работает следующим образом. В камеру смешени  подают предварительно подогретые метан и кислород. Смешива сь в камере смешени , горюча  смесь поступает в распределитель, име  температуру не выше 500°С, а давление не выше 4 атм. На выходе из каналов распределител  метанокислородную смесь поджигают и ниже распределител  в камере сгорани  устанавливаетс  стационарное горение мета- нокислородной смеси. Газообразные продукты неполного сжигани  (пирогаз), содержащие СО, С02, Н2, Н20 (пар) и С2Н2, из камеры сгорани  поступают дл  извлечени  ацетилена.

Недостатком такого реактора в случае проведени  термоокислительного пиролиза  вл етс  недостаточно высока  производительность по ацетилену, содержание которого в пирогазе не превышает 6-8 об.% вследствие недостаточно высокого (не выше 500°С) подогрева исходной метанокисло- родной смеси. При подогреве метанокисло- родной смеси выше 500°С происходит ее самовоспламенение в камере смешени . В случае же применени  известного реактора дл  высокотемпературной кислородной конверсии метана при давлении свыше 30 атм. вообще невозможно осуществить подогрев горючей смеси без ее самовоспламенени , что приводит к недостаточно высокому (не более 80 об.%) содержанию водорода и окиси углерода в получаемом влажном конверсированном газе.

VI

vj 00

Ј О

Целью предлагаемого реактора  вл етс  повышение производительности.

Указанна  цель достигаетс  тем, что реактор термоокислительного пиролиза метана , содержащий цилиндрическую камеру смешени , снабженную средствами повода метана и кислорода, и камеру сгорани , дополнительно содержит сверхзвуковой диффузор , установленный между камерами смешени  и сгорани , а средства подвода метана и кислорода выполнены в виде кон- центрично установленных сопл Лавал .

На чертеже представлена схема реактора .

Реактор включает в себ  ресиверы 1 и 2, соединенные соответственно с патрубками 3 и 4 дл  подачи углеводорода и кислорода , сопла Лавал  5 и 6, соединенные с ресиверами соответственно 1 и 2, камеру смешени  7, сверхзвуковой диффузор 8, камеру сгорани  9, форсунки 10 дл  закалки пирогаза, патрубок 11 дл  отбора газообразных продуктов реакции и патрубок 12 дл  удалени  излишков воды и сажи.

Реактор работает следующим образом.

Предварительно сжатые (до 300 атм.) и подогретые (метан - до 700-900°С, кислород - до 150-200°С) метан и кислород поступают в ресиверы 1 и 2. Из ресиверов 1 и 2 метан и кислород истекают из сопл 5 и 6, приобрета  при истечении сверхзвуковую скорость. Одновременно с увеличением скорости происходит падение давлени  и температуры в соплах до значений, исключающих самовоспламенение при смешении обоих компонентов. Если в ресивере 1 давление метана больше давлени  кислорода в ресивере 2, то скорость истечени  метана будет больше скорости истечени  кислорода , за счет чего возникает эффект эжекции кислорода в струю метана, при этом длина камеры смешени  7 составл ет 6-10 диаметров этой камеры, т.е. оба газа смешиваютс  при указанной длине достаточно полно. Сокращению длины камеры 7 способствуют увеличение относительного диаметра сопла 5 и повышение скорости кислорода в сопле 6. После смешени  компонентов полученна  горюча  метанокислородна  смесь, имеюща  пониженные, преп тствующие ее самовоспламенению давление и температуру , из камеры 7 со сверхзвуковой скоростью поступает в диффузор 8, где происходит газодинамическое торможение горючей смеси, сопровождающеес  согласно известным законам газовой динамики резким ростом давлени  и температуры, близким к значени м давлени  и температуры в ресиверах 1 и 2, до 200 атм. и 800°С,

Вследствие торможени  и роста при этом давлени  и температуры горюча  метанокислородна  смесь самовоспламен етс  и сгорает в камере сгорани  9. Продукты

реакции подвергают закалке с помощью форсунки 10, после чего пирогаз отбирают через патрубок 11. Слив излишков закалочной воды производ т через патрубок 12. В случае кислородной конверсии закалку не

0 производ т.

Преимуществом приведенной конструкции перед известными устройствами  вл етс  возможность существенного повышени  теплосодержани  горючей смеси

5 за счет более высокого подогрева исходного сырь . Это осуществл етс  установкой функционально св занных конструктивных элементов: сопл Лавал , позвол ющих без самовоспламенени  получить в камере

0 смешени  метанокислородную смесь с пониженной температурой, и сверхзвукового диффузора, в котором в результате торможени  и сжати  горючей смеси восстанавливаетс  исходное суммарное тепло5 содержание метана и кислорода. В известных же устройствах не предусмотрены конструктивные элементы, обеспечивающие снижение температуры во врем  смешени  компонентов и затем восстанов0 ление их исходного суммарного теплосодержани . Вследствие этого максимально возможный предварительный подогрев в этих устройствах ограничен температурой самовоспламенени  при смешении нагре5 тых метана и кислорода.

В случае проведени  термоокислительного пиролиза метана при коэффициенте расхода кислорода 0,28 расчетна  температура горени  после самовоспламенени  в

0 диффузоре составл ет 1400-1500°С. Получаемый после закалки водой охлажденный пирогаз согласно расчету содержит до 10 об. % ацетилена при давлении 10-30 атм. При проведении же кислородной конверсии метана

5 при коэффициенте 0,25 получаемый влажный конверсированный газ согласно термодинамическому расчету содержит более 90% водорода и окиси углерода при давлении до 150-250 атм.

0 Следует отметить, что реактор особенно эффективен при высоких до 100-300 атм давлени х, т.к. при этих давлени х возможность подогрева компонентов в существующих устройствах исключаетс  полностью.

Claims (1)

1. 5 Формула изобретени 

   Реактор термоокислительного пиролиза метана, содержащий цилиндрическую камеру смешени , снабженную средствами подвода метана и кислорода, и камеру сгорани , отличающийс  тем, что, с целью

   повышени  производительности, он дополнительно снабжен сверхзвуковым диффузором , установленным между камерами

   смешени  и сгорани , а срьдства подвода метана и кислорода выполнены в виде кон- центрично установленных сопл Лавал .

   Кислород

   Пирогаз

   11

   L/J Метан

   Вода