RU2221835C2 - Способ конвертирования углеводородов каскадным окислительным крекингом - Google Patents
Способ конвертирования углеводородов каскадным окислительным крекингом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2221835C2 RU2221835C2 RU2002102313/04A RU2002102313A RU2221835C2 RU 2221835 C2 RU2221835 C2 RU 2221835C2 RU 2002102313/04 A RU2002102313/04 A RU 2002102313/04A RU 2002102313 A RU2002102313 A RU 2002102313A RU 2221835 C2 RU2221835 C2 RU 2221835C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixture
- reactor
- zone
- cascade
- oxidizing agent
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
Abstract
Конвертирование осуществляется окислительным крекингом при α=0,2-0,5 каскадом, перемещением потока исходной обрабатываемой смеси углеводородов в расположенные последовательно реакционные зоны и повторной интенсификацией процесса дополнительной подачей окислителя в реакционную зону каждого следующего каскада. Окислитель нагревают до температуры ниже воспламенения. Реакционную зону реактора инициируют активатором. Каскадный окислительный крекинг осуществляется в реакторах с последовательно расположенными реакционными зонами. Реакторы могут иметь явные (с конструктивными элементами) или неявные (без конструктивных элементов) разделители реакционных зон. Низкотемпературный (400-800oС) каскадный окислительный крекинг осуществляется без катализаторов, экономичен, легко управляем. Реакторы могут быть переносные, бытовые, передвижные, стационарные, различных габаритов. Изобретение позволяет получать смесь газов различного состава при высокой его экономичности. 2 с. и 9 з.п.ф-лы, 2 табл., 5 ил.
Description
Изобретение относится к способам конверсии углеводородов. Известны способы конверсии жидких углеводородов с получением жидких и газообразных продуктов многоступенчатым высокотемпературным термическим крекингом в реакторах (пат. USA 4477334, SU 1807719), в том числе с использованием высокотемпературных катализаторов (элементов V группы) (пат. RU 2151164). Известны способы конверсии газообразных углеводородов в другие газообразные углеводороды, т. н. "синтез-газ" (пат. RU 2117626). В том числе с использованием сжатия исходных газов до самовоспламенения в цилиндре или с возбуждением неполною горения, а также с использованием каталитических покрытий внутренних поверхностей цилиндра (SU 1555344, RU 2136580, 2167808, 2158711, 2120213). Процессы конвертирования в известных способах протекают при 1300-2300oС.
Известные способы осуществляют конверсию в двух направлениях:
1 - жидкие углеводороды в жидкие + газообразные и 2 - газообразные в газообразные. Область применения этих способов - вторичная переработка нефтепродуктов.
1 - жидкие углеводороды в жидкие + газообразные и 2 - газообразные в газообразные. Область применения этих способов - вторичная переработка нефтепродуктов.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ конвертирования моторного топлива в смесь горючих нефтяных газов и добавления их в рабочую смесь ДВС. Создание движущегося потока смеси и газов производится самим ДВС при разрежении в цилиндрах на циклах всасывания (пат. RU 2008494, 2141054). Способ включает приготовление обогащенной топливно-воздушной смеси (α<0,4), подогрев этой смеси, инициирование ее термическим воздействием активатора при окислительном крекинге, смешивание полученных нефтяных газов с основной топливно-воздушной смесью, поступающей в цилиндры ДВС. Способ применим только совместно с ДВС, потребляющим получаемую смесь нефтяных газов. Газы получают из того жидкого топлива, на котором работает ДВС. Способ не использует катализаторы. Для получения горючих газов из жидких или газообразных углеводородов различного вида и для различных потребителей и целей этот способ непригоден.
Цель изобретения - осуществлять низкотемпературную конверсию углеводородов нефтяного и растительного происхождения в смесь горючих газов.
Предлагаемый способ включает приготовление смеси жидких или газообразных углеводородов с воздухом (коэффициент избытка воздуха α=0,2-0,5) или с другим окислителем, подогрев, например, сжатием смеси до заданной температуры, подачу нагретой смеси в реакционную зону, инициирование окислительного низкотемпературного крекинга, перемещение частично расщепленной смеси в следующую реакционную зону (зоны), подачу в эту зону (зоны) дополнительного окислителя (воздуха, кислорода, пара и др.), инициирование активатором окислительного процесса в реакционной зоне (зонах); охлаждение получаемых газов (на выходе к потребителю и при необходимости в процессе окислительного крекинга).
Способ экономичен и позволяет в значительной мере изменять состав смеси получаемых газов, а также получать одновременно несколько газовых смесей, различающихся по составу. Способ не использует катализаторы, т.к. при жирных компонентах смеси на соприкасающихся с ней поверхностях образуется масляная пленка, при которой катализаторы не работают. Способ не использует процесс воспламенения конвертируемой смеси, больших давлений и температур. Предлагаемый способ осуществляет окислительный крекинг последовательно в нескольких реакционных зонах с возрастающей глубиной конвертирования (окисления) и, таким образом, является глубоким каскадным окислительным крекингом. Функциональная схема каскадного окислительного крекинга приведена на фиг.1.
Предлагаемый способ осуществляют, например, следующим образом (фиг.2). Жидкие углеводороды и окислитель (воздух или воздух, обогащенный кислородом, или кислород) подают в смеситель 1. Полученную смесь (с коэффициентом избытка воздуха α=0,2-0,5) подают в компрессор 2. Смесь может быть предварительно подогрета в теплообменнике 3. В компрессоре смесь сжимают. При этом температура сжимаемой смеси повышается и при достижении заданного значения (а следовательно, и заданного давления) выпускной клапан компрессора открывает канал выхода смеси в реактор 5. Исходная смесь перед реактором должна иметь температуру не менее 300-350oС При использовании поршневого компрессора с целью снижения пульсаций давления смеси ее пропускают через ресивер 4. Компрессор служит не только для сжатия смеси и поднятия ее температуры (это можно сделать и в теплообменнике 3), но и продвигает весь поток исходной смеси и получаемых газов через реактор.
Реактор может состоять из двух или нескольких реакционных зон. Нагретая смесь в первой зоне подвергается воздействию активатора - нагревательного элемента, инициирующего процесс Температура поверхности активатора устанавливается ниже температуры самовоспламенения смеси в этой зоне Для нормального протекания процесса достаточно, чтобы температура активатора была на 100-150oС выше температуры исходной смеси в первой реакционной зоне. В зонах с повышенной температурой инициирование процесса возможно самим окислителем (в зонах реактора с хорошо распределенной подачей окислителя).
Реакция окисления в созданных условиях протекает с выделением тепла, но без воспламенения смеси Температура в зоне повышается (на 50-150oС) При этом значительная часть жидких углеводородов расщепляется, образуя смесь "нефтяных" газов.
Процесс в реакционной зоне протекает практически мгновенно. Частично проконвертированную смесь подают в следующую реакционную зону, в которую также подают новую порцию окислителя в пределах допустимой величины α. Инициирование процесса во второй зоне производят аналогично. Происходит дальнейшее расщепление жидких углеводородов и газов, полученных в предыдущей зоне. Аналогично осуществляют процесс во всех реакционных зонах реактора. Составы газовых смесей после каждой реакционной зоны - после каждого следующего каскада - разные в соответствии с более глубоким окислительным крекингом. Получаемые смеси газов могут отбираться для потребителей после каждого каскада.
Содержание продуктов окислительного крекинга прямогонного бензина в реакторе с шестью зонами при температуре процесса 350-600oС приведено в таблице 1 (при постоянных прочих параметрах режима).
В интервале температур 350-500oС происходит плавное увеличение образования CH4, С2Н4, Н2 и уменьшение концентрации С3Н8, i-C4H10, n-C4H10. При температурах 500-550oС происходит резкое увеличение в газовой смеси содержания легких продуктов H2, CH4, С2Н4. Дальнейшее глубокое окисление при более высоких температурах и без изменения других параметров режима может сопровождаться образованием СО2 и появлением сажистого углерода.
Из таблицы 1 видно, что степень конверсии, например, бензина с увеличением температуры с 350 до 600oС увеличивается от 76 до 92,5%, тогда как при обычном термическом крекинге в интервале до 600oС она увеличивается от 34,9 до 38,8% [1]. В таблице 2 приведены результаты конверсии бензина АИ-92 двухкаскадным окислительным крекингом с температурой в обеих зонах -400oС (контрольная проба).
При глубоком расщеплении углеводородов целесообразно не повышать значительно температуру окислительных процессов в зонах реактора. Это обеспечивают уменьшением количества окислителя в каждую зону, подачей охлажденного окислителя (кроме первой зоны), подачей "холодного" водяного пара в последние зоны (предотвращает выделение "сажистого" углерода), уменьшением коэффициента избытка воздуха (и кислорода в пересчете) в последующих каскадах (~ на 0,05-0,08 на каскад), принудительным охлаждением зон реактора с внешней стороны и др.
Полученная смесь газов из последнего каскада подается для охлаждения в теплообменник 3 (подогрев исходной смеси). Тепло горячих газов может использоваться для получения водяного пара (в теплообменнике 6) или для подогрева исходных углеводородов (в теплообменнике 7). Готовые газы поступают в накопитель (8) и далее к потребителю.
Процесс каскадного окислительного крекинга в реакторе легко управляемый изменением значений: температуры смеси, поступающей в зону реактора; температуры активатора; температуры вводимого окислителя; коэффициента избытка воздуха (окислителя); давления в зоне.
Реактор для каскадного окислительного крекинга может иметь явно выраженные (конструктивными элементами) или не явно выраженные реакционные зоны каскадов. На фиг. 3 представлен реактор с явно выраженными зонами, конструктивно выполненными разделителями. Внутренняя полость реактора образована внешним 1 и внутренним 2 цилиндрами с расположенными перпендикулярно их общей оси перегородками в виде дисков 3. Кольцеобразные полости между дисками-разделителями являются термоокислительными зонами (1 зона, 2 зона,...N зона). Разделители имеют щелевые окна с направляющими козырьками 4, обеспечивающими движение обрабатываемой смеси, поступающей в реактор под давлением, по окружности. Исходная смесь подается в реактор через скоростной шлюз 5, представляющий собой пакет отверстий (каналов) с малыми проходными сечениями, обеспечивающими большую скорость потока в шлюзе. Это предохраняет от возможного проскока пламени в случае вспышки внутри первой зоны. Входящий в первую зону поток исходной смеси движется по окружности, попадая на активатор 6, инициирующий термоокислительный процесс. Поступающая под давлением смесь выдавливает остатки смеси и образовавшиеся в этой зоне газы в следующую зону через щелевые окна 4. Во вторую и последующие зоны через вводы 7 с рассеивателями подается окислитель для продолжения окислительного крекинга. Инициирование процесса в зонах производится активаторами. Из каждой зоны возможен отбор смеси полученных газов через отборники 8.
Реактор с неявно выраженными реакционными зонами (фиг.4) имеет канал в виде спирали, образованный между наружным 1 и внутренним 2 цилиндрами одной сплошной перегородкой 3, без каких-либо "окон". В спиралеобразном канале отсутствуют конструктивные элементы, отделяющие механически одну зону от другой. В этом реакторе окислитель подается через вводы 4 на каждом витке спирального канала. Место ввода окислителя определяет начало следующей реакционной зоны; перемешивание обрабатываемой смеси с окислителем на пути к активатору 6, инициирование и протекание окислительного процесса, который заканчивается до места следующего ввода окислителя (следующей зоны), в спиральном канале. Из каждой зоны можно отбирать газы через отводы 6. Исходная смесь в реактор подается через скоростной шлюз 5. Все устройства ввода окислителя и добавок снабжены рассеивателями 7.
Прямоточный реактор для каскадного окислительного крекинга с явно выраженными разделителями зон (фиг.5) может иметь круглое, квадратное, прямоугольное или иное поперечное сечение. Основное направление потока обрабатываемой смеси - вдоль общей оси реактора и термоокислительных зон. В торцевой части корпуса 1 реактора расположен ввод 2 для подачи исходной смеси углеводородов с окислителем. Ввод снабжен скоростным шлюзом 3. На выходе из шлюза в первую зону располагается завихритель потока 4, отклоняющий поток смеси к периферии от оси реактора к активаторам 5. Непрерывно поступающая исходная смесь выдавливает получаемые в первой зоне продукты во вторую и последующие зоны, также через скоростные шлюзы 8, расположенные в разделительных стенках 6 между зонами. Расположение завихрителей и активаторов во всех зонах одинаково. Во вторую и последующие зоны окислитель подается по вводам 7 в скоростные шлюзы, в которых скорость потока больше, что обеспечивает хорошее перемешивание окислителя с потоком обрабатываемой смеси. Отбор получаемых в зонах газов может осуществляться по выводным каналам 9. Реактор может иметь прямоугольное "широкое" поперечное сечение (а следовательно, и "широкие" реакционные зоны) с несколькими вводами исходной смеси, большим количеством активаторов. Вырастет производительность.
На фиг.3, 4, 5 не показаны системы охлаждения реакторов, осуществляемые традиционными методами.
Источник информации
1. Мухина Т. Н. , Барабанов Н.Л., Барабаш С.Е. Пиролиз углеводородного сырья. - М.: Химия, 1987.
1. Мухина Т. Н. , Барабанов Н.Л., Барабаш С.Е. Пиролиз углеводородного сырья. - М.: Химия, 1987.
Claims (11)
1. Способ конвертирования углеводородов в газообразные путем нагрева их в присутствии окислителя, отличающийся тем, что предварительно подготовленную исходную смесь углеводородов и окислителя в соотношении ниже стехиометрического (α=0,2-0,5) нагревают до заданной, ниже самовоспламенения, температуры и подают в реакционную зону реактора, в которой процесс окисления инициируют активатором, нагретым несколько выше температуры подогретой смеси.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью более глубокого расщепления углеводородов или изменения состава получаемой газовой смеси процесс ведут каскадно: последовательно в двух или нескольких реакционных зонах реактора, подавая в каждую зону дополнительно окислитель.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что температуру нагрева активаторов в разных реакционных зонах устанавливают различной, но удовлетворяющей условиям п.1.
4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что, с целью снижения температуры в реакционные зоны, подают охлажденный окислитель, или "холодный" пар, или воду, а также могут использовать внешнее охлаждение зон реактора.
5. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что получаемые в различных реакционных зонах смеси жидких и газообразных углеводородов различного состава отбирают для использования как готовый продукт.
6. Способ по пп.1-5, отличающийся тем, что на каскадах с более высокой температурой инициирование процесса осуществляют подачей в зону горячего окислителя.
7. Способ по пп.1-5, отличающийся тем, что часть смеси жидких и газообразных углеводородов, получаемых в последующем каскаде, возвращают в реакционную зону какого-либо предыдущего каскада для более глубокого конвертирования.
8. Реактор для конвертирования углеводородов, содержащий реакционную камеру с непрерывной подачей в нее исходной углеводородной смеси для конвертирования, отличающийся тем, что реакционная камера состоит из нескольких последовательно расположенных реакционных зон, в каждой из которых размещены вводы для окислителя (и добавок), активаторы, отборники газов.
9. Реактор по п.8, отличающийся тем, что зоны образованы конструктивными, например, дисковыми разделителями, формирующими кольцевые зоны с каналами (окнами) для прохода обрабатываемой смеси в следующую зону.
10. Реактор по п.8, отличающийся тем, что реакционные зоны формируются в "длинном" или спиралевидном канале реактора не конструктивными разделителями зон, а строгим, одинаковым расположением по направлению движения потока обрабатываемой смеси: места входа смеси, места ввода окислителя (добавок), места активатора, места выхода смеси газов из данной зоны в следующую.
11. Реактор по пп.8 и 9, отличающийся тем, что он выполнен прямоточным, с реакционными зонами, ограниченными конструктивными перегородками, снабженными скоростными шлюзами для прохождения обрабатываемой смеси и получаемых газов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002102313/04A RU2221835C2 (ru) | 2002-01-31 | 2002-01-31 | Способ конвертирования углеводородов каскадным окислительным крекингом |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002102313/04A RU2221835C2 (ru) | 2002-01-31 | 2002-01-31 | Способ конвертирования углеводородов каскадным окислительным крекингом |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002102313A RU2002102313A (ru) | 2003-09-10 |
RU2221835C2 true RU2221835C2 (ru) | 2004-01-20 |
Family
ID=32090678
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002102313/04A RU2221835C2 (ru) | 2002-01-31 | 2002-01-31 | Способ конвертирования углеводородов каскадным окислительным крекингом |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2221835C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2458967C1 (ru) * | 2011-04-07 | 2012-08-20 | Сергей Витальевич Демьянов | Способ термоокислительного крекинга тяжелых нефтяных остатков |
RU2740915C2 (ru) * | 2016-07-01 | 2021-01-21 | Текнип Франс С.А.С. | Крекинг-печь |
-
2002
- 2002-01-31 RU RU2002102313/04A patent/RU2221835C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2458967C1 (ru) * | 2011-04-07 | 2012-08-20 | Сергей Витальевич Демьянов | Способ термоокислительного крекинга тяжелых нефтяных остатков |
RU2740915C2 (ru) * | 2016-07-01 | 2021-01-21 | Текнип Франс С.А.С. | Крекинг-печь |
US11162034B2 (en) | 2016-07-01 | 2021-11-02 | Technip France S.A.S. | Cracking furnace |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4004554A (en) | Fuel converting method and apparatus | |
US5297515A (en) | Fuel supply systems for engines and combustion processes therefor | |
US2660032A (en) | Gas turbine cycle employing secondary fuel as a coolant | |
US4109461A (en) | Method for operating internal combustion engine | |
US6793693B1 (en) | Method for utilizing a fuel by using exothermic pre-reactions in the form of a cold flame | |
RU2535308C2 (ru) | Способ организации рабочего процесса газового поршневого двигателя с искровым зажиганием | |
RU2120913C1 (ru) | Способ получения синтез-газа | |
US4575383A (en) | Process for producing acetylene using a heterogeneous mixture | |
KR101206490B1 (ko) | 압축타입 내연엔진으로 구성된 플랜트에서의 합성가스제조방법 | |
RU2221835C2 (ru) | Способ конвертирования углеводородов каскадным окислительным крекингом | |
US4651703A (en) | Method and apparatus for achieving hypergolic combustion by partial catalytic combustion | |
RU2361809C2 (ru) | Способ получения синтез-газа и устройство для его осуществления | |
US4965052A (en) | Integrated product generation and catalytic product synthesis in an engine-reactor | |
RU2096313C1 (ru) | Способ получения синтез-газа | |
RU1778146C (ru) | Реактор термоокислительного пиролиза метана | |
US4715347A (en) | Method and apparatus for pretreatment of fuel by partial combustion with a composite catalyst | |
RU2191743C2 (ru) | Способ получения синтез-газа и устройство для его осуществления | |
DE4315034C2 (de) | Mehrstufenprozeß zum Betrieb eines Zweitakt-Verbrennungsmotors und Zweitakt-Verbrennungsmotor-Anlage zur Durchführung des Prozesses | |
GB2148385A (en) | Production of synthesis gas using an I.C. engine | |
US2727933A (en) | Partial oxidation and pyrolysis of saturated hydrocarbons | |
RU2188846C1 (ru) | Способ переработки углеводородного сырья | |
US4570028A (en) | Process for producing acetylene using a homogeneous mixture | |
RU2154741C1 (ru) | Способ работы газового двигателя внутреннего сгорания | |
RU2817953C1 (ru) | Способ переработки метаносодержащего газа в синтезгаз в химическом реакторе адиабатического сжатия | |
RU192458U1 (ru) | Газогенератор синтез-газа |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050201 |