RU2571756C1

RU2571756C1 - High-temperature reactor with fine water spraying

Info

Publication number: RU2571756C1
Application number: RU2014140304/05A
Authority: RU
Inventors: Игорь Владимирович Вильнит; Валентин Александрович Фролов; Александр Сергеевич Арсентьев; Александр Иванович Янкевич
Original assignee: Открытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро морской техники "Рубин"
Priority date: 2014-10-06
Filing date: 2014-10-06
Publication date: 2015-12-20

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to chemical engineering and specifically to apparatus for producing synthesis gas from hydrocarbon-containing material, and can be used in chemical, petrochemical, power and other related industries for processing hydrocarbon material to obtain synthesis gas which is used for power and processing purposes. In the high-temperature reactor with fine water spraying, the housing is provided with a water supply unit. The water supply unit comprises centrifugal atomisers arranged around the periphery and directed inside the housing. The water supply unit divides the inner cavity of the housing into upper and lower cavities. The lower cavity is linked to the cavity of the water supply unit. The upper cavity is provided with an additional annular collector.

EFFECT: high reliability of the reactor when producing a variable amount of synthesis gas and eliminating overhead on recycling heat and water which is fed for protecting reactor walls.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области химического машиностроения, а именно к установкам для получения синтез-газа из углеводородного сырья. Изобретение может быть использовано в химической, нефтехимической, энергетической и других смежных отраслях промышленности для переработки углеводородного сырья с получением синтез-газа, используемого для энергетических и технологических целей.The invention relates to the field of chemical engineering, and in particular to installations for producing synthesis gas from hydrocarbon feedstocks. The invention can be used in the chemical, petrochemical, energy and other related industries for the processing of hydrocarbons with the production of synthesis gas used for energy and technological purposes.

Известен газификатор вертикального типа для получения синтез-газа по патенту РФ №2052492, кл. C10J 3/00, 3/54, включающий корпус, горелку для ввода топлива и кислорода или парокислородной смеси, расположенную в верхней части корпуса, патрубки для отвода шлака и газа в нижней части корпуса, а также корпус дополнительно снабжен тангенциально расположенными соплами, установленными в 3-10 ярусов по высоте реактора на расстоянии между ярусами 0,5-5 диаметров аппарата.Known vertical type gasifier for producing synthesis gas according to the patent of the Russian Federation No. 2052492, class. C10J 3/00, 3/54, including a casing, a burner for introducing fuel and oxygen or an oxygen mixture located in the upper part of the casing, nozzles for draining slag and gas in the lower part of the casing, and the casing is additionally equipped with tangentially arranged nozzles installed in 3-10 tiers along the height of the reactor at a distance between tiers of 0.5-5 diameters of the apparatus.

В указанном реакторе применен корпус без футеровки с двухслойными водоохлаждаемыми металлическими стенками, причем часть воды подается на охлаждение стенок, а другая часть воды независимо подается через сопла на внутреннюю поверхность стенок реактора, образуя пленочную завесу.In this reactor, a lining without a lining with two-layer water-cooled metal walls is used, with some of the water being supplied to cool the walls, and the other part of water independently supplied through nozzles to the inner surface of the walls of the reactor, forming a film curtain.

Недостатком вышеназванного устройства являются непроизводительные расходы по утилизации тепла и воды, подаваемой для образования пленочной завесы, защищающей стенки реактора.The disadvantage of the above device is the unproductive costs of utilizing heat and water supplied to form a film curtain that protects the walls of the reactor.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению, принятому за прототип, является реактор для получения синтез-газа по патенту РФ №2392297, кл. C10J 3/34, включающий корпус с водяной магистралью и с двухслойными металлическими водоохлаждаемыми стенками и внутренней полостью, горелку для ввода топлива и кислорода или парокислородной смеси, расположенную в верхней части корпуса, патрубок для отвода газа, расположенный в нижней части корпуса. В корпусе выполнены кольцевые коллекторы, один из которых расположен в верхней части корпуса и присоединен к водяной магистрали, а другой расположен в нижней части корпуса и присоединен трубопроводом к горелке. Корпус дополнительно снабжен, например, одним поясом завесы, выполненным в виде кольцевого щелеобразного канала с реданами, и соединен с внутренней полостью, расположенной между двухслойными металлическими водоохлаждаемыми стенками.Closest to the proposed invention, adopted as a prototype, is a reactor for producing synthesis gas according to the patent of the Russian Federation No. 2392297, class. C10J 3/34, comprising a housing with a water main and two-layer metal water-cooled walls and an internal cavity, a burner for introducing fuel and oxygen or an oxygen mixture located in the upper part of the housing, a gas outlet pipe located in the lower part of the housing. Annular collectors are made in the casing, one of which is located in the upper part of the casing and connected to the water main, and the other is located in the lower part of the casing and connected by a pipeline to the burner. The housing is additionally equipped with, for example, one curtain belt, made in the form of an annular slit-like channel with redans, and is connected to an internal cavity located between two-layer metal water-cooled walls.

Недостатком вышеназванного устройства является низкая надежность при производстве переменного количества синтез-газа для работы в составе воздухонезависимой энергетической установки переменной мощности.The disadvantage of the above device is the low reliability in the production of a variable amount of synthesis gas for operation as part of an air-independent power plant of variable power.

Это поясняется тем, что в вышеназванном реакторе для заданного количества топлива и кислорода или парокислородной смеси подается определенное количество воды, используемой одновременно для охлаждения стенок корпуса, создания пленочной завесы для защиты стенок корпуса, а также для получения пара. При изменении количества подаваемых компонентов топлива, с целью изменения количества получаемого синтез-газа, необходимо изменить и количество подаваемой воды, что сложно обеспечить без риска прогара корпуса реактора при меньшем, чем необходимо, или остановке реактора при большем, чем необходимо, количестве подаваемой воды.This is explained by the fact that in the above-mentioned reactor, for a given amount of fuel and oxygen or an oxygen-vapor mixture, a certain amount of water is supplied, used simultaneously to cool the walls of the casing, create a film curtain to protect the walls of the casing, and also to produce steam. When changing the amount of supplied fuel components, in order to change the amount of synthesis gas produced, it is necessary to change the amount of supplied water, which is difficult to achieve without the risk of burnout of the reactor vessel with less than necessary, or shutting down the reactor with more than necessary quantity of supplied water.

Оснащение воздухонезависимой установки переменной мощности несколькими реакторами с заранее настроенными параметрами значительно усложнит ее эксплуатацию, а сброс избыточного количества синтез-газа приведет к непроизводительным затратам горючего и кислорода и ухудшению экологической обстановки вокруг реактора.Equipping an air-independent variable power plant with several reactors with pre-configured parameters will greatly complicate its operation, and dumping an excess amount of synthesis gas will lead to unproductive expenses of fuel and oxygen and environmental degradation around the reactor.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности реактора для получения переменного количества синтез-газа и устранение непроизводительных затрат по утилизации тепла и воды, подаваемой для защиты стенок реактора.The objective of the invention is to increase the reliability of the reactor to obtain a variable amount of synthesis gas and eliminate overhead costs for the utilization of heat and water supplied to protect the walls of the reactor.

Поставленная задача достигается тем, что корпус снабжен блоком подачи воды, имеющим в своем составе расположенные по периметру и направленные внутрь корпуса центробежные форсунки, и разделяющим внутреннюю полость на верхнюю и нижнюю полости, причем нижняя полость связана с полостью блока подачи воды, а верхняя полость снабжена дополнительным кольцевым коллектором.This object is achieved in that the casing is provided with a water supply unit, comprising centrifugal nozzles arranged along the perimeter and directed into the housing, and dividing the internal cavity into upper and lower cavities, the lower cavity being connected to the cavity of the water supply unit and the upper cavity provided additional ring collector.

На фиг. 1 приведено схематическое изображение высокотемпературного реактора с мелкодисперсным распылом воды.In FIG. 1 is a schematic representation of a high-temperature reactor with a finely dispersed spray of water.

На фиг. 2 приведено схематическое изображение блока подачи воды.In FIG. 2 is a schematic illustration of a water supply unit.

Высокотемпературный реактор с мелкодисперсным распылом воды (далее реактор) содержит корпус 1 с водяной магистралью и двухслойными металлическими водоохлаждаемыми стенками 2 с внутренней полостью. Корпус 1 снабжен кольцевыми коллекторами 3 и 4, распложенными в верхней и нижней частях корпуса. Горелка 5 для ввода горючего и кислорода или парокислородной смеси расположена в верхней части корпуса 1. В нижней части корпуса 1 установлен патрубок 6 для отвода синтез-газа. Блок подачи воды 7 установлен таким образом, что делит внутреннюю полость между двухслойными металлическими водоохлаждаемыми стенками 2 на верхнюю полость 8 и нижнюю полость 9. Причем полость 10 блока подачи воды 7 связана с нижней полостью 9, а верхняя полость 8 снабжена дополнительным кольцевым коллектором 11. Блок подачи воды 7 снабжен центробежными форсунками 12, расположенными по его периметру и направленными внутрь корпуса 1.The high-temperature reactor with a finely dispersed spray of water (hereinafter referred to as the reactor) comprises a housing 1 with a water main and two-layer metal water-cooled walls 2 with an internal cavity. The housing 1 is equipped with annular collectors 3 and 4, located in the upper and lower parts of the housing. A burner 5 for introducing fuel and oxygen or an oxygen-vapor mixture is located in the upper part of the housing 1. In the lower part of the housing 1, a pipe 6 is installed for the removal of synthesis gas. The water supply unit 7 is installed in such a way that divides the internal cavity between the two-layer metal water-cooled walls 2 into the upper cavity 8 and the lower cavity 9. Moreover, the cavity 10 of the water supply unit 7 is connected to the lower cavity 9, and the upper cavity 8 is equipped with an additional annular collector 11. The water supply unit 7 is equipped with centrifugal nozzles 12 located along its perimeter and directed into the housing 1.

Высокотемпературный реактор с мелкодисперсным распылом воды работает следующим образом.A high temperature reactor with a fine spray of water works as follows.

Горючее и кислород, или парокислородная смесь, поступают по трубопроводам в горелку 5. Трубопроводы на чертеже условно не показаны. После воспламенения парогазовой смеси идет высокотемпературный процесс образования синтез-газа. Температура внутри реактора достигает 3000 К.Fuel and oxygen, or a vapor-oxygen mixture, enter the burner through pipelines 5. The pipelines are not conventionally shown in the drawing. After ignition of the gas-vapor mixture, a high-temperature process of synthesis gas formation takes place. The temperature inside the reactor reaches 3000 K.

Из водяной магистрали (не показана) вода для охлаждения двухслойных металлических стенок 2 подается в дополнительный кольцевой коллектор 11, проходит через верхнюю полость 8, где нагревается, и выходит из кольцевого коллектора 4.From a water line (not shown), water for cooling the two-layer metal walls 2 is supplied to an additional annular collector 11, passes through the upper cavity 8, where it is heated, and exits the annular collector 4.

Нагретая вода может быть использована для подогрева компонентов топлива.Heated water can be used to heat fuel components.

Из водяной магистрали (не показана) вода подается в кольцевой коллектор 3, проходит нижнюю полость 9, полость 10 блока подачи воды 7 и посредством центробежных форсунок 12 поступает в виде мелкодисперсного распыла внутрь корпуса 1.From a water line (not shown), water is supplied to the annular collector 3, passes the lower cavity 9, the cavity 10 of the water supply unit 7 and, through centrifugal nozzles 12, enters in the form of a finely dispersed spray into the housing 1.

При попадании мелкодисперсного распыла воды в поток синтез-газа происходит мгновенное испарение и интенсивное перемешивание пара с потоком синтез-газа, при этом температура парогазовой смеси уменьшается ориентировочно до 500-900 К.When a finely dispersed spray of water enters the synthesis gas stream, instant evaporation and intensive mixing of the steam with the synthesis gas stream occurs, while the temperature of the gas-vapor mixture decreases approximately to 500-900 K.

При уменьшении количества компонентов топлива может быть уменьшена подача воды в верхнюю полость 8 для охлаждения двухслойных металлических стенок 2 и уменьшена подача воды в нижнюю полость 9 для охлаждения синтез-газа.With a decrease in the number of fuel components, the water supply to the upper cavity 8 for cooling the two-layer metal walls 2 can be reduced and the water supply to the lower cavity 9 for cooling the synthesis gas can be reduced.

При увеличении подачи компонентов топлива будет соответственно увеличена подача воды в верхнюю 8 и нижнюю 9 полости.With an increase in the supply of fuel components, the water supply to the upper 8 and lower 9 cavities will accordingly increase.

Предложенным изобретением будет достигнуто повышение надежности реактора при производстве переменного количества синтез-газа и будут устранены непроизводительные потери по утилизации тепла и воды, подаваемой для защиты стенок реактора.The proposed invention will achieve increased reliability of the reactor in the production of a variable amount of synthesis gas and will be eliminated unproductive losses in the utilization of heat and water supplied to protect the walls of the reactor.

Claims

A high-temperature reactor with a finely dispersed spray of water, including a casing with a water main and two-layer metal water-cooled walls and an internal cavity, ring collectors located in the upper and lower parts of the casing and connected to the water main, a burner for introducing fuel and oxygen or a vapor-oxygen mixture located in the upper part of the housing, a pipe for the extraction of synthesis gas located in the lower part of the housing, characterized in that the housing is equipped with a water supply unit having Ave disposed on the perimeter body and inwardly directed nozzles and centrifugal separating the internal cavity into upper and lower cavity, the lower cavity is connected with the cavity of the water supply unit, and the upper cavity is provided with additional annular collector.