RU2320531C2 - Способ получения синтез-газа при горении и устройство для его осуществления - Google Patents

Abstract

Изобретения относятся к области переработки углеводородного сырья, а конкретно к окислительной конверсии углеводородных газов в синтез-газ. Способ получения синтез-газа осуществляют в проточном двухкамерном реакторе в турбулентном режиме при горении смеси углеводородного сырья и окислителя. Дополнительно к указанной смеси в проточный реактор подают перегретый водяной пар в количестве 5-20 мас.% по отношению к массе поданного углерода в виде углеводородного сырья. Производят воспламенение трехкомпонентной смеси в камере сгорания струей горячего газа из внешнего источника, давление в котором при воспламенении превышает давление в первой камере. Продукты сгорания из первой камеры реактора через сопло с критическим перепадом давления направляют во вторую камеру и продолжают процесс горения до содержания кислорода в продуктах горения не более 0,3 об.%. Процесс проводят в реакторе горения, который выполнен из двух цилиндрических соосно расположенных камер, между которыми размещено охлаждаемое сопло с сечением, обеспечивающим критический перепад давления между камерами. На входе в первую камеру установлен блок форсунок для подачи компонентов рабочей смеси. В первой камере расположен турбулизатор. На боковой поверхности первой камеры расположено одно или несколько отверстий для ввода струи горячего газа из внешнего источника, давление в котором при воспламенении превышает давление в первой камере, а объем второй камеры превышает объем первой. Изобретения позволяют получить синтез-газ, в котором отношение H₂/CO≈2.0, остаточное содержание кислорода не превышает 0,3 об.%, содержание сажи не превышает следовых количеств. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к области переработки углеводородного сырья, а конкретно к окислительной конверсии углеводородных газов в синтез-газ.

Известны различные способы получения синтез-газа из углеводородного сырья, в том числе парциальным окислением метана кислородом

CH₄+0,5O₂=СО+2Н₂

Известно изобретение по патенту СССР №1831468, МКИ 5 С01В 3/38, "Способ получения синтез-газа из углеводородного сырья", которое включает смешение углеводородного сырья и окислителя - кислорода или кислородсодержащего газа или пара и конверсию полученной смеси в присутствии монолитного катализатора при температуре, которая в реакционной зоне не менее чем на 93°С ниже точки самовоспламенения смеси, а скорость ввода смеси в реакционную зону превышает скорость процесса проскока пламени. Известный способ требует использования высокоселективного катализатора. Основным недостатком изобретения по патенту СССР №1831468 является высокая стоимость катализатора, возможность разрушения катализатора за счет локальных перегревов, возможность образования сажи.

Известны также способ и устройство смешанного риформинга СН₄+O₂+Н₂О в реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора, по патенту США №5.980.782, МКИ 6 С01В 3/24, 1999 г., в котором газообразные компоненты предварительно подогревают и инжектируют в зону реакции за период, меньший, чем время самовоспламенения, т.е. меньше чем 9 мс, со скоростью от 8 до 333 м/с. Полученный синтез-газ охлаждают и направляют для дальнейшей переработки.

Основным недостатком изобретения по патенту США №5.980.782 является необходимость использования катализатора.

Известен способ получения синтез-газа по патенту РФ №2096313, МКИ 6 С01В 3/36, в котором исключается применение катализаторов. Известный способ осуществляют в следующем порядке:

- предварительно смешивают углеводородное сырье с воздухом до α=0.5-0,8;

- нагревают полученную смесь до температуры 200-450°С;

- подают нагретую смесь в объем цилиндра двигателя внутреннего сгорания компрессионного типа при движении поршня к нижней мертвой точке;

- при сжатии смеси в объеме цилиндра движением поршня к верхней мертвой точке до ее самовоспламенения и получения температуры 1300-2300°С на период 10^-2-10^-3 осуществляют парциальное окисление углеводородного сырья;

- далее охлаждают полученные продукты процесса окисления, расширяя их при движении поршня к нижней мертвой точке;

- при движении поршня к верхней мертвой точке выводят продукты процесса, содержащие синтез-газ.

Описанный цикл повторяют с частотой, превышающей 350 мин^-1. Основным недостатком способа по патенту РФ №2096313 является отсутствие непрерывности процесса получения синтез-газа из-за его цикличности, что снижает производительность процесса.

Известно устройство для получения синтез-газа по патенту РФ №2096313, МКИ 6 С01В 3/36, с помощью которого осуществляют описанный выше способ получения синтез-газа. Устройство основано на двигателе внутреннего сгорания компрессионного типа, цилиндр которого представляет собой замкнутый реакционный объем, в котором помещен поршень. Впускной и выпускной клапаны размещены в зоне верхней мертвой точки цилиндра, при этом впускной клапан связан со смесителем окислителя и углеводородного сырья и устройством их подогрева, а выпускной клапан связан с приемником продуктов окисления. Поршень цилиндра через кривошипно-шатунный механизм связан с приводом.

Описанное устройство для получения синтез-газа работает циклично с частотой движения поршня в цилиндре не менее 350 мин^-1. Меньшая частота цикла приводит к относительно меньшей скорости сжатия, которая не обеспечивает самовоспламенения рабочей смеси.

Основным недостатком известного устройства для получения синтез-газа по патенту РФ №2096313 является невозможность обеспечить непрерывность процесса образования синтез-газа, что снижает производительность процесса его получения.

Известен также способ получения синтез-газа по патенту РФ №2120913, МКИ 6 С01В 3/36. Способ получения синтез-газа включает парциальное окисление углеводородного сырья кислородом воздуха в объеме цилиндра двигателя внутреннего сгорания при соотношении количества кислорода к количеству углеводородного сырья α=0,4-0,5. При этом в момент положения поршня в верхней мертвой точке часть смеси углеводородного сырья с воздухом при отношении количества кислорода к количеству углеводородного сырья α=0.8-1.2 в количестве 5-10% от объема исходной смеси изолированно от нее подвергают воспламенению и глубокому окислению. Далее смешивают продукты глубокого окисления с исходной смесью в рабочем объеме цилиндра и воспламеняют ее. Расширяют и охлаждают продукты процесса при движении поршня к нижней мертвой точке, выводят продукты процесса, содержащие синтез-газ, из реакционной зоны при движении поршня к верхней мертвой точке. Затем цикл повторяют. Благодаря тому что в известном способе часть углеводородного сырья с воздухом при α=0.8-1.2 в количестве 5-10% объема исходной смеси при положении поршня в верхней мертвой точке подвергают предварительному воспламенению и глубокому окислению изолированно от основного объема смеси, а затем эту часть впрыскивают высокоэнергетичной струей в основной объем смеси, в рабочем объеме цилиндра исходная смесь подвергается интенсивному перемешиванию и воспламенению, достигается повышение производительности данного способа получения синтез-газа. Основным недостатком известного способа получения синтез-газа по патенту РФ №2120913 является отсутствие непрерывности процесса конверсии из-за его цикличности, что снижает производительность.

Известна установка для получения синтез-газа по патенту РФ №2120913, МКИ 6 С01В 3/36, с помощью которой осуществляют описанный выше способ получения синтез-газа. Установка содержит основанный на двигателе внутреннего сгорания химический реактор сжатия, включающий цилиндр и камеру предварительного воспламенения. В цилиндре размещены поршень и впускной клапан, через который в цилиндр и камеру предварительного воспламенения подают смесь углеводородного сырья с воздухом. На цилиндре установлен выпускной клапан, который предназначен для вывода продуктов процесса. Камера предварительного воспламенения имеет отдельный клапан, через который подают воздух для достижения в камере значения α=0.8-1.2. Объем предварительной камеры воспламенения составляет 5% от объема цилиндра при положении поршня в верхней мертвой точке.

В процессе получения синтез-газа при положении поршня вблизи верхней мертвой точки воздушно-углеводородную смесь указанного состава в камере предварительного воспламенения подвергают воспламенению от искры. Далее высокоэнергетичная струя сильно турбулизованного газа вбрасывается со скоростью около 10³ м/с в рабочий объем цилиндра в течение 10^-3-10^-2 с. В рабочем объеме цилиндра рабочая смесь подвергается смешению с продуктами глубокого окисления и воспламенению, происходит процесс парциального окисления. При движении поршня в цилиндре к нижней мертвой точке происходит расширение продуктов процесса, их охлаждение и закалка. При последующем движении поршня к верхней мертвой точке продукты процесса выводят из цилиндра через выпускной клапан. Подачу в цилиндр и в камеру предварительного воспламенения свежей рабочей смеси производят при движении поршня к нижней мертвой точке и открытии впускных клапанов. Так циклично работает установка и осуществляется способ получения синтез-газа.

Основным недостатком установки для получения синтез-газа по патенту РФ №2120913 является отсутствие возможности достижении непрерывного процесса конверсии углеводородного сырья вследствие его цикличности, что снижает производительность получения синтез-газа, кроме этого, описанная установка недостаточно надежна и долговечна, так как ее работа связана с циклическим движением основных деталей, таких как поршень, кривошип и клапаны.

Известен также способ получения синтез-газа по патенту РФ №2191743, МКИ 7 С01В 3/34, В01J 7/00, принятый в качестве ближайшего аналога заявляемого способа. Способ получения синтез-газа включает смешивание углеводородного сырья с воздухом в соотношении, соответствующем коэффициенту избытка окислителя α меньше 1, принудительное воспламенение воздушно-углеводородной смеси и парциальное окисление углеводородного сырья кислородом воздуха в реакционной зоне, охлаждение с последующим выводом продуктов процесса, содержащих синтез-газ, и введение новой порции углеводородного сырья и воздуха, при этом подогрев углеводородного сырья и воздуха осуществляют при повышенных давлении и температуре, на 50-100°С ниже температуры самовоспламенения их смеси, процесс парциального окисления углеводородного сырья проводят в проточной камере горения, при этом принудительное воспламенение проводят при коэффициенте избытка окислителя α=0,6-0,7, и после прогрева проточной камеры горения отношение кислорода к углеводородному сырью доводят до уровня, соответствующего значению α=0,30-0,56. При этом процесс охлаждения продуктов парциального окисления, выходящих из реакционной зоны, проводят со скоростью не ниже 3000°С/с.

Известно устройство для получения синтез-газа по патенту РФ №2191743, МКИ 7 С01В 3/34, В01J 7/00, принятое в качестве ближайшего аналога устройства для осуществления заявляемого способа. Устройство для получения синтез-газа включает камеру парциального окисления углеводородного сырья кислородом воздуха, смеситель, систему расширения и охлаждения продуктов парциального окисления и вывода синтез-газа. Также оно снабжено системой предварительного подогрева углеводородного сырья и воздуха, регулятором расхода углеводородного сырья. При этом камера парциального окисления углеводородного сырья содержит средство воспламенения и выполнена в виде проточной камеры горения, ко входу которой через антипроскоковую решетку пристыкован смеситель, а к смесителю подключены подводящая труба углеводородного сырья и подводящая труба воздуха, обе указанные подводящие трубы охвачены с зазором рекуператорным патрубком, один конец которого пристыкован к выходу из проточной камеры горения, а другой, открытый, конец сообщается с полостью теплообменника, который образован оболочкой, ограничивающей полость вокруг рекуператорного патрубка. Кроме того, в полости теплообменника расположены трубчатый нагреватель углеводородного сырья и трубчатый нагреватель воздуха. При этом к одному концу трубчатого нагревателя углеводородного сырья подключен регулятор расхода углеводородного сырья, а другой конец через упомянутую подводящую трубу связан со смесителем. Один конец трубчатого нагревателя воздуха подключен к источнику воздуха, а другой конец через подводящую трубу связан со смесителем. Вместе с тем теплообменник снабжен штуцером для вывода из его полости синтез-газа.

Изобретение позволяет повысить производительность процесса.

Основным недостатком способа получения синтез-газа и устройства для его осуществления по патенту РФ №2191743 является осуществление процесса горения в режиме, близком к ламинарному.

Так, при ламинарном режиме горения для получения состава продуктов, близкого к термодинамически равновесному (в том числе для выгорания кислорода), необходимо большое время пребывания в зоне реакции, что приводит к заметному образованию конденсированных продуктов уплотнения углерода, в том числе сажи, и получению основных продуктов процесса водорода и оксида углерода в соотношении ~1,6, что не соответствует требованиям к синтез-газу для ряда каталитических процессов его переработки, например, в метанол или по методу Фишера-Тропша.

К недостатку также относится описанный в патенте двухстадийный способ воспламенения богатой метано-воздушной смеси, согласно которому сначала подают метано-воздушные смеси с α=0,6-0,7, воспламеняют их от искры, и после прогрева реактора для получения синтез-газа подают богатую метано-воздушную смесь с α=0,30-0,56.

Однако в случае внештатной ситуации, например срыва пламени, искровой поджиг богатых метано-воздушных смесей становится невозможным и процесс надо начинать сначала, т.е. надо вернуться к режиму пуска.

Кроме того, при таком поджиге в продуктах процесса образуется повышенное количество Н₂О и CO₂, нежелательных при каталитической переработке, например синтез Фишера-Тропша в присутствии железного катализатора.

Предлагаемое изобретение направлено на устранение отмеченных выше недостатков прототипа.

Согласно предлагаемому изобретению поставленная задача решается тем, что в способе получения синтез-газа в проточном реакторе при горении смеси углеводородного сырья и окислителя, взятых в отношении, соответствующем коэффициенту избытка окислителя менее 1. Процесс горения проводят в турбулентном режиме в двухкамерном реакторе, дополнительно к указанной смеси в проточный реактор подают перегретый водяной пар в количестве 5-20 мас.% по отношению к массе поданного углерода в виде углеводородного сырья, что обеспечивает объемное отношение в продуктах процесса Н₂/СО≈2,0 и объемное отношение СО/CO₂ свыше 4,0, производят воспламенение трехкомпонентной смеси в камере сгорания струей горячего газа из внешнего источника, давление в котором при воспламенении превышает давление в первой камере, при этом продукты сгорания из первой камеры реактора через сопло с критическим перепадом давления направляют во вторую камеру и продолжают процесс горения до содержания кислорода в продуктах горения не более 0,3 об.%.

В качестве углеводородного сырья используют индивидуальные углеводороды алканового ряда, в частности метан, и/или их смеси, очищенные от примесей сернистых соединений.

В качестве окислителя в способе используют газообразный молекулярный кислород и/или его смесь с инертными компонентами, например воздух или обогащенный кислородом воздух.

Поток струи горячего газа от внешнего источника составляет 1-7 об.% по отношению к основному потоку газа, а температура потока струи превышает температуру основного потока газа, причем струю горячего газа подают перпендикулярно оси основного потока газа. Состав газа во внешнем источнике выбирается близким к стехиометрическому для его воспламенения посредством искры от свечи зажигания.

Внешний источник горячего газа выполняет функции поджига основного потока газа и его турбулизации, работая по мере необходимости в режиме дежурного факела.

Время пребывания рабочей смеси в реакторе выбирают в пределах 0,01-1 с.

Предлагаемый способ позволяет получить синтез-газ, в котором отношение основных продуктов процесса Н₂/СО≈2.0, остаточное содержание кислорода не превышает 0,3 об.%, содержание сажи не превышает следовых количеств.

Для осуществления способа получения синтез-газа предложено устройство, обеспечивающее проведение процесса горения в турбулентном режиме при стабильной работе реактора.

В устройстве для получения синтез-газа при горении при повышенном давлении реактор выполнен по типу модельного жидкостного ракетного двигателя и состоит из двух цилиндрических соосно расположенных камер, между которыми размещено охлаждаемое сопло с сечением, обеспечивающим критический перепад давления между камерами, что позволяет за критическим сечением сопла организовать зону внезапного расширения, которая защищает дальнейший процесс от случайных выбросов кислорода в продукты реакции, на входе в первую камеру установлен блок форсунок для подачи компонентов рабочей смеси, в первой камере расположен турбулизатор, на боковой поверхности первой камеры расположено одно или несколько отверстий для ввода струи горячего газа из внешнего источника, давление в котором при воспламенении превышает давление в первой камере, а во второй камере, объем которой в несколько раз превышает объем первой, расположена система подогрева компонентов смеси, подаваемых на вход первой камеры. Отверстия расположены в плоскости, перпендикулярной оси реактора под углом 360°/n, где n=1-3.

Устройство позволяет обеспечить протекание процесса в турбулентном режиме и, как следствие, увеличить скорость распространения фронта пламени, что способствует большей термодинамической завершенности процесса.

Общий вид устройства показан на фиг.1, а его разрез - на фиг.2.

Устройство для получения синтез-газа содержит форсуночную головку (1) с двух- или однокомпонентными форсунками, первую камеру (2), охлаждаемое сопло (3), на выходе которого создается сверхкритический перепад давления, и вторую камеру (4). На боковой поверхности первой камеры расположены отверстия для ввода продуктов сгорания из микроЖРД (5), в которых установлены электросвечи (6). Турбулизатор газового потока (7) размещен внутри камеры сгорания ближе к ее середине и может быть выполнен в виде жаропрочной или охлаждаемой решетки. За критическим сечением сопла установлена вторая камера (4), объем которой в несколько раз больше объема первой камеры. Внутри второй камеры размещены теплообменники (8), для подогрева компонентов рабочей смеси перед их подачей в первую камеру.

Предлагаемый способ и работа устройства иллюстрируются следующими примерами.

Пример 1.

После стандартной сероочистки метана исходные компоненты (метан, водяной пар и кислород) под давлением, превосходящим давление в первой камере, нагревают в теплообменниках (8) и подают в форсуночную головку (1) проточного реактора. Воспламенение смеси компонентов в первой камере (2) выполняют при помощи струи горячих продуктов сгорания из жидкостного ракетного двигателя малой тяги (микроЖРД) (5), производительность которого составляет 1-7 об.% от основного потока газа. Смесь горючего и окислителя, подаваемую в микроЖРД, воспламеняют при помощи свечи зажигания (6). Турбулизатор (7) выполнен в виде решетки, конструкция которой позволяет обеспечить скорость потока 35-70 м/с, что в аппарате данной конструкции соответствует числам Рейнольдса, характерным для развитой турбулентности.

В данном эксперименте коэффициент избытка окислителя α метано-кислородной смеси в первой камере составляет 0,35; перегретый водяной пар подают в количестве 5 мас.% по отношению к массе поданного углерода. В микроЖРД подают смесь метана с кислородом, коэффициент избытка окислителя которой составляет 0,8. Расход метано-кислородной смеси через микроЖРД составляет 3 об.% по отношению к расходу газа через блок форсунок (1). Горячую смесь продуктов через охлаждаемое сопло (3) с сечением, обеспечивающим критический перепад давления между камерами, направляют во вторую камеру (4), где происходит за счет внезапного расширения дальнейшее превращение остатков исходных компонентов.

Проводят парциальное окисление метана при давлении в первой камере 54 атм, начальной температуре 570 К и максимальной температуре в реакторе 1600 К. Полученный синтез-газ при поддержании примерно постоянного давления охлаждают с целью выделения из него паров воды до уровня, не превышающего 0,5 об.%. Полученный сухой синтез-газ имеет состав (мол.%): СО - 33,6, Н₂ - 61,9, СО₂ - 3,4, CH₄ - 0,4; O₂ - 0,2, сажа - следы, водяной пар - 0,5. В полученном синтез-газе отношение Н₂/СО=1,84; отношение СО/CO₂=9,9.

Пример 2.

Условия, как в примере 1, за исключением коэффициента избытка окислителя α=0,39 и количества перегретого водяного пара - 20% от массы поданного углерода.

Проводят парциальное окисление метана при давлении в первой камере 54 атм, начальной температуре 520 К и максимальной температуре в реакторе около 1550 К. Полученный синтез-газ при поддержании примерно постоянного давления охлаждают с целью выделения из него паров воды до уровня, не превышающего 0.5 об.%. Полученный сухой синтез-газ имеет состав (мол.%): СО - 32,1, Н₂ - 61,4, СО₂ - 4,4, СН₄ - 1,4; О₂ - 0,2, сажа - следы, водяной пар - 0,5. В полученном синтез-газе отношение Н₂/СО=1,9; отношение СО/СО₂=7,3.

Пример 3.

Условия, как в примере 1, за исключением коэффициента избытка окислителя α=0,36 и количества перегретого водяного пара - 10% от массы поданного углерода.

Проводят парциальное окисление метана при давлении в первой камере 54 атм, начальной температуре 570 К и максимальной температуре в реакторе около 1550 К. Полученный синтез-газ при поддержании примерно постоянного давления охлаждают с целью выделения из него паров воды до уровня, не превышающего 0,5 об.%. Полученный сухой синтез-газ имеет состав (мол.%): СО - 32,0, H₂ - 62,0, CO₂ - 4,1, CH₄ - 1,3; O₂ - 0,1, сажа - отсутствует, водяной пар - 0,5. В полученном синтез-газе отношение Н₂/СО=1,94; отношение СО/CO₂=7,8.

Пример 4.

Условия, как в примере 2, за исключением давления в первой камере устройства, равного 40 атм.

Проводят парциальное окисление метана при начальной температуре 520 К и максимальной температуре в реакторе около 1550 К. Полученный синтез-газ при поддержании примерно постоянного давления охлаждают с целью выделения из него паров воды до уровня, не превышающего 0,5 об.%. Полученный сухой синтез-газ имеет состав (мол.%): СО - 32,1, Н₂ - 61,3, CO₂ - 4,4, СН₄ - 1,5; О₂ - 0,2, сажа - следы, водяной пар - 0,5. В полученном синтез-газе отношение Н₂/СО=1,9; отношение СО/CO₂=7,3.

Пример 5.

Аппаратурное оформление, как в примере 1. Исходное сырье - метан, перегретый водяной пар, окислитель - воздух. Коэффициент избытка окислителя α=0,42, количество перегретого водяного пара - 5% от массы поданного углерода.

Проводят парциальное окисление метана при давлении 50 атм, начальной температуре 570 К и максимальной температуре в реакторе около 1300 К. Полученный синтез-газ при поддержании примерно постоянного давления охлаждают с целью выделения из него паров воды до уровня, не превышающего 0,5 об.%. Полученный сухой синтез-газ имеет состав (мол.%): СО - 13,1, H₂ - 24,0, CO₂ - 2,5, CH₄ - 2,7; O₂ - 0,27, сажа + потери - 1,0; водяной пар - 0,5, N₂ - до 100. В полученном синтез-газе отношение Н₂/СО=1,83; отношение СО/CO₂=5,2.

Пример 6

Условия, как в примере 5, за исключением коэффициента избытка окислителя α=0,5 и количества перегретого водяного пара - 15% от массы поданного углерода.

Проводят парциальное окисление метана при давлении 50 атм, начальной температуре 570 К и максимальной температуре в реакторе около 1400 К. Полученный синтез-газ при поддержании примерно постоянного давления охлаждают с целью выделения из него паров воды до уровня, не превышающего 0,5 об.%. Полученный сухой синтез-газ имеет состав (мол.%): СО - 12,8, Н₂ - 22,5, CO₂ - 3,2, СН₄ - 2,5; О₂ - 0,25; сажа + потери 0,5; водяной пар - 0,5, N₂ - до 100. В полученном синтез-газе отношение Н₂/СО=1,76; отношение СО/СО₂=4,0.

Пример 7.

Аппаратурное оформление, как в примере 1. Исходное сырье - метан, перегретый водяной пар, окислитель - воздух, обогащенный кислородом (мол.%: О₂ - 37, N₂ - 63). Коэффициент избытка окислителя α=0,42, количество перегретого водяного пара - 10 мас.% по отношению к массе поданного углерода.

Проводят парциальное окисление метана при давлении 50 атм, начальной температуре 570 К и максимальной температуре в реакторе около 1500 К. Полученный синтез-газ при поддержании примерно постоянного давления охлаждают с целью выделения из него паров воды до уровня, не превышающего 0,5 об.%. Полученный сухой синтез-газ имел состав (мол.%): СО - 24,0, Н₂ - 45,6, CO₂ - 3,3, СН₄ - 2,7; О₂ - 0,2; сажа - следы, водяной пар - 0,5, N₂ - до 100. В полученном синтез-газе отношение Н₂/СО=1,9; отношение СО/CO₂=7,3.

Пример 8.

Условия, как в примере 7, за исключением коэффициента избытка окислителя α=0,45 и количества перегретого водяного пара - 15% от массы поданного углерода.

Проводят парциальное окисление метана при давлении 50 атм, начальной температуре 550 К и максимальной температуре в реакторе около 1450 К. Полученный синтез-газ при поддержании примерно постоянного давления охлаждают с целью выделения из него паров воды до уровня, не превышающего 0,5 об.%. Полученный сухой синтез-газ имел состав (мол.%): СО - 23,5, Н₂ - 44,8, CO₂ - 3,6, СН₄ - 2,9; O₂ - 0,2; сажа - 0,4; водяной пар - 0,5, N₂ - до 100. В полученном синтез-газе отношение Н₂/СО=1,9; отношение СО/CO₂=6,5.

Пример 9.

Условия, как в примере 1, за исключением состава исходного сырья. В качестве исходного сырья используют углеводородный газ состава (об.%): СН₄ - 86,9, C₂H₆ - 10,1, C₂H₈ - 3 и перегретый водяной пар в количестве 10% от массы поданного углерода. После осушки был получен синтез-газ состава: СО - 34,9%, Н₂ - 60,2%, CO₂ - 3,5%, содержание остаточного метана составляет 0,75%; О₂ - 0,15%, сажа - следы, водяной пар - 0,5%. В полученном синтез-газе отношение Н₂/СО=1,72; отношение СО/СО₂=9.9.

Пример 10.

Условия, как в примере 9, за исключением коэффициента избытка окислителя α=0,39 и количества перегретого водяного пара - 20% от массы поданного углерода. После осушки был получен синтез-газ состава: СО - 34,3%, Н₂ - 60,0%, CO₂ - 3,8%, содержание остаточного метана составляет 1,2%; О₂ - 0,20%, сажа - следы, водяной пар - 0,5%. В полученном синтез-газе отношение Н₂/СО=1,75; отношение СО/CO₂=9,0.

Пример 11.

Условия, как в примере 10, за исключением состава исходного сырья. Окислитель - воздух, коэффициент избытка окислителя 0,45. Подают 8% водяного пара от массы поданного углерода. Состав сухого синтез-газа: СО - 13,3%, H₂ - 23,3%, CO₂ - 2,9%, содержание остаточного метана составляет 2,4%, O₂ - 0,27%, сажа - 0,6%, водяной пар - 0,5%, азот до 100%. В полученном синтез-газе отношение Н₂/СО=1,75; отношение СО/СО₂=4,6.

Claims (9)

1. Способ получения синтез-газа в проточном реакторе при горении смеси углеводородного сырья и окислителя, взятых в соотношении, соответствующем коэффициенту избытка окислителя менее 1, отличающийся тем, что процесс горения проводят в турбулентном режиме в двухкамерном реакторе, дополнительно к указанной смеси в проточный реактор подают перегретый водяной пар в количестве 5-20 мас.% по отношению к массе поданного углерода в виде углеводородного сырья, производят воспламенение трехкомпонентной смеси в камере сгорания струей горячего газа из внешнего источника, давление в котором при воспламенении превышает давление в первой камере, при этом продукты сгорания из первой камеры реактора через сопло с критическим перепадом давления направляют во вторую камеру и продолжают процесс горения до содержания кислорода в продуктах горения не более 0,3 об.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеводородного сырья используют индивидуальные углеводороды алканового ряда, в частности метан, и/или их смеси, очищенные от примесей сернистых соединений.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют газообразный молекулярный кислород и/или его смесь с инертными компонентами.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при подаче из внешнего источника горячего газа его поток составляет 1-7 об.% по отношению к основному потоку газа, а температура превышает температуру основного потока газа.

5. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что струю горячего газа подают перпендикулярно оси основного потока газа.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что время пребывания смеси в реакторе выбирают в пределах 0,01-1 с.

7. Проточное устройство для получения синтез-газа при горении при повышенном давлении, отличающееся тем, что реактор горения выполнен из двух цилиндрических соосно расположенных камер, между которыми размещено охлаждаемое сопло с сечением, обеспечивающим критический перепад давления между камерами, на входе в первую камеру установлен блок форсунок для подачи компонентов рабочей смеси, в первой камере расположен турбулизатор, на боковой поверхности первой камеры расположено одно или несколько отверстий для ввода струи горячего газа из внешнего источника, давление в котором при воспламенении превышает давление в первой камере, а объем второй камеры превышает объем первой.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что отверстия для ввода струи горячего газа от внешнего источника расположены в плоскости, перпендикулярной оси реактора под углом 360°/n, где n=1-3.

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что вторая камера снабжена системой подогрева компонентов смеси, подаваемых на вход первой камеры.

Images