RU2310600C2 - Highly efficient generator of the synthesis gas - Google Patents
Highly efficient generator of the synthesis gas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2310600C2 RU2310600C2 RU2005128337/15A RU2005128337A RU2310600C2 RU 2310600 C2 RU2310600 C2 RU 2310600C2 RU 2005128337/15 A RU2005128337/15 A RU 2005128337/15A RU 2005128337 A RU2005128337 A RU 2005128337A RU 2310600 C2 RU2310600 C2 RU 2310600C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- synthesis gas
- working channel
- nozzle
- oxygen
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области органического синтеза, а именно к переработке газового углеводородного сырья в синтез-газ (nH2+CO). Известны высокотемпературные генераторы синтез-газа (конверторы), работающие по методу парциального окисления. Они широко распространены в промышленности органического синтеза, наряду с конверторами, работающими по методу парового и автотермического риформинга.The invention relates to the field of organic synthesis, namely to the processing of gas hydrocarbon feedstocks into synthesis gas (nH 2 + CO). Known high-temperature synthesis gas generators (converters) operating by the partial oxidation method. They are widely used in the organic synthesis industry, along with steam and autothermal reforming converters.
Первым аналогом является высокотемпературный конвертор метана (ВТКМ), представленный, например, в издании: О.Г.Лейбуш. Производство технологического газа, М.: Химия, 1971, стр.276 и 277. В нем реализован принцип идеального смешения за счет макроциркуляционной схемы течения во всем объеме. Цилиндрический корпус конвертора для надежной защиты от перегрева футерован изнутри огнеупорным кирпичом из корунда, а снаружи снабжен рубашкой. Для питания рубашки применяют химически очищенную воду или конденсат. По данным, приведенным на стр.242...247 того же издания, при конверсии природного газа состояние термодинамического равновесия почти полностью достигается в течение ~2 с.На практике, учитывая присоединенные объемы сопряженных с конвертором агрегатов и ограничиваясь достижением квазиравновесия, время пребывания газов в конверторе принимают равным 0,3...0,5 с.Учитывая это обстоятельство, объемная производительность ВТКМ, определяемая как отношение часового объемного расхода газов (нм3/час) к объему реакционной зоны (м3), лежит в пределах от 7000 до 12000 1/час, что обуславливает его значительные габариты и массу. Кроме того, наличие футеровки требует особой тщательности при ее установке и ее периодической замены.The first analogue is a high-temperature methane converter (VTKM), presented, for example, in the publication: O.G. Leibush. Production of process gas, Moscow: Chemistry, 1971, pp. 276 and 277. It implements the principle of ideal mixing due to the macrocirculation flow pattern in the entire volume. The cylindrical housing of the converter for reliable protection against overheating is lined from the inside with refractory corundum brick, and the outside is equipped with a jacket. Chemically purified water or condensate is used to power the shirt. According to the data given on pages 244 ... 247 of the same publication, during the conversion of natural gas, the state of thermodynamic equilibrium is almost completely achieved within ~ 2 s. in the converter it is taken equal to 0.3 ... 0.5 s. Given this circumstance, the volumetric productivity of VTKM, defined as the ratio of the hourly volumetric flow of gases (nm 3 / hour) to the volume of the reaction zone (m 3 ), ranges from 7000 d 12000 1 / h, which leads to its large size and weight. In addition, the presence of a lining requires special care when installing it and periodically replacing it.
Эти недостатки присущи всем конверторам класса ВТКМ (или по международной классификации - РОХ).These disadvantages are inherent in all converters of the VTKM class (or according to the international classification - POX).
Наиболее близким аналогом является высокопроизводительный генератор синтез-газа (ГСГ), работающий по методу неравновесного высокотемпературного парциального окисления углеводородного газа (УВ-газа) кислородом, представленный в материале заявки RU №2003131292, опубл. 10.04.2005, заявитель - ОАО «Стройтрансгаз».The closest analogue is a high-performance synthesis gas generator (GHA), operating by the method of non-equilibrium high-temperature partial oxidation of hydrocarbon gas (HC gas) with oxygen, presented in the material of the application RU No. 2003131292, publ. 04/10/2005, the applicant is OAO Stroytransgaz.
ГСГ включает в себя модуль камеры сгорания, состоящий из герметично скрепленных между собой коаксиального смесительного элемента и охлаждаемого рабочего канала с профилированным соплом на выходе, а также электроплазменное зажигательное устройство (ЭПЗУ).The GHA includes a combustion chamber module, consisting of a coaxial mixing element hermetically fastened together and a cooled working channel with a profiled nozzle at the outlet, as well as an electroplasma incendiary device (EPZU).
Смесительный элемент наиболее близкого аналога - горелка типа «газ-газ» по патенту RU №2168460 от 14.07.1999, представляющая собой центробежную двухкомпонентную форсунку с закруткой в противоположных направлениях струй УВ-газа и кислорода.The mixing element of the closest analogue is a gas-gas burner according to patent RU No. 2164460 dated July 14, 1999, which is a centrifugal two-component nozzle with swirling in opposite directions of jets of hydrocarbon gas and oxygen.
Наиболее близкий аналог, по сравнению с ВТКМ, имеет примерно в 10 раз более высокую объемную производительность (на уровне 100000 1/час) и коэффициент конверсии УВ-газа в синтез-газ (по углероду) не менее 0,9. Достигается это за счет высокоэффективного вихревого смесеобразования в зоне обратных токов вблизи выходных торцов смесительного элемента. В ГСГ реализована неравновесная схема организации процесса, сочетающая идеальное смешение потоков УВ-газа и кислорода с последующим идеальным вытеснением продуктов окисления в реакционной зоне, за счет организации прямотока в рабочем канале.The closest analogue, in comparison with VTKM, has about 10 times higher volumetric productivity (at the level of 100,000 1 / hour) and the conversion coefficient of hydrocarbon gas into synthesis gas (carbon) is not less than 0.9. This is achieved due to the highly efficient vortex mixture formation in the reverse current zone near the output ends of the mixing element. The GHA implements a nonequilibrium process organization scheme combining ideal mixing of hydrocarbon gas and oxygen flows with subsequent ideal displacement of oxidation products in the reaction zone due to the organization of direct flow in the working channel.
Наиболее близкому аналогу присущи некоторые недостатки. Во-первых, ЭПЗУ, используемые для поджига смеси УВ-газа и кислорода в момент запуска, устанавливаются либо на проставке коллектора, объединяющего несколько модулей, либо на каждом модуле между смесительным элементом и рабочим каналом. Первый вариант установки ЭПЗУ не гарантирует одновременного зажигания смеси во всех модулях, что повышает риск неустойчивой работы устройства. Второй вариант требует применения дополнительной охлаждаемой проставки, что усложняет принципиальную схему устройства, снижает его надежность. Кроме того, в процессе работы возникает необходимость подавать через тракты ЭПЗУ небольшое количество продувочного газа (азота, метана, водорода и т.п.) для предотвращения попадания в них горячего синтез-газа и для защиты свечи. При этом вытекающая из ЭПЗУ струя газа может повлиять на работу модуля, ухудшив характеристики его смесительного элемента. В этом случае, для достижения необходимой степени совершенства рабочего процесса, т.е. для сохранения высокого коэффициента конверсии УВ-газа в синтез-газ, потребуется увеличить время пребывания газов в реакционной зоне, снизить объемную производительность, т.е. увеличить габариты и массу рабочего канала.The closest analogue has some disadvantages. Firstly, EEPROMs used to ignite a mixture of hydrocarbon gas and oxygen at the time of start-up are installed either on the spacer of the collector uniting several modules, or on each module between the mixing element and the working channel. The first option to install EEPROM does not guarantee simultaneous ignition of the mixture in all modules, which increases the risk of unstable operation of the device. The second option requires the use of additional cooled spacers, which complicates the circuit diagram of the device, reduces its reliability. In addition, in the process, it becomes necessary to supply a small amount of purge gas (nitrogen, methane, hydrogen, etc.) through the EEPR paths to prevent hot synthesis gas from entering them and to protect the candles. In this case, the gas jet flowing from the EEPROM can affect the operation of the module, worsening the characteristics of its mixing element. In this case, to achieve the necessary degree of perfection of the work process, i.e. To maintain a high conversion ratio of HC gas to synthesis gas, it will be necessary to increase the residence time of gases in the reaction zone, to reduce volumetric productivity, i.e. increase the dimensions and weight of the working channel.
Второй недостаток присущ любому устройству высокотемпературного парциального окисления УВ-газов кислородом. Он заключается в образовании свободного углерода, в основном по реакции:The second disadvantage is inherent in any device for the high-temperature partial oxidation of hydrocarbon gases by oxygen. It consists in the formation of free carbon, mainly by the reaction:
CH4=C+2H2-QCH 4 = C + 2H 2 -Q
Образование свободного углерода приводит к появлению сажи, осложняющей эксплуатацию аппаратов, установленных после ГСГ по тракту синтез-газа. Сажеобразование усиливается при наличии в конвертируемом потоке гомологов метана - этана, пропана и др. Возникает необходимость введения в состав ГСГ дополнительных агрегатов, обеспечивающих сажеочистку синтез-газа, например скрубберов, труб Вентури, циклонов, насосов и т.п. Это приводит к увеличению габаритов, массы и стоимости генератора.The formation of free carbon leads to the appearance of soot, which complicates the operation of devices installed after the GHA through the synthesis gas path. Soot formation is enhanced when there are methane homologues in the convertible stream - ethane, propane, etc. There is a need to introduce additional aggregates into the GHA composition, which provide soot purification of synthesis gas, for example, scrubbers, Venturi tubes, cyclones, pumps, etc. This leads to an increase in the dimensions, mass and cost of the generator.
Задачей изобретения является устранение вышеуказанных недостатков. Поставленная задача решается в высокопроизводительном ГСГ, работающем по методу неравновесного окисления углеводородных газов кислородом, включает в себя ЭПЗУ, модуль камеры сгорания, состоящий из герметично скрепленных между собой коаксиального смесительного элемента - горелки типа «газ-газ» и охлаждаемого рабочего канала с профилированным соплом на выходе. Смесительный элемент ГСГ - представляет собой центробежную двухкомпонентную форсунку с закруткой в противоположных направлениях струй УВ-газа и кислорода.The objective of the invention is to remedy the above disadvantages. The problem is solved in a high-performance GHA, working by the method of non-equilibrium oxidation of hydrocarbon gases by oxygen, includes an EPZU, a combustion chamber module consisting of a coaxial mixing element sealed together - a gas-gas burner and a cooled working channel with a profiled nozzle on output. GHA mixing element - is a centrifugal two-component nozzle with swirling in opposite directions of jets of hydrocarbon gas and oxygen.
Особенностью предлагаемого решения является то, что:A feature of the proposed solution is that:
во-первых, в состав генератора входит блок высокотемпературной сажеочистки, состоящий из теплоизолированного корпуса со вставленной в него колосниковой решеткой, на которую помещена засыпка из гранул или таблеток корунда, теплоизолированной крышки, охлаждаемых входного и выходного газоводов, при этом выход рабочего канала модуля камеры сгорания герметично скреплен с входным газоводом, в корпусе которого выполнены отверстия, обеспечивающие возможность ввода пара в поток синтез-газа до его контакта с корундовой засыпкой;firstly, the generator includes a block of high temperature soot cleaning, consisting of a thermally insulated body with an inserted grate, onto which a backfill of granules or tablets of corundum, a thermally insulated cover, cooled inlet and outlet gas ducts is placed, while the output of the working channel of the combustion chamber module hermetically fastened to the inlet gas duct, in the case of which holes are made, providing the possibility of introducing steam into the synthesis gas stream before it comes into contact with corundum filling;
- во-вторых, ЭПЗУ герметично скреплено со смесительным элементом и установлено так, что его газовод находится внутри камеры закручивания центральной форсунки смесительного элемента, соосно с ней и с рабочим каналом, при этом ЭПЗУ не оказывает влияния на работу форсунки.- secondly, the EPZU is sealed to the mixing element and installed so that its gas duct is located inside the swirl chamber of the central nozzle of the mixing element, coaxial with it and with the working channel, while the EPZU does not affect the operation of the nozzle.
На фиг.1, 2, 3, 4, 5 представлены графические материалы, поясняющие сущность изобретения. На фиг.1 показан главный вид ГСГ, на фиг.2 - главный вид модуля камеры сгорания и ЭПЗУ, на фиг.3 - главный вид блока высокотемпературной сажеочистки (блок ВСО), на фиг.4 - выносной элемент А блока ВСО (входной газовод), на фиг.5 - выносной элемент Б блока ВСО (выходной газовод), на фиг.6 - вариант смесительного элемента с регенеративным охлаждением, на фиг.7 - вариант ГСГ большой производительности.Figure 1, 2, 3, 4, 5 presents graphic materials that explain the essence of the invention. Figure 1 shows the main view of the GHA, figure 2 is the main view of the module of the combustion chamber and EPZU, figure 3 is the main view of the block of high temperature soot cleaning (block ВСО), figure 4 is a remote element A of the block ВСО (inlet gas duct ), in Fig. 5, an external element B of the GUS unit (outlet gas duct), in Fig. 6 is a variant of a mixing element with regenerative cooling, in Fig. 7 is a GHA version of high capacity.
Высокопроизводительный ГСГ состоит (см. фиг.1) из модуля камеры сгорания 1, блока ВСО 2, ЭПЗУ 3, соединенных между собой при помощи фланцевых разъемов. Модуль камеры сгорания состоит (см. фиг.2) из смесительного элемента и рабочего канала. Смесительный элемент представляет собой неразъемную сварную конструкцию. В его состав входит корпус 4, огневая стенка 5, фланец 6, стенки 7 и 8. К стенкам 7 и 8 соосно с выполненными в них сквозными отверстиями приварены штуцер подвода кислорода 9 и штуцер подвода УВ-газа 10. К фланцу 6 соосно с выполненными в нем сквозными отверстиями приварены штуцер подвода 11 и отвода 12 охладителя. Между корпусом 4 и стенками 7 и 8 образованы раздающие коллекторы кислорода 13 и углеводородного газа 14 соответственно. В центральной части огневой стенки имеется цилиндрическая втулка, переходящая в тонкостенное плоское днище. В корпусе 4 форсунки выполнено центральное отверстие 15, в которое вставляется газовод ЭПЗУ. В корпусе 4 выполнены тангенциальные отверстия 16, соединяющие коллектор 13 и полость центрального отверстия 15, и винтовой многозаходный шнек 17. Рабочий канал модуля камеры сгорания состоит из внутренней и наружной оболочек. Внутренняя оболочка представляет собой сварную конструкцию, состоящую из фланца 18, стенки 19, профилированного сопла 20, стакана 21, составного вкладыша 22. Наружная оболочка представляет собой сварную конструкцию, состоящую из фланца 23, стенки 24, кольца 25, стенки 26, втулки 27, стенки 28, фланца 29. К стенкам 24 и 28 соосно с выполненными в них сквозными отверстиями приварены штуцеры отвода 30 и подвода охладителя 31 соответственно. Во фланце 23 и стакане 21 выполнены отверстия для обеспечения прохода охладителя и его равномерного распределения по площади соответствующих зазоров. Между фланцем 23, стенкой 24, кольцом 25 и стенкой 26 образован сборный коллектор охладителя 32, а между кольцом 27, стенкой 28 и фланцем 29 - раздающий коллектор охладителя 30. Между вкладышем 22 и стаканом 21, а также соплом 20 имеется зазор для прохода охладителя.High-performance GHA consists (see figure 1) of the module of the combustion chamber 1, the block ВСО 2, EPZU 3, interconnected by means of flange connectors. The combustion chamber module consists (see FIG. 2) of a mixing element and a working channel. The mixing element is an integral welded construction. It includes a housing 4, a
Сборка модуля камеры сгорания осуществляется следующим образом:The assembly of the combustion chamber module is as follows:
- во внутреннюю оболочку вставляется наружная оболочка до момента контакта фланцев 18 и 23;- the outer shell is inserted into the inner shell until the
- к фланцу 18 пристыковывается смесительный элемент.- a mixing element is docked to the
В процессе сборки производится герметизация стыков полостей неподвижными 34 и 35, а также подвижными 36 уплотнениями.During the assembly process, the joints of the cavities are sealed with fixed 34 and 35, as well as movable 36 seals.
В результате сборки между стенками 20 и 27 образуется зазор для прохода охладителя.As a result of the assembly, a gap is formed between the
Блок ВСО (см. фиг.3) состоит из крышки, корпуса, колосниковой решетки 37, опорного днища 38, засыпки 39 из гранул или таблеток корунда. Крышка блока ВСО представляет собой сварную конструкцию. Она состоит из плиты 40, днища 41 и входного газовода. К плите 40 соосно с выполненными в ней сквозными отверстиями приварены штуцеры 42 и 43. Входной газовод показан на выносном элементе А (см. фиг.4). Он представляет собой сварную конструкцию и состоит из корпуса 44, фланца 45, стенок 46, 47 и 48, огневых стенок 49 и 50, составных вкладышей 51 и 52, газораспределительной решетки 53. К стенкам 46, 47 и 48 соосно с выполненными в них сквозными отверстиями приварены штуцер подвода охладителя 54, штуцер подвода пара 55 и штуцер отвода охладителя 56. В корпусе 44 выполнены параллельно его оси сквозные отверстия 57 для прохода охладителя, между которыми расположены сквозные отверстия 58 для подачи пара. Угол между их осями и осью корпуса 44 лежит в пределах от 60 до 120 градусов, но, как правило, составляет 90 градусов. В корпусе выполнены кольцевые проточки, которые вместе со стенками 46, 47 и 48 образуют раздающий коллектор охладителя 59, раздающий коллектор впрыскиваемого пара 60 и сборный коллектор охладителя 61.The VCO block (see Fig. 3) consists of a cover, a housing, a
Элементы входного газовода - стенки 48 и газораспределительная решетка 53 приварены к плите 40. На днище 41 закреплены жаростойкая теплоизоляция 62. Корпус блока ВСО представляет собой сварную конструкцию и состоит из наружной 63 и внутренней 64 оболочек, фланца 65, плиты 66, днища 67, выходного газовода. К наружной оболочке 63 и плите 66 соосно с выполненными в них сквозными отверстиями приварены штуцеры 68 и 69. Выходной газовод представлен на выносном элементе Б (см. фиг.5). Он представляет собой сварную конструкцию и состоит из корпуса 70, фланца 71, стенок 72 и 73, огневых стенок 74 и 75, составных вкладышей 76 и 77, опорной втулки 78. К стенкам 71 и 72 соосно с выполненными в них сквозными отверстиями приварены штуцеры подвода 79 и отвода 80 охладителя. В корпусе 70 выполнены параллельно его оси сквозные отверстия для прохода охладителя. Элементы выходного газовода - стенки 73 и опорная втулка 78 приварены к плите 66. Внутри корпуса блока ВСО установлена жаростойкая теплоизоляция 81. Неохлаждаемые элементы конструкции блока ВСО, контактирующие с горячим газом (колосниковая решетка 37, опорное днище 38, газораспределительная решетка 53) выполнены из жаропрочных материалов.Elements of the inlet gas duct -
Сборка блока ВСО производится в следующей последовательности:The assembly of the GUS unit is carried out in the following sequence:
- внутрь корпуса вставляется опорное днище 38;- a
- на опорное днище устанавливается колосниковая решетка 37;-
- на колосниковую решетку помещается засыпка 39;- filling 39 is placed on the grate;
- к корпусу пристыковывается крышка с помощью фланцевого разъема.- The cover is docked to the body using a flange connector.
Стык между корпусом и крышкой герметизируется уплотнением 82. После сборки внутри блока ВСО образуются раздающий 83 и сборный 84 коллекторы синтез-газа.The joint between the housing and the lid is sealed with a
Смесительный элемент ГСГ представляет собой центробежную форсунку. Расчет и выбор его основных параметров производится с использованием положений теории форсунок (см. А.П.Васильев и др. Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. М.: Высшая школа, 1967).The GHA mixing element is a centrifugal nozzle. The calculation and selection of its main parameters is performed using the provisions of the theory of nozzles (see A.P. Vasiliev et al. Fundamentals of the theory and calculation of liquid rocket engines. M: Higher school, 1967).
В процессе работы ГСГ УВ-газ, например природный или попутный газ, поступает через штуцер 10 (см фиг.2) и отверстие в стенке 8 в раздающий коллектор 14, равномерно распределяется по окружности, проходит через шнек 17, получая тангенциальную крутку, и поступает в реакционную зону 85. Кислород через штуцер 9 и отверстие в стенке 7 поступает в раздающий коллектор 13, равномерно распределяется по окружности и через тангенциальные отверстия 16 попадает в отверстие 15, выполняющее функции камеры закручивания центробежной форсунки.In the process of the GHA operation, the HC gas, for example natural or associated gas, enters through the nozzle 10 (see figure 2) and the hole in the wall 8 in the distributing
Получив тангенциальную крутку, кислород поступает в реакционную зону 85, где встречается с УВ-газом. Воспламенение смеси производится ЭПЗУ, газовод которого находится внутри камеры закручивания центральной форсунки - форсунки кислорода. Эквивалентная геометрическая характеристика форсунки кислорода подбирается так, чтобы диаметр газового вихря был больше диаметра газовода ЭПЗУ. В этом случае ЭПЗУ не оказывает влияние на работу форсунки. При этом должно соблюдаться следующее неравенство, полученное путем преобразования известных формул теории форсунок:Having received a tangential twist, oxygen enters the
где: Аэ - эквивалентная геометрическая характеристика форсунки кислорода;where: And e is the equivalent geometric characteristic of the oxygen nozzle;
Dг - диаметр газовода ЭПЗУ - размер В;D g - the diameter of the gas duct EPZU - size;
Dc - диаметр сопла центральной форсунки - размер Г;D c - the diameter of the nozzle of the Central nozzle - size G;
Тангенциальная крутка потоков УВ-газа и кислорода такова, что моменты количества движения их примерно равны, а тангенциальные составляющие скорости направлены в противоположные стороны. Момент количества движения потока представляет собой произведение эффективного радиуса на массовый расход и на тангенциальную скорость. Тангенциальная скорость потока лежит в пределах от 50 до 150 м/с, а осевая скорость примерно на 10...30% меньше. Стабилизатором фронта пламени является «носик» центральной форсунки - нижний торцевой участок корпуса, а также зона обратных токов в районе плоского днища огневой стенки 5. Для охлаждения нагретых участков смесительного элемента используется посторонний охладитель. В зависимости от режимных параметров генератора это может быть либо дистиллированная вода, либо холодный УВ-газ. Охладитель подается через штуцер 11. Через отверстие во фланце 6 охладитель попадает в зазор между фланцем и огневой стенкой 5. Проходя по зазору, он обеспечивает охлаждение нагретых элементов конструкции и через второе отверстие во фланце 6 и штуцер 12 выводится из смесительного элемента. Процесс парциального окисления (горения) происходит в реакционной зоне 85 внутри рабочего канала. Здесь завершается, в основном, процесс превращения УВ-газа и кислорода в синтез-газ (nH2+СО). Диаметр рабочего канала Д выбирают из условия обеспечения относительной расходонапряженности, определяемой как отношение массового расхода синтез-газа к площади поперечного сечения реакционной зоны и к номинальному давлению в ней, в диапазоне от 10-5 до 10-4 с/м.The tangential twist of the hydrocarbon gas and oxygen flows is such that their angular momentum is approximately equal, and the tangential velocity components are directed in opposite directions. The moment of momentum of the flow is the product of the effective radius and mass flow rate and tangential velocity. The tangential flow velocity lies in the range from 50 to 150 m / s, and the axial velocity is approximately 10 ... 30% less. The flame front stabilizer is the “nozzle” of the central nozzle — the lower end portion of the body, as well as the reverse current zone in the region of the flat bottom of the
Длину рабочего канала Е выбирают из условия обеспечения времени пребывания синтез-газа в реакционной зоне в диапазоне от 0,01 с до 0,1 с. После реакционной зоны синтез-газ проходит через сопло 20. В минимальном сечении сопла 86 скорость потока достигает скорости звука. На коническом участке сопла, в системе скачков уплотнения, она уменьшается до дозвуковых значений. Назначение сопла -акустическое разделение реакционной зоны от других полостей ГСГ для повышения устойчивости его работы. Охлаждение нагретых элементов рабочего канала осуществляется посторонним охладителем (например, дистиллированной водой). Охладитель подается через штуцер 31. Через отверстие в стенке 28 охладитель попадает в раздающий коллектор 33, равномерно распределяется по окружности, и через отверстия в стакане 21 проходит в зазор между вкладышем 22 и соплом 20, а также между стенками 19 и 26, обеспечивая охлаждение нагретых элементов рабочего канала, и собирается в коллекторе 32. Из сборного коллектора 32 через отверстие в стенке 24 и штуцер 30 охладитель выводится из рабочего канала. Внутренняя оболочка рабочего канала имеет более высокую температуру, чем наружная, кроме того, обе они имеют большую (около метра) длину. Для исключения термонапряжений, внутренняя оболочка может расширяться в осевом направлении относительно наружной. В конструкции рабочего канала реализован принцип несвязанных оболочек.The length of the working channel E is selected from the condition of ensuring the residence time of the synthesis gas in the reaction zone in the range from 0.01 s to 0.1 s. After the reaction zone, synthesis gas passes through the
Из модуля камеры сгорания синтез-газ поступает в блок ВСО. На элементах засыпки блока ВСО происходит осаждение и выгорание сажи по общеизвестной реакции газификации ее водяным паром:From the combustion chamber module, the synthesis gas enters the GUS unit. The soot is precipitated and burned out on the filling elements of the ВСО block according to the well-known gasification reaction with water vapor:
C+H2O→CO+H2-Q.C + H 2 O → CO + H 2 -Q.
В процессе парциального окисления чистого метана, при температурах не ниже 1000°С, реакционного водяного пара, как правило, хватает для решения задачи сажеочистки. При этом известно, что в неравновесном процессе окисления УВ-газа пара образуется примерно вдвое больше, чем в равновесном. Если УВ-газ содержит много этана, пропана и других гомологов метана, реакционного пара для сажеочистки может не хватить, поскольку в синтез-газе образуется большое количество сажи. Учитывая данное обстоятельство, в конструкции ГСГ предусмотрена возможность ввода дополнительного расхода водяного пара в поток синтез-газа до его контакта с корундовой засыпкой.In the process of partial oxidation of pure methane, at temperatures not lower than 1000 ° C, the reaction water vapor, as a rule, is enough to solve the problem of soot cleaning. Moreover, it is known that in a nonequilibrium process of oxidation of an HC gas, steam is formed approximately twice as much as in an equilibrium one. If the HC gas contains a lot of ethane, propane and other homologues of methane, there may not be enough reaction steam for soot cleaning, since a large amount of soot is formed in the synthesis gas. Given this circumstance, the GHA design provides for the possibility of introducing an additional flow of water vapor into the synthesis gas stream before it comes into contact with corundum filling.
Входной газовод блока ВСО является одновременно струйным смесителем. Водяной пар через штуцер 55 (см. фиг.4) и отверстие в стенке 47 поступает в раздающий коллектор 60, равномерно распределяется по окружности и через отверстия 58 вводится в поток синтез-газа.The inlet gas duct of the VCO unit is also a jet mixer. Water vapor through the nozzle 55 (see figure 4) and the hole in the
Охлаждение нагретых элементов входного газовода осуществляется посторонним теплоносителем (например, дистиллированной водой). Охладитель подается во входной газовод через штуцер 54. Затем через отверстие в стенке 46 охладитель попадает в раздающий коллектор 59 и равномерно распределяется по его окружности. Далее охладитель транспортируется по зазору между вкладышем 51 с фланцем 45 и огневой стенкой 49, проходит через отверстия 57 по зазору между вкладышем 52 с огневой стенкой 50, плитой 66 и стенкой 48, обеспечивая охлаждение нагретых элементов входного газовода и, прежде всего, корпуса 44. Охладитель собирается в коллекторе 61 и через отверстие в стенке 48 и штуцер 56 выводится из входного газовода.The heated elements of the inlet gas duct are cooled by extraneous coolant (for example, distilled water). The cooler is supplied to the inlet gas duct through the
Процесс смешения пара и синтез-газа начинается во входном газоводе. Процесс интенсифицируется дроблением струй пара при их столкновении. Смешение продолжается в коллекторе 83 (см. фиг.3) и в засыпке 39, где завершаются процессы выравнивания концентраций и сажеочистки синтез-газа. Синтез-газ собирается в коллекторе 84, проходя последовательно через засыпку и отверстия в колосниковой решетке 37, а потом выводится из ГСГ через выходной газовод. Охлаждение выходного газовода организовано аналогично охлаждению входного.The process of mixing steam and synthesis gas begins in the inlet gas duct. The process is intensified by crushing steam jets in their collision. Mixing continues in reservoir 83 (see FIG. 3) and in
Внутренний диаметр корпуса блока ВСО (размер Ж) выбирают из условий получения оптимальной, с точки зрения газодинамических потерь и габаритов, скорости потока синтез-газа и пара. Рекомендуемый интервал скорости на входе в засыпку - от 1 до 2 м/с. Объем засыпки обеспечивает такое время пребывания синтез-газа в блоке ВСО, при котором в основном успевает пройти реакция взаимодействия дисперсного углерода с водяным паром. Реакция протекает в объеме засыпки при температурах не менее 1000°С. Для уменьшения потерь тепла из зоны реакции она термоизолирована от окружающей среды.The inner diameter of the casing of the ВСО block (size Ж) is selected from the conditions for obtaining the optimal, from the point of view of gas-dynamic losses and dimensions, flow rate of synthesis gas and steam. The recommended speed range at the entrance to the backfill is from 1 to 2 m / s. The volume of backfill provides such a residence time of the synthesis gas in the GSP unit, at which the reaction of the interaction of dispersed carbon with water vapor generally passes. The reaction proceeds in the volume of backfill at temperatures not less than 1000 ° C. To reduce heat loss from the reaction zone, it is thermally insulated from the environment.
В двух полостях, образовавшихся между плитой 40 и днищем 41, а также между наружной 63 и внутренней 64 оболочками, плитой 66 и днищем 67 организованы протоки воды для защиты от возможного перегрева силовых элементов конструкции. Для подвода и отвода воды в эти полости используются штуцеры 42 и 43, 68 и 69 соответственно. Если температура подаваемого в генератор УВ-газа невысока, то его можно использовать для охлаждения нагретых участков смесительного элемента. Такое охлаждение называют регенеративным. Конструкция смесительного элемента с регенеративным охлаждением представлена на фиг.6. Она проще конструкции, представленной на фиг.2. Огневая стенка 87 сделана съемной. Во фланце выполнена проточка, которая после сборки смесительного элемента превращается в раздающий коллектор 88. К фланцу приварен штуцер подвода УВ-газа 89, сквозным отверстием 90 соединенный с коллектором 88. В стенке фланца выполнены отверстия 91, соединяющие коллектор 88 с зазором между огневой стенкой и фланцем. Тракт постороннего охладителя исключен. Стык между огневой стенкой и фланцем герметизируется с помощью неподвижного уплотнения 92. В процессе работы УВ-газ подается через штуцер 89, проходит по отверстию 90 в коллектор 88, равномерно распределяется по окружности и через отверстия 91 попадает в зазор между фланцем и огневой стенкой. Проходя по зазору, УВ-газ обеспечивает охлаждение горячих участков огневой стенки, а затем поступает на вход в шнек. Дальнейшая работа смесительного элемента с регенеративным охлаждением аналогична работе смесительного элемента, представленного на фиг.2.In two cavities formed between the
Модульная конструкция ГСГ упрощает его эксплуатацию, делая аппарат более ремонтопригодным, позволяет проводить автономную отработку каждого модуля. При проектировании аппаратов большой производительности прибегают к масштабированию модулей, из которых он состоит. Масштабирование засыпки блока ВСО не представляет технических сложностей. Масштабирование модуля камеры сгорания и струйного смесителя потребует экспериментальной отработки, затрат времени и средств. Поэтому ГСГ большой производительности предлагается компоновать, как показано на фиг.7. Аппарат состоит из общего блока ВСО 93, имеющего несколько снабженных струйными смесителями входных газоводов, к которым пристыкованы модули камеры сгорания. Каждый струйный смеситель и модуль камеры сгорания отработаны ранее на ГСГ меньшей производительности (исходном), их количество и размер общего блока ВСО зависит от степени повышения производительности относительно исходного ГСГ.The modular design of the GHA simplifies its operation, making the apparatus more maintainable, and allows for autonomous testing of each module. When designing high-performance devices, they resort to scaling the modules of which it consists. Scaling backfill of the ВСО block does not present technical difficulties. Scaling the combustion chamber module and the jet mixer will require experimental testing, time and money. Therefore, GHA of high productivity is proposed to be assembled, as shown in Fig.7. The apparatus consists of a
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005128337/15A RU2310600C2 (en) | 2005-09-13 | 2005-09-13 | Highly efficient generator of the synthesis gas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005128337/15A RU2310600C2 (en) | 2005-09-13 | 2005-09-13 | Highly efficient generator of the synthesis gas |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005128337A RU2005128337A (en) | 2007-03-20 |
| RU2310600C2 true RU2310600C2 (en) | 2007-11-20 |
Family
ID=37993775
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005128337/15A RU2310600C2 (en) | 2005-09-13 | 2005-09-13 | Highly efficient generator of the synthesis gas |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2310600C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2535121C2 (en) * | 2012-06-25 | 2014-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ВТР" | Synthetic gas generating assembly |
| RU185654U1 (en) * | 2018-09-18 | 2018-12-14 | Владимир Александрович Данилов | Installation for producing and burning synthesis gas |
-
2005
- 2005-09-13 RU RU2005128337/15A patent/RU2310600C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2535121C2 (en) * | 2012-06-25 | 2014-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ВТР" | Synthetic gas generating assembly |
| RU185654U1 (en) * | 2018-09-18 | 2018-12-14 | Владимир Александрович Данилов | Installation for producing and burning synthesis gas |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005128337A (en) | 2007-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5826422A (en) | Fuel reforming apparatus and electric power generating system having the same | |
| US20180187596A1 (en) | Toroidal combustion chamber | |
| US7449158B2 (en) | Apparatus and gasification of carbonaceous solid materials | |
| CN100457252C (en) | Compact steam reformer | |
| CA1078615A (en) | Convective power reformer equipment and system | |
| RU2384791C2 (en) | Multi-tube heat transfer system for fuel combustion and heating of process fluid medium and its use | |
| RU2370703C2 (en) | Method of incomplete oxidation of hydrocarbons and burner for its realisation | |
| ZA200509013B (en) | Heat-insulated high-temperature reactor | |
| US4160118A (en) | Method and apparatus for superheating gases | |
| US6793700B2 (en) | Apparatus and method for production of synthesis gas using radiant and convective reforming | |
| RU2347972C1 (en) | Cryogenic liquid evaporator | |
| RU2310600C2 (en) | Highly efficient generator of the synthesis gas | |
| CN1323260C (en) | Combustible powder swirl-flow combined burner | |
| CN115803099A (en) | Carbon dioxide capture system including compressor and expander and method of using such system | |
| JPS63135706A (en) | Gas burner | |
| US3175361A (en) | Turbojet engine and its operation | |
| RU2684763C1 (en) | Counterflow vortex burner device for combustion of solid dust-like fuel | |
| US7955567B2 (en) | Triple helical flow vortex reactor improvements | |
| GB817936A (en) | Vortex flow reaction chambers | |
| CN205208622U (en) | A equipment and energy generation system for handling and/or utilize gaseous medium energy | |
| JP2005155632A (en) | Fuel preconditioning pulse explosion power generation system and its plant | |
| Pribaturin et al. | Experimental investigation on combustion of hydrogen–oxygen and methane–oxygen mixtures in the medium of low-superheated steam | |
| RU2523824C2 (en) | Apparatus of producing synthesis gas | |
| RU2266778C2 (en) | High-production modular type synthesis gas generator | |
| EP2784145A1 (en) | Gasification reactor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080914 |