RU2767113C2 - Device and method of converting methane using a supersonic flow reactor - Google Patents
Device and method of converting methane using a supersonic flow reactor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2767113C2 RU2767113C2 RU2019142726A RU2019142726A RU2767113C2 RU 2767113 C2 RU2767113 C2 RU 2767113C2 RU 2019142726 A RU2019142726 A RU 2019142726A RU 2019142726 A RU2019142726 A RU 2019142726A RU 2767113 C2 RU2767113 C2 RU 2767113C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- shell
- supersonic
- copper
- methane
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C2/00—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms
- C07C2/76—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by condensation of hydrocarbons with partial elimination of hydrogen
- C07C2/78—Processes with partial combustion
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/0006—Controlling or regulating processes
- B01J19/0013—Controlling the temperature of the process
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/0006—Controlling or regulating processes
- B01J19/002—Avoiding undesirable reactions or side-effects, e.g. avoiding explosions, or improving the yield by suppressing side-reactions
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/02—Apparatus characterised by being constructed of material selected for its chemically-resistant properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
- B01J19/2405—Stationary reactors without moving elements inside provoking a turbulent flow of the reactants, such as in cyclones, or having a high Reynolds-number
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/26—Nozzle-type reactors, i.e. the distribution of the initial reactants within the reactor is effected by their introduction or injection through nozzles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J4/00—Feed or outlet devices; Feed or outlet control devices
- B01J4/001—Feed or outlet devices as such, e.g. feeding tubes
- B01J4/002—Nozzle-type elements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
- B01J2219/00051—Controlling the temperature
- B01J2219/00054—Controlling or regulating the heat exchange system
- B01J2219/00056—Controlling or regulating the heat exchange system involving measured parameters
- B01J2219/00058—Temperature measurement
- B01J2219/00063—Temperature measurement of the reactants
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
- B01J2219/00051—Controlling the temperature
- B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
- B01J2219/00076—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements inside the reactor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
- B01J2219/00051—Controlling the temperature
- B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
- B01J2219/00076—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements inside the reactor
- B01J2219/00078—Fingers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
- B01J2219/00051—Controlling the temperature
- B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
- B01J2219/00076—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements inside the reactor
- B01J2219/00081—Tubes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
- B01J2219/00051—Controlling the temperature
- B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
- B01J2219/00076—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements inside the reactor
- B01J2219/00083—Coils
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
- B01J2219/00051—Controlling the temperature
- B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
- B01J2219/00087—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements outside the reactor
- B01J2219/00092—Tubes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
- B01J2219/00051—Controlling the temperature
- B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
- B01J2219/00087—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements outside the reactor
- B01J2219/00094—Jackets
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
- B01J2219/00051—Controlling the temperature
- B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
- B01J2219/00119—Heat exchange inside a feeding nozzle or nozzle reactor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
- B01J2219/00051—Controlling the temperature
- B01J2219/00121—Controlling the temperature by direct heating or cooling
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
- B01J2219/00245—Avoiding undesirable reactions or side-effects
- B01J2219/0027—Pressure relief
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/02—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties
- B01J2219/0204—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties comprising coatings on the surfaces in direct contact with the reactive components
- B01J2219/0218—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties comprising coatings on the surfaces in direct contact with the reactive components of ceramic
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/02—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties
- B01J2219/0204—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties comprising coatings on the surfaces in direct contact with the reactive components
- B01J2219/0236—Metal based
Abstract
Description
Настоящая заявка испрашивает приоритет по заявке на патент США № 15/629447, поданной 21 июня 2017 г., которая представляет собой частичное продолжение находящейся в процессе одновременного рассмотрения заявки № 15/491,280, поданной 19 апреля 2017 г., являющейся продолжением заявки № 13/967,334, поданной 14 августа 2013 г., защищенной в настоящее время патентом США № 9,656,229, которая испрашивает приоритет по предварительной заявке № 61/691,317, поданной 21 августа 2012 г. и в настоящее время утратившей силу с истечением срока, содержание указанных заявок полностью включено в настоящий документ путем ссылки.This application claims priority over U.S. Patent Application No. 15/629447, filed June 21, 2017, which is a partial continuation of co-pending Application No. 15/491,280, filed April 19, 2017, which is a continuation of Application No. 13/ 967,334, filed Aug. 14, 2013, currently protected by U.S. Patent No. 9,656,229, which claims priority over Provisional Application No. 61/691,317, filed Aug. 21, 2012, now expiring and now expiring, the contents of said applications are incorporated in their entirety to this document by reference.
Область изобретенияField of invention
Описаны устройство и способы конверсии метана в углеводородном потоке в ацетилен с использованием сверхзвукового проточного реактора.A device and methods for the conversion of methane in a hydrocarbon stream to acetylene using a supersonic flow reactor are described.
Предпосылки создания изобретенияPrerequisites for the creation of the invention
Легкие олефиновые вещества, включая этилен и пропилен, составляют значительную часть мирового спроса в нефтехимической промышленности. Легкие олефины используются при производстве множества химических продуктов посредством полимеризации, олигомеризации, алкилирования и других хорошо известных химических реакций. Эти легкие олефины являются важнейшими составными элементами современной нефтехимической и химической промышленности. Вследствие этого в нефтехимической промышленности экономичному производству легких олефинов в больших количествах уделяется значительное внимание. Основным источником таких веществ при переработке нефти в настоящее время является паровой крекинг нефтяного сырья.Light olefins, including ethylene and propylene, make up a significant portion of the world's demand in the petrochemical industry. Light olefins are used in the production of many chemical products through polymerization, oligomerization, alkylation and other well known chemical reactions. These light olefins are essential building blocks of today's petrochemical and chemical industries. As a consequence, the petrochemical industry is focusing on the economical production of light olefins in large quantities. The main source of such substances in oil refining is currently steam cracking of crude oil.
Крекинг углеводородов, осуществляемый путем нагрева сырья в печи, уже давно используется для производства полезных продуктов, включая, например, олефиновые продукты. Например, этилен, который является одним из наиболее важных продуктов в химической промышленности, может быть получен пиролизом сырья в диапазоне от легких парафинов, таких как этан и пропан, до более тяжелых фракций, таких как лигроин. Как правило, более легкие сырьевые продукты обеспечивают более высокий выход этилена (50–55% для этана по сравнению с 25–30% для лигроина), однако какие из них используются будут определять, по всей вероятности, затраты на сырье. Исторически крекинг лигроина обеспечивал самый большой источник этилена, за которым следовали пиролиз, крекинг или дегидрогенизация этана и пропана. Однако из-за большого спроса на этилен и другие легкие олеиновые вещества стоимость этих традиционных сырьевых продуктов неуклонно растет.The cracking of hydrocarbons by heating feedstock in a furnace has long been used to produce useful products, including, for example, olefinic products. For example, ethylene, which is one of the most important products in the chemical industry, can be produced by pyrolysis of feedstocks ranging from light paraffins such as ethane and propane to heavier fractions such as naphtha. Typically, lighter feedstocks provide higher ethylene yields (50-55% for ethane versus 25-30% for naphtha), but which feedstock is used will likely determine feedstock costs. Historically, naphtha cracking has provided the largest source of ethylene, followed by pyrolysis, cracking or dehydrogenation of ethane and propane. However, due to the high demand for ethylene and other light oleic substances, the cost of these traditional raw materials is steadily increasing.
Энергопотребление является еще одним фактором, влияющим на пиролитическое производство химических продуктов из различного сырья. За последние несколько десятилетий удалось добиться значительного улучшения эффективности процесса пиролиза, что сократило расходы на производство. В обычной или традиционной установке пиролиза сырье проходит через множество трубок теплообменника, где его нагревают извне до температуры пиролиза с помощью продуктов сгорания нефтяного топлива или природного газа и воздуха. Одним из наиболее важных шагов, предпринятых для сведения к минимуму производственных затрат, стало сокращение продолжительности нахождения сырья в трубках теплообменника пиролизной печи. Снижение продолжительности нахождения сырья увеличивает выход желаемого продукта и в то же время снижает выработку более тяжелых побочных продуктов, которые имеют тенденцию загрязнять стенки пиролизных трубок. Однако остается мало возможностей для улучшения в отношении продолжительности нахождения сырья или общего потребления энергии при традиционных способах пиролиза.Energy consumption is another factor affecting the pyrolytic production of chemical products from various feedstocks. Over the past few decades, significant improvements have been made in the efficiency of the pyrolysis process, which has reduced production costs. In a conventional or conventional pyrolysis plant, the feedstock passes through a plurality of heat exchanger tubes where it is heated externally to the pyrolysis temperature by the combustion products of fuel oil or natural gas and air. One of the most important steps taken to keep production costs to a minimum has been to reduce the residence time of raw materials in the heat exchanger tubes of the pyrolysis oven. Reducing the residence time of the raw material increases the yield of the desired product and at the same time reduces the production of heavier by-products that tend to foul the walls of the pyrolysis tubes. However, there remains little room for improvement in terms of feedstock residence time or overall energy consumption with conventional pyrolysis processes.
Недавние попытки снизить затраты на производство легких олефинов включают использование альтернативных способов и/или подаваемых потоков. В одном подходе оксигенаты углеводородов и, в частности, метанол или диметиловый эфир (DME) используют в качестве альтернативного сырья для получения легких олефиновых продуктов. Оксигенаты могут быть получены из доступных веществ, таких как уголь, природный газ, переработанные пластмассы, различные потоки отходов углерода из промышленности и различных продуктов и побочных продуктов сельскохозяйственного производства. Получение метанола и других оксигенатов из сырья этого типа хорошо налажено и, как правило, включает один или более общеизвестных способов, таких как производство синтез-газа с применением никелевого или кобальтового катализатора на стадии парового риформинга с последующим этапом синтеза метанола при относительно высоком давлении с применением катализатора на основе меди.Recent attempts to reduce the cost of producing light olefins include the use of alternative processes and/or feed streams. In one approach, hydrocarbon oxygenates, and in particular methanol or dimethyl ether (DME), are used as alternative feedstocks for the production of light olefin products. Oxygenates can be obtained from available substances such as coal, natural gas, recycled plastics, various carbon waste streams from industry, and various products and by-products of agricultural production. The production of methanol and other oxygenates from this type of feedstock is well established and typically involves one or more well known processes such as syngas production using a nickel or cobalt catalyst in a steam reforming step followed by a relatively high pressure methanol synthesis step using copper based catalyst.
После образования оксигенатов способ включает каталитическую конверсию оксигенатов, таких как метанол, в желаемые легкие олефиновые продукты в процессе превращения оксигенатов в олефины (OTO). Технологии конверсии оксигенатов, таких как метанол, в легкие олефины (MTO) раскрыты в патенте US 4,387,263, описывающем процесс, в котором используется зона каталитической конверсии, содержащая катализатор цеолитного типа. В US 4,587,373 описано применение цеолитного катализатора, такого как ZSM-5, с целью получения легких олефинов. Патенты US 5,095,163; US 5,126,308 и US 5,191,141, с другой стороны, описывают технологию конверсии MTO с использованием каталитического вещества на основе нецеолитного молекулярного сита, такого как металл-алюмофосфатное (ELAPO) молекулярное сито. Процессы OTO и MTO, хотя и полезны, но используют косвенный способ для образования желаемого углеводородного продукта путем первоначальной конверсии сырья в оксигенат и последующей конверсии оксигената в углеводородный продукт. Такой косвенный путь производства часто связан с затратами на энергию и лишними расходами, что часто снижает преимущество использования менее дорогого подаваемого вещества.Once the oxygenates are formed, the process includes the catalytic conversion of oxygenates such as methanol to the desired light olefin products in an oxygenate to olefin (OTO) process. Technologies for converting oxygenates such as methanol to light olefins (MTO) are disclosed in US Pat. No. 4,387,263, which describes a process that uses a catalytic conversion zone containing a zeolite-type catalyst. US 4,587,373 describes the use of a zeolite catalyst such as ZSM-5 to produce light olefins. US Patents 5,095,163; US 5,126,308 and US 5,191,141, on the other hand, describe MTO conversion technology using a non-zeolitic molecular sieve catalyst such as metal aluminophosphate (ELAPO) molecular sieve. The OTO and MTO processes, although useful, use an indirect method to generate the desired hydrocarbon product by first converting the feed to oxygenate and then converting the oxygenate to hydrocarbon product. This indirect production route is often associated with energy and waste costs, which often reduces the benefit of using a less expensive feed.
Недавно были предприняты попытки использования пиролиза для конверсии природного газа в этилен. В US 7,183,451 описан нагрев природного газа до температуры, при которой фракция превращается в водород и углеводородный продукт, такой как ацетилен или этилен. Поток продукта затем резко охлаждают, чтобы остановить дальнейшую реакцию, после чего подвергают реакции в присутствии катализатора с образованием транспортируемых жидкостей. Полученные в конечном итоге жидкости включают лигроин, бензин или дизельное топливо. Хотя этот способ может быть эффективен для конверсии части природного газа в ацетилен или этилен, предполагается, что такой подход обеспечит выход ацетилена только на уровне 40% от потока метанового сырья. И хотя было установлено, что более высокие температуры в сочетании с короткой продолжительностью нахождения могут увеличивать выход, связанные с этим технические ограничения препятствуют дальнейшему совершенствованию данного процесса.Recently, attempts have been made to use pyrolysis to convert natural gas to ethylene. US 7,183,451 describes heating natural gas to a temperature at which the fraction is converted to hydrogen and a hydrocarbon product such as acetylene or ethylene. The product stream is then quenched to stop further reaction and then reacted in the presence of a catalyst to form transport liquids. The resulting liquids include naphtha, gasoline or diesel. While this process may be effective for converting some of the natural gas to acetylene or ethylene, this approach is expected to yield only 40% acetylene from the methane feed stream. While it has been found that higher temperatures combined with a shorter residence time can increase yield, the associated technical limitations prevent further improvement of the process.
Несмотря на то, что вышеупомянутые традиционные пиролизные системы обеспечивают решения для конверсии этана и пропана в другие полезные углеводородные продукты, они оказались либо неэффективными, либо неэкономичными для конверсии метана в эти другие продукты, такие как, например, этилен. В то время как технология MTO является многообещающей, эти способы могут быть дорогостоящими из-за непрямого подхода к получению желаемого продукта. В связи с продолжающимся ростом цен на сырье, например на этан и лигроин, для традиционных способов, а также избыточной поставкой и соответствующей низкой стоимостью природного газа и других источников метана, например, в связи с недавней большей доступностью сланцевого газа, желательно обеспечить коммерчески осуществимые и экономически эффективные способы использования метана в качестве сырья для производства этилена и других полезных углеводородов.While the aforementioned conventional pyrolysis systems provide solutions for converting ethane and propane to other useful hydrocarbon products, they have proven to be either inefficient or uneconomical for converting methane to these other products, such as ethylene. While MTO technology is promising, these methods can be costly due to the indirect approach to obtaining the desired product. Due to the continuing rise in feedstock prices, such as ethane and naphtha, for conventional processes, and the oversupply and associated low cost of natural gas and other methane sources, such as the recent greater availability of shale gas, it is desirable to provide commercially feasible and cost-effective ways to use methane as a feedstock for the production of ethylene and other useful hydrocarbons.
Краткое описание графических материаловBrief description of graphic materials
На фиг. 1 представлен вид сбоку в поперечном сечении сверхзвукового реактора в соответствии с различными вариантами осуществления, описанными в настоящем документе.In FIG. 1 is a cross-sectional side view of a supersonic reactor in accordance with the various embodiments described herein.
На фиг. 2 представлен схематический вид системы для конверсии метана в ацетилен и другие углеводородные продукты в соответствии с различными вариантами осуществления, описанными в настоящем документе.In FIG. 2 is a schematic view of a system for converting methane to acetylene and other hydrocarbon products in accordance with the various embodiments described herein.
На фиг. 3 представлен частичный вид сбоку в поперечном сечении, на котором показаны участки сверхзвукового реактора, показанного на фиг. 1, в соответствии с различными вариантами осуществления, описанными в настоящем документе.In FIG. 3 is a partial cross-sectional side view showing portions of the supersonic reactor shown in FIG. 1 in accordance with various embodiments described herein.
На фиг. 4 представлен частичный вид сбоку в поперечном сечении, на котором показаны участки сверхзвукового реактора, показанного на фиг. 1, в соответствии с различными вариантами осуществления, описанными в настоящем документе.In FIG. 4 is a partial cross-sectional side view showing portions of the supersonic reactor shown in FIG. 1 in accordance with various embodiments described herein.
На фиг. 5 представлен вид в поперечном сечении, показывающий сверхзвуковой реактор в соответствии с различными вариантами осуществления, описанными в настоящем документе.In FIG. 5 is a cross-sectional view showing a supersonic reactor in accordance with various embodiments described herein.
На фиг. 6 представлен частичный вид сбоку в поперечном сечении, на котором показаны участки сверхзвукового реактора, показанного на фиг. 1, в соответствии с различными вариантами осуществления, описанными в настоящем документе.In FIG. 6 is a partial cross-sectional side view showing portions of the supersonic reactor shown in FIG. 1 in accordance with various embodiments described herein.
На фиг. 7 представлен частичный вид сбоку в поперечном сечении, на котором показаны участки сверхзвукового реактора, показанного на фиг. 1, в соответствии с различными вариантами осуществления, описанными в настоящем документе.In FIG. 7 is a partial cross-sectional side view showing portions of the supersonic reactor shown in FIG. 1 in accordance with various embodiments described herein.
На фиг. 8 представлен частичный вид сбоку в поперечном сечении, на котором показаны участки сверхзвукового реактора, показанного на фиг. 1, в соответствии с различными вариантами осуществления, описанными в настоящем документе.In FIG. 8 is a partial cross-sectional side view showing portions of the supersonic reactor shown in FIG. 1 in accordance with various embodiments described herein.
На фиг. 9 представлен вид в перспективе участка сверхзвукового реактора, изображенного на фиг. 1.In FIG. 9 is a perspective view of a section of the supersonic reactor shown in FIG. one.
На фиг. 10 представлен частичный вид сбоку в поперечном сечении, на котором показаны участки сверхзвукового реактора, показанного на фиг. 1, в соответствии с различными вариантами осуществления, описанными в настоящем документе.In FIG. 10 is a partial cross-sectional side view showing portions of the supersonic reactor shown in FIG. 1 in accordance with various embodiments described herein.
На фиг. 11 представлен частичный вид сбоку в поперечном сечении, на котором показаны участки сверхзвукового реактора, показанного на фиг. 1, в соответствии с различными вариантами осуществления, описанными в настоящем документе.In FIG. 11 is a partial cross-sectional side view showing portions of the supersonic reactor shown in FIG. 1 in accordance with various embodiments described herein.
На фиг. 12 представлен частичный вид сбоку в поперечном сечении, на котором показаны участки сверхзвукового реактора, показанного на фиг. 1, в соответствии с различными вариантами осуществления, описанными в настоящем документе.In FIG. 12 is a partial cross-sectional side view showing portions of the supersonic reactor shown in FIG. 1 in accordance with various embodiments described herein.
На фиг. 13 представлен вид в частичном разрезе в перспективе, на котором показаны участки сверхзвукового реактора, показанного на фиг. 1, в соответствии с различными вариантами осуществления, описанными в настоящем документе.In FIG. 13 is a partial sectional perspective view showing portions of the supersonic reactor shown in FIG. 1 in accordance with various embodiments described herein.
На фиг. 14 представлен схематический вид сверхзвукового реактора в соответствии с различными вариантами осуществления, описанными в настоящем документе.In FIG. 14 is a schematic view of a supersonic reactor in accordance with the various embodiments described herein.
Подробное описаниеDetailed description
Один предложенный альтернативный вариант осуществления для предыдущих способов получения олефинов, которые не получили большого коммерческого распространения, включает подачу углеводородного сырья в сверхзвуковой реактор и ускорение сырья до сверхзвуковой скорости для обеспечения кинетической энергии, которая может быть преобразована в тепло для возможности прохождения эндотермической реакции пиролиза. Варианты осуществления этого способа изложены в патентах US 4,136,015; US 4,724,272 и патенте России № SU 392723A. Эти способы включают сжигание сырья или текучей среды-носителя в насыщенной кислородом среде для повышения температуры сырья и ускорения его до сверхзвуковых скоростей. В реакторе создается ударная волна для инициирования пиролиза или крекинга сырья.One proposed alternative implementation for prior olefin production processes that have not been widely commercialized involves feeding a hydrocarbon feed to a supersonic reactor and accelerating the feed to supersonic speed to provide kinetic energy that can be converted to heat to allow an endothermic pyrolysis reaction to proceed. Embodiments of this method are set forth in US Pat. Nos. 4,136,015; US 4,724,272 and Russian Patent No. SU 392723A. These methods include burning the feedstock or carrier fluid in an oxygenated environment to raise the temperature of the feedstock and accelerate it to supersonic speeds. A shock wave is created in the reactor to initiate pyrolysis or cracking of the feedstock.
Совсем недавно в US 5,219,530 и 5,300,216 предложен аналогичный способ, при котором используется реактор ударной волны для обеспечения кинетической энергии с целью инициирования пиролиза природного газа для получения ацетилена. Более конкретно, этот способ включает пропускание пара через секцию нагрева для его перегрева и ускорения до почти сверхзвуковой скорости. Нагретая текучая среда передается в сопло, которое действует так, что текучая среда-носитель расширяется, достигает сверхзвуковой скорости и снижает температуру. Этановое сырье пропускают через компрессор и нагреватель и впрыскивают соплами для смешивания с разогнанной до сверхзвуковой скорости текучей средой-носителем для турбулентного смешивания друг с другом со скоростью 2,8 Маха при температуре 427°C. Температура в секции смешивания остается достаточно низкой для ограничения преждевременного пиролиза. Ударно-волновой реактор включает в себя секцию пиролиза с постепенно увеличивающейся площадью поперечного сечения, в которой образуется стоячая ударная волна за счет обратного давления в реакторе вследствие ограничения потока на выходном отверстии. Ударная волна быстро снижает скорость текучей среды, соответственно быстро увеличивая температуру смеси за счет преобразования кинетической энергии в тепло. Это немедленно инициирует пиролиз этанового сырья для его конверсии в другие продукты. Затем теплообменник резкого охлаждения принимает пиролизированную смесь для резкого охлаждения пиролизной реакционной смеси.More recently, US Pat. Nos. 5,219,530 and 5,300,216 propose a similar process that uses a shock wave reactor to provide kinetic energy to initiate the pyrolysis of natural gas to produce acetylene. More specifically, this method includes passing steam through a heating section to superheat it and accelerate it to near supersonic speeds. The heated fluid is transferred to a nozzle which acts to cause the carrier fluid to expand, reach supersonic speed and lower the temperature. The ethane feed is passed through a compressor and heater and injected with mixing nozzles with supersonic carrier fluid to turbulently mix with each other at Mach 2.8 at 427°C. The temperature in the mixing section remains low enough to limit premature pyrolysis. The shock wave reactor includes a pyrolysis section with gradually increasing cross-sectional area, in which a standing shock wave is formed due to back pressure in the reactor due to flow restriction at the outlet. The shock wave rapidly reduces the velocity of the fluid, correspondingly rapidly increasing the temperature of the mixture by converting kinetic energy into heat. This immediately initiates the pyrolysis of the ethane feedstock for its conversion to other products. Then, the quench exchanger receives the pyrolysis mixture to quench the pyrolysis reaction mixture.
Далее в общих чертах раскрываются способы и устройство для конверсии углеводородных компонентов в потоках метанового сырья с использованием сверхзвукового реактора. Используемый в настоящем документе термин «поток метанового сырья» включает в себя любой подаваемый поток, содержащий метан. Потоки метанового сырья, предназначенные для переработки в сверхзвуковом реакторе, в целом включают в себя метан и образуют по меньшей мере часть технологического потока. Устройство и способы, представленные в настоящем документе, преобразуют по меньшей мере часть метана в желаемое углеводородное соединение с получением потока продукта, имеющего более высокую концентрацию углеводородного соединения продукта по отношению к подаваемому потоку.The following describes in general terms methods and apparatus for converting hydrocarbon components in methane feed streams using a supersonic reactor. As used herein, the term "methane feed stream" includes any feed stream containing methane. The methane feed streams destined for supersonic processing generally include methane and form at least a portion of the process stream. The apparatus and methods provided herein convert at least a portion of the methane to the desired hydrocarbon compound to produce a product stream having a higher concentration of product hydrocarbon compound relative to the feed stream.
Используемый в настоящем документе термин «углеводородный поток» относится к одному или более потокам, которые обеспечивают по меньшей мере часть потока метанового сырья, поступающего в сверхзвуковой реактор, как описано в настоящем документе, или получены из сверхзвукового реактора из потока метанового сырья независимо от того, проводится ли дополнительная обработка или переработка такого углеводородного потока. Как показано на примере, изображенном на фиг. 2, углеводородный поток может включать в себя поток 1 метанового сырья, поток 2 продукта сверхзвукового реактора, желаемый поток 3 продукта, выходящий из последующего процесса конверсии углеводородов, или любые промежуточные или побочные потоки, образующиеся в ходе реализации способов, описанных в настоящем документе. Углеводородный поток может переноситься посредством линии 115 технологического потока, как показано на фиг. 2, которая включает в себя линии для переноса каждой из частей технологического потока, описанного выше. Используемый в настоящем документе термин «технологический поток» включает в себя «углеводородный поток», как описано выше, а также может включать в себя поток текучей среды-носителя, поток 4 топлива, поток 6 источника кислорода или любые потоки, используемые в системах и способах, описанных в настоящем документе. Технологический поток может переноситься посредством линии 115 технологического потока, которая включает в себя линии для переноса каждой из частей технологического потока, описанного выше. Как показано на фиг. 2, любой из потока 1 метанового сырья, потока 4 топлива и потока 6 источника кислорода можно предварительно нагревать, например, с помощью одного или более нагревателей 7.As used herein, the term "hydrocarbon stream" refers to one or more streams that provide at least a portion of a methane feed stream entering a supersonic reactor as described herein, or derived from a supersonic reactor from a methane feed stream, regardless of whether whether additional processing or processing of such a hydrocarbon stream is carried out. As shown in the example shown in FIG. 2, the hydrocarbon stream may include methane feed stream 1, supersonic
Предыдущие попытки конверсии легких парафиновых или потоков алканового сырья, в том числе потоков этанового и пропанового сырья, в другие углеводороды с использованием сверхзвуковых проточных реакторов продемонстрировали свою перспективность в обеспечении более высоких выходов желаемых продуктов из конкретного подаваемого потока по сравнению с другими более традиционными системами пиролиза. В частности, возможности этих типов способов обеспечивать очень высокие температуры реакции с сопряженной очень короткой продолжительностью нахождения предоставляет значительное улучшение по сравнению с традиционными способами пиролиза. Недавно было установлено, что этими способами также может обеспечивать конверсию метана в ацетилен и другие полезные углеводороды, тогда как более традиционные способы пиролиза являются непригодными или неэффективными для такой конверсии.Previous attempts to convert light paraffin or alkane feed streams, including ethane and propane feed streams, to other hydrocarbons using supersonic flow reactors have shown promise in providing higher yields of desired products from a particular feed stream compared to other more conventional pyrolysis systems. In particular, the ability of these types of processes to provide very high reaction temperatures with an associated very short residence time provides a significant improvement over conventional pyrolysis processes. It has recently been found that these methods can also convert methane to acetylene and other useful hydrocarbons, while more conventional pyrolysis methods are unsuitable or inefficient for such conversion.
Однако большинство предыдущих работ с системами сверхзвуковых реакторов носили теоретический или исследовательский характер и, таким образом, не решали проблем, связанных с практическим осуществлением этого способа в коммерческом масштабе. Кроме того, многие из этих предыдущих описаний не предполагают использования сверхзвуковых реакторов для осуществления пиролиза потока метанового сырья и, главным образом, скорее сосредоточены на пиролизе этана и пропана. Одна из проблем, которая недавно была выявлена с принятием использования сверхзвукового проточного реактора для пиролиза легких алканов и, более конкретно, пиролиза метанового сырья с образованием из него ацетилена и других полезных продуктов, включает разрушительные воздействия, которым может подвергаться сверхзвуковой проточный реактор и другое связанное с ним оборудование из-за тяжелых условий эксплуатации при пиролизе метана. В ходе предыдущей работы не были полностью оценены или рассмотрены эти тяжелые условия эксплуатации. Например, сверхзвуковой реактор наряду с высокими давлениями может работать при температурах до 3000°C или выше. Такие высокие температуры и давления создают риск механического разрушения стенок реактора в результате расплавления, разрыва или ползучести металла. В частности, было установлено, что при повышенной температуре горячие зоны на стенках могут указывать на плавление оболочки. Кроме того, даже в тех местах, где стенки охлаждаются, могут происходить обусловленные химическими реакциями повреждения, например, вследствие окислительно-восстановительных реакций, формирующих непассивированные продукты, которые уносятся с потоком газа, приводя к углублениям в стенках. Кроме того, может происходить перемещаемое окисление, создавая неприлипающие оксиды, которые уносятся с потоком газа.However, most of the previous work with supersonic reactor systems has been of a theoretical or research nature and thus has not solved the problems associated with the practical implementation of this method on a commercial scale. In addition, many of these previous descriptions do not involve the use of supersonic reactors to carry out the pyrolysis of a methane feed stream, and rather focus on the pyrolysis of ethane and propane. One of the problems that has recently been identified with the acceptance of the use of a supersonic flow reactor for the pyrolysis of light alkanes, and more specifically the pyrolysis of methane feedstock to form acetylene and other useful products, includes the detrimental effects that a supersonic flow reactor may be subjected to and other associated equipment due to the harsh operating conditions in the pyrolysis of methane. Previous work has not fully evaluated or addressed these severe operating conditions. For example, a supersonic reactor, along with high pressures, can operate at temperatures up to 3000°C or higher. Such high temperatures and pressures create the risk of mechanical failure of the reactor walls as a result of metal melting, tearing or creep. In particular, it has been found that, at elevated temperatures, hot spots on the walls may indicate shell melting. In addition, even where the walls are cooled, chemical reactions damage can occur, for example due to redox reactions, forming non-passivated products that are carried away with the gas flow, resulting in depressions in the walls. In addition, transient oxidation can occur, creating non-adhesive oxides that are carried away with the gas flow.
Кроме того, поток носителя и подаваемый поток могут проходить через реактор при сверхзвуковых скоростях, что может быстро изнашивать множество материалов, которые могут быть использованы для формования оболочки реактора. Более того, определенные вещества и загрязнители, которые могут присутствовать в углеводородном потоке, могут вызывать коррозию, окисление и/или утончение стенок или оболочки реактора и другого оборудования или компонентов реактора. Такие компоненты, вызывающие проблемы коррозии, окисления или утончения, могут включать, например, сульфид водорода, воду, метантиол, арсин, пары ртути, вызывать карбидизацию вследствие реакции в самом топливе или водородное охрупчивание. Другая проблема, которая может существовать при высоких температурах, представляет собой реакцию с нестойкими соединениями, такими как радикалы, например гидроксид.In addition, the carrier stream and the feed stream can pass through the reactor at supersonic speeds, which can rapidly wear out many materials that can be used to form the reactor shell. Moreover, certain substances and contaminants that may be present in the hydrocarbon stream may cause corrosion, oxidation and/or thinning of the walls or shell of the reactor and other equipment or components of the reactor. Such components causing corrosion, oxidation, or thinning problems may include, for example, hydrogen sulfide, water, methanethiol, arsine, mercury vapor, cause carbidization due to reaction in the fuel itself, or hydrogen embrittlement. Another problem that can exist at high temperatures is reaction with unstable compounds such as radicals such as hydroxide.
Таким образом, в соответствии с различными вариантами осуществления, описанными в настоящем документе, предложены устройство и способы конверсии метана в потоках углеводородного сырья в ацетилен и другие продукты. Установлено, что описанное в соответствии с настоящим изобретением устройство и его применение, улучшают общий способ пиролиза исходного сырья легких алканов, включая метановое сырье, в ацетилен и другие полезные продукты. Устройство и способы, описанные в настоящем документе, также улучшают способность устройства и связанных с ним компонентов и оборудования выдерживать деградацию и возможный отказ из-за экстремальных условий эксплуатации в реакторе.Thus, in accordance with the various embodiments described herein, apparatus and methods are provided for the conversion of methane in hydrocarbon feed streams to acetylene and other products. The apparatus and use thereof described in accordance with the present invention has been found to improve the general process for the pyrolysis of light alkane feedstock, including methane feedstock, into acetylene and other useful products. The apparatus and methods described herein also improve the ability of the apparatus and associated components and equipment to withstand degradation and possible failure due to extreme operating conditions in a reactor.
В соответствии с одним подходом устройство и способы, описанные в настоящем документе, применяются для переработки углеводородного технологического потока с целью конверсии по меньшей мере части метана в углеводородном технологическом потоке в ацетилен. Углеводородный технологический поток, описанный в настоящем документе, включает в себя поток метанового сырья, подаваемый в систему, который содержит метан и может также содержать этан или пропан. Поток метанового сырья может также включать в себя комбинации метана, этана и пропана в различных концентрациях и может также содержать другие углеводородные соединения, также как и загрязнители. В одном подходе поток углеводородного сырья включает природный газ. Природный газ может быть получен из различных источников, включая, без ограничений, газовые месторождения, нефтяные месторождения, угольные месторождения, пласты гидроразрыва на сланцевых месторождениях, биомассу и свалочный газ. В другом подходе поток метанового сырья может включать поток из другой части нефтеперерабатывающего или перерабатывающего завода. Например, в процессе переработки сырой нефти в различные продукты часто отделяют легкие алканы, включая метан, и из одного из этих источников может быть получен поток метанового сырья. Эти потоки могут быть обеспечены одним и тем же нефтеперерабатывающим заводом или другим нефтеперерабатывающим заводом, или отходящим газом нефтеперерабатывающего завода. Поток метанового сырья также может включать в себя комбинации потоков из различных источников.In one approach, the apparatus and methods described herein are used to process a hydrocarbon process stream to convert at least a portion of the methane in the hydrocarbon process stream to acetylene. The hydrocarbon process stream described herein includes a methane feed stream to the system that contains methane and may also contain ethane or propane. The methane feed stream may also include combinations of methane, ethane and propane at various concentrations and may also contain other hydrocarbon compounds as well as contaminants. In one approach, the hydrocarbon feed stream includes natural gas. Natural gas can be obtained from various sources, including, without limitation, gas fields, oil fields, coal fields, shale fracturing, biomass, and landfill gas. In another approach, the methane feed stream may include a stream from another part of the refinery or refinery. For example, during the processing of crude oil into various products, light alkanes, including methane, are often separated, and a methane feed stream may be obtained from one of these sources. These streams may be provided by the same refinery or another refinery, or refinery off-gas. The methane feed stream may also include combinations of streams from various sources.
В соответствии со способами и системами, описанными в настоящем документе, поток метанового сырья может быть подан из удаленного места или из местоположения или местоположений систем и применения способов, описанных в настоящем документе. Например, хотя источник потока метанового сырья может быть расположен на том же нефтеперерабатывающем или перерабатывающем заводе, где выполняются процессы и имеются системы, например как выходной поток другого процесса конверсии углеводородов на месте или локального месторождения природного газа, поток метанового сырья может подаваться из удаленного источника по трубопроводам или другими способами транспортировки. Например, подаваемый поток может быть получен от удаленного завода по переработке углеводородов или нефтеперерабатывающего завода, или удаленного месторождения природного газа и предоставляться в качестве сырья для систем и способов, описанных в настоящем документе. Первоначальная переработка метанового потока может происходить на удаленном источнике для удаления определенных загрязнителей из потока метанового сырья. Там, где происходит такая начальная переработка, ее можно рассматривать как часть систем и процессов, описанных в настоящем документе, или она может проходить перед системами и процессами, описанными в настоящем документе. Таким образом, поток метанового сырья, предусмотренный для систем и процессов, описанных в настоящем документе, может иметь различные уровни загрязнителей в зависимости от того, происходит ли начальная обработка выше по потоку.In accordance with the methods and systems described herein, the methane feed stream may be supplied from a remote location or from the location or locations of the systems and methods described herein. For example, although the source of the methane feed stream may be located at the same refinery or refinery where the processes and systems are operated, such as the effluent of another on-site hydrocarbon conversion process or a local natural gas field, the methane feed stream may be supplied from a remote source via pipelines or other means of transportation. For example, the feed stream may be obtained from a remote hydrocarbon processing plant or refinery, or a remote natural gas field and provided as feedstock for the systems and methods described herein. The initial processing of the methane stream may occur at a remote source to remove certain contaminants from the methane feed stream. Where such initial processing occurs, it may be considered as part of the systems and processes described herein, or it may precede the systems and processes described herein. Thus, the methane feed stream envisaged for the systems and processes described herein may have different levels of contaminants depending on whether the upstream processing occurs.
В одном примере поток метанового сырья имеет содержание метана в диапазоне от 65 мол.% до 100 мол.%. В другом примере концентрация метана в углеводородном сырье находится в диапазоне от 80 мол.% до 100 мол.% углеводородного сырья. В еще одном примере концентрация метана находится в диапазоне от 90 мол.% до 100 мол.% углеводородного сырья.In one example, the methane feed stream has a methane content in the range of 65 mole % to 100 mole %. In another example, the concentration of methane in the hydrocarbon feed is in the range of 80 mole % to 100 mole % of the hydrocarbon feed. In another example, the concentration of methane is in the range from 90 mol.% to 100 mol.% hydrocarbon feed.
В одном примере концентрация этана в метановом сырье находится в диапазоне от 0 мол.% до 35 мол.%, а в другом примере — от 0 мол.% до 10 мол.%. В одном примере концентрация пропана в метановом сырье находится в диапазоне от 0 мол.% до 5 мол.%, а в другом примере — от 0 мол.% до 1 мол.%.In one example, the concentration of ethane in the methane feed is in the range from 0 mol.% to 35 mol.%, and in another example, from 0 mol.% to 10 mol.%. In one example, the concentration of propane in the methane feed ranges from 0 mol% to 5 mol%, and in another example, from 0 mol% to 1 mol%.
Поток метанового сырья может также включать тяжелые углеводороды, такие как ароматические, парафиновые, олефиновые и нафтеновые углеводороды. Эти тяжелые углеводороды, если присутствуют, будут, вероятно, присутствовать в концентрациях от 0 мол.% до 100 мол.%. В другом примере они могут присутствовать в концентрациях от 0 мол.% до 10 мол.% и могут присутствовать в диапазоне от 0 мол.% до 2 мол.%.The methane feed stream may also include heavy hydrocarbons such as aromatic, paraffinic, olefinic and naphthenic hydrocarbons. These heavy hydrocarbons, if present, will likely be present in concentrations from 0 mole % to 100 mole %. In another example, they may be present in concentrations from 0 mol% to 10 mol% and may be present in the range from 0 mol% to 2 mol%.
Устройство и способ образования ацетилена из потока метанового сырья, описанные в настоящем документе, используют сверхзвуковой проточный реактор для пиролизации метана в подаваемом потоке с образованием ацетилена. Сверхзвуковой проточный реактор может включать в себя один или более реакторов, выполненных с возможностью создания сверхзвукового потока текучей среды-носителя и потока метанового сырья и расширения текучей среды-носителя для инициирования реакции пиролиза. В одном подходе способ может предусматривать сверхзвуковой реактор, как по существу описано в патенте US 4,724,272, содержание которого полностью включено в настоящий документ путем ссылки. В другом подходе способ и система могут предусматривать сверхзвуковой реактор, такой как описанный в патентах US 5,219,530 и 5,300,216 реактор «ударной волны», содержание которых полностью включено в настоящий документ путем ссылки. В еще одном подходе сверхзвуковой реактор, описанный как реактор «ударной волны», может включать в себя реактор, такой как описанный у Robert G. Cerff «Supersonic Injection and Mixing in the Shock Wave Reactor», University of Washington Graduate School, 2010.The apparatus and method for generating acetylene from a methane feed stream described herein uses a supersonic flow reactor to pyrolyze methane in a feed stream to form acetylene. The supersonic flow reactor may include one or more reactors configured to create a supersonic carrier fluid stream and a methane feed stream and expand the carrier fluid to initiate the pyrolysis reaction. In one approach, the method may involve a supersonic reactor, as described essentially in US Pat. No. 4,724,272, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety. In another approach, the method and system may include a supersonic reactor such as that described in US Pat. In yet another approach, a supersonic reactor described as a "shock wave" reactor may include a reactor such as that described by Robert G. Cerff "Supersonic Injection and Mixing in the Shock Wave Reactor", University of Washington Graduate School, 2010.
Хотя в настоящем способе можно использовать множество сверхзвуковых реакторов, пример реактора 5 показан на фиг. 1. Как показано на фиг. 1, сверхзвуковой реактор 5 включает в себя корпус 10 реактора, по существу образующий камеру 15 реактора. Хотя реактор 5 показан в виде одного реактора, следует понимать, что он может быть выполнен модульным или в виде отдельных сосудов. Если они сформированы модульно или в виде отдельных компонентов, модули или отдельные компоненты реактора могут быть соединены друг с другом постоянно или временно или могут быть отделены друг от друга с содержащимися текучими средами другими способами, такими как, например, регулировка перепада давления между ними. Зона или камера 25 сгорания предусмотрена для сжигания топлива с целью получения текучей среды-носителя с желаемыми температурой и расходом. Реактор 5 может необязательно включать в себя впускное отверстие 20 текучей среды-носителя для введения в реактор дополнительной текучей среды-носителя. Для впрыскивания горючего топлива, например водорода, в камеру 26 сгорания предусмотрены один или более топливных инжекторов 30. Чтобы облегчить сгорание топлива могут быть использованы одни и те же или другие инжекторы для впрыска источника кислорода в камеру 26 сгорания. Впрыскивание топлива и источника кислорода могут осуществляться в осевом направлении, тангенциальном направлении, радиальном направлении или в другом направлении, включая комбинацию направлений. Топливо и кислород сжигают с получением потока горячей текучей среды-носителя, как правило, имеющей температуру от 1200°С до 3500°C в одном примере, от 2000°С до 3500°C в другом примере и от 2500°С до 3200°C в еще одном примере. В настоящем документе также предполагается создание горячего потока текучей среды-носителя с помощью других известных способов, включая способы без сжигания. В соответствии с одним примером поток текучей среды-носителя имеет давление 1 атм или выше, более 2 атм в другом примере и более 4 атм в еще одном примере.Although a variety of supersonic reactors can be used in the present process, an example of a
Поток горячей текучей среды-носителя из зоны 25 сгорания проходит через сверхзвуковой расширитель 51, который включает в себя сходящееся-расходящееся сопло 50 для увеличения скорости текучей среды-носителя до значения свыше 1,0 Маха в одном примере, от 1,0 Маха до 4,0 Маха в другом примере и от 1,5 Маха до 3,5 Маха в еще одном примере. При этом время нахождения текучей среды в реакционном участке сверхзвукового проточного реактора составляет от 0,5 мс до 100 мс в одном примере, от 1,0 мс до 50 мс в другом примере и от 1,5 мс до 20 мс в еще одном примере. Температура потока текучей среды-носителя, проходящего через сверхзвуковой расширитель, в одном примере находится в диапазоне от 1000°C до 3500°C, от 1200°C до 2500°C в другом примере и от 1200°C до 2000°C в еще одном примере.The hot carrier fluid stream from
Для впрыскивания потока метанового сырья в реактор 5 для смешивания с текучей средой-носителем предусмотрен впускной канал 40 для сырья. Впускной канал 40 для сырья может включать в себя один или более инжекторов 45 для впрыска сырья в сопло 50, зону 55 смешения, зону 60 диффузора или реакционную зону или камеру 65. Инжектор 45 может включать в себя коллектор, содержащий, например, множество отверстий для впрыска или сопел для впрыскивания сырья в реактор 5.A
В одном подходе реактор 5 может включать в себя зону 55 смешения для смешивания текучей среды-носителя с потоком сырья. В одном подходе, как показано на фиг. 1, реактор 5 может иметь отдельную зону смешения, например, между сверхзвуковым расширителем 51 и зоной 60 диффузора, тогда как в другом подходе зона смешения интегрирована в секцию диффузора и смешивание может происходить в сопле 50, зоне 60 расширения или реакционной зоне 65 реактора 5. Зона 60 расширения включает в себя расходящуюся стенку 70 для быстрого уменьшения скорости проходящих вдоль нее газов, преобразования кинетической энергии протекающей текучей среды в тепловую энергию и дополнительного нагрева потока, что вызывает реакцию пиролиза метана в потоке сырья, которая может происходить в секции расширения 60 и/или расположенной ниже реакционной секции 65 реактора. Текучая среда резко охлаждается в зоне 72 резкого охлаждения для прекращения реакции пиролиза с дополнительной конверсией желаемого ацетиленового продукта в другие соединения. Для введения охлаждающей текучей среды, например воды или пара, в зону 72 резкого охлаждения можно использовать распылительные пластины 75.In one approach, the
Продукт реактора выходит из реактора через выходное отверстие 80 и, как упомянуто выше, образует часть углеводородного потока. В продукте будет содержаться более высокая концентрация ацетилена, чем в потоке сырья, и уменьшенная концентрация метана в отличие от потока сырья. Поток продукта реактора в настоящем документе также может называться ацетиленовым потоком, поскольку он содержит повышенную концентрацию ацетилена. Ацетиленовый поток может представлять собой промежуточный поток в способе, предназначенном для образования другого углеводородного продукта, или его можно дополнительно обрабатывать и захватывать в виде потока ацетиленового продукта. В одном примере поток продукта реактора имеет концентрацию ацетилена перед добавлением охлаждающей текучей среды в диапазоне от 2 мол.% до 30 мол.%. В другом примере концентрация ацетилена находится в диапазоне от 5 мол.% до 25 мол.% и от 8 мол.% до 23 мол.% в еще одном примере.The reactor product exits the reactor through
Корпус 10 реактора включает в себя оболочку 11 реактора. Следует отметить, что термин «оболочка реактора» относится к стенке или стенкам, формирующим корпус реактора, который образует камеру 15 реактора. Оболочка 11 реактора, как правило, представляет собой кольцевую структуру, образующую по существу полую центральную камеру 15 реактора. Оболочка 11 реактора может включать в себя один слой материала, одну композитную структуру или множество оболочек с одной или более оболочками, расположенными внутри одной или более других оболочек. Оболочка 11 реактора также включает в себя различные зоны, компоненты и/или модули, как описано выше и дополнительно описано ниже для различных зон, компонентов и/или модулей сверхзвукового реактора 5. Оболочка 11 реактора может быть выполнена в виде цельного изделия, определяющего все различные зоны и компоненты реактора, или может быть модульной, с различными модулями, образующими различные зоны и/или компоненты реактора.The
Согласно одному подходу один или более участков стенки или оболочки 11 реактора сформованы методом отливки. При этом один или более участков могут не быть образованы путем сварки или штамповки, или другими способами изготовления, однако отливку можно подвергать дополнительной обработке, как описано ниже. Без намерения быть связанным с какой-либо теорией полагают, что, поскольку при сварке часто сохраняется остаточное напряжение в металле, формование стенки или стенок реактора методом сварки может давать реактор, который более подвержен разрушению или разрыву при высоких температурах и давлениях. Кроме того, из-за изменяющейся микроструктуры и возможных градиентов состава сварные швы также могут быть более подвержены коррозии и растрескиванию. Аналогичным образом считается, что изготовление стенок реактора штамповкой может приводить к появлению в стенках реактора незначительных остаточных напряжений, что вызовет аналогичные проблемы при эксплуатации в условиях высоких температур и давлений. Таким образом, при формовании участка оболочки реактора в виде отливки обеспечивается более изотропная микроструктура. Отлитый участок оболочки реактора может обеспечивать более высокую коррозионную стойкость по сравнению с аналогичными компонентами, изготовленными другими способами, такими как сварка или штамповка. Формование оболочки реактора методом отливки также может обеспечивать более равномерный тепловой поток и более равномерные температуры в этом компоненте реактора. Формование участка оболочки реактора методом отливки также может обеспечивать лучшую и более равномерную высокотемпературную ползучесть, а также стойкость к разрушению по сравнению с формованием оболочки другими способами.According to one approach, one or more sections of the wall or
Согласно одному подходу отливка может иметь структуру литья с направленной кристаллизацией для обеспечения улучшенного сопротивления тепловому удару и сопротивления ползучести при повышенных температурах и давлениях реакции. В одном подходе отливка имеет столбчатую кристаллическую структуру. В другом подходе отливка имеет монокристаллическую структуру.According to one approach, the casting may have a directional crystallization casting structure to provide improved thermal shock resistance and creep resistance at elevated reaction temperatures and pressures. In one approach, the casting has a columnar crystal structure. In another approach, the casting has a single crystal structure.
Отливка может быть выполнена из одного или более материалов, как дополнительно описано ниже. Отлитый участок реактора можно дополнительно обрабатывать различными способами, известными в данной области. Например, литая оболочка 11 реактора может быть покрыта, как дополнительно описано в настоящем документе, термообработана, закалена, цементирована углеродом, азотирована или обработана другими известными способами для улучшения ее свойств.The casting may be made from one or more materials, as further described below. The cast section of the reactor can be further processed in various ways known in this field. For example, the
Для формования цельной оболочки 11 реактора можно применять монокристаллическую отливку, либо оболочка 11 реактора может включать в себя, как дополнительно описано в настоящем документе, отдельные литые компоненты или модули, при сборке которых формуют оболочку 11 реактора. Кроме того, если оболочка 11 реактора содержит различные слои, включая покрытия, внутреннюю и внешнюю оболочки и т.п., как дополнительно описано в настоящем документе, эти слои можно отливать отдельно или вместе и соответственно эксплуатировать по отдельности или соединенными друг с другом.A single crystal casting may be used to form the
В соответствии с различными другими подходами один или более участков оболочки сверхзвукового реактора могут быть изготовлены с помощью известных способов, отличных от отливки, таких как, например, порошковая металлургия, с помощью которой участки оболочки могут быть спрессованы горячим изостатическим прессованием, горячим изостатическим напрессовыванием порошка на подложку или лазерным спеканием, или другими подходящими способами спекания, или с помощью механической обработки заготовки.According to various other approaches, one or more sections of the supersonic reactor shell may be fabricated by known methods other than casting, such as, for example, powder metallurgy, whereby sections of the shell can be pressed by hot isostatic pressing, hot isostatic pressing of powder onto substrate or laser sintering, or other suitable sintering methods, or by machining the workpiece.
В соответствии с одним подходом по меньшей мере участок оболочки 11 реактора выполнен из материала, имеющего высокую температуру плавления для выдерживания высоких температур эксплуатации сверхзвукового реактора 5. В одном подходе один или более материалов, образующих участок оболочки 11 реактора, могут иметь большую долговечность при малоцикловой усталости, высокий предел текучести, устойчивость к ползучести и механическому разрушению, устойчивость к окислению и обладать совместимостью с охлаждающими средами и видами топлива. В одном примере по меньшей мере участок оболочки 11 реактора выполнен из материала, имеющего температуру плавления от 1200°C до 4000°C и в другом примере от 1800°C до 3500°C. Материалы также могут демонстрировать микроструктурную стабильность за счет различных способов термической и механической обработки, совместимости с процессами склеивания и хорошей прилипаемости к покрытиям с высоким сопротивлением окислению. Некоторые предпочтительные материалы для формования по меньшей мере участка оболочки реактора включают в себя суперсплавы, алюминид никеля и гамма-алюминид титана. Согласно одному подходу суперсплав представляет собой суперсплав на основе никеля, а в соответствии с другим подходом суперсплав представляет собой суперсплав на основе железа.In one approach, at least a portion of the
В одном подходе оболочка 11 реактора или участок стенки выполнены из суперсплава. При этом стенка может обеспечивать отличную механическую прочность и сопротивление ползучести при температурах сгорания и пиролиза в реакторе. Таким образом, устройство также может сдерживать плавление или разрушение вследствие рабочих температуры и давления в камере 15 реактора.In one approach, the
В соответствии с другим подходом участок оболочки 11 реактора выполнен из материала, выбранного из группы, состоящей из карбида, нитрида, диборида титана, сиалоновой керамики, диоксида циркония, диоксида тория, углерод-углеродного композита, вольфрама, тантала, молибдена, хрома, никеля и их сплавов.In accordance with another approach, the section of the
В соответствии с еще одним подходом участок оболочки 11 реактора выполнен способом литьевого формования, причем отливка включает в себя компонент, выбранный из группы, состоящей из дуплексной нержавеющей стали, супердуплексной нержавеющей стали и суперсплава с низкой ползучестью при высоких температурах на основе никеля.In yet another approach, the
Для обеспечения хорошей коррозионной стойкости можно использовать хром или никель.Chrome or nickel can be used to provide good corrosion resistance.
В другом аспекте стенки реактора выполнены из материала, имеющего высокую теплопроводность. Таким образом из камеры реактора 15 можно быстро удалять тепло. Это способствует ограничению поверхностной температуры внутренней поверхности оболочки 11 реактора, так что она не нагревается до температур, равных или близких температуре реактора, способных вызвать плавление, химическое горение или другое ухудшение состояния стенок оболочки 11 реактора. В одном примере один или более участков реактора выполнены из материала, имеющего теплопроводность от 200 до 500 Вт/(м-К). В другом примере теплопроводность составляет от 300 до 450 Вт/(м-К). В еще одном примере теплопроводность составляет от 200 до 346 Вт/(м-К) и в еще другом примере может составлять от 325 до 375 Вт/(м-К).In another aspect, the walls of the reactor are made of a material having a high thermal conductivity. In this way, heat can be quickly removed from the
Было установлено, что при таком подходе оболочка реактора может быть выполнена из материала, имеющего относительно низкую температуру плавления, при условии, что материал имеет очень высокую проводимость. Поскольку при этом подходе тепло от реакционной камеры 15 быстро отводится, оболочка 11 реактора не подвергается воздействию такой высокой температуры. В связи с этим при формовании участка оболочки реактора из материала, имеющего высокую теплопроводность, материал может иметь температуру плавления ниже температуры в камере 15 реактора. В одном примере участок оболочки 11 реактора выполнен из материала, имеющего температуру плавления от 500°С до 2000°C. В другом примере участок оболочки 11 реактора может быть выполнен из материала, имеющего температуру плавления от 800°C до 1300°C, и может быть выполнен из материала, имеющего температуру плавления от 1000°C до 1200°C в еще одном примере.It has been found that with this approach, the reactor shell can be made from a material having a relatively low melting point, provided that the material has a very high conductivity. Since heat is quickly removed from the
Согласно одному подходу материал, имеющий высокую теплопроводность, включает в себя металл или металлический сплав. В одном подходе один или более участков оболочки 11 реактора могут быть выполнены из меди, серебра, алюминия, циркония, ниобия и их сплавов. В этой связи следует отметить, что один или более из перечисленных выше материалов также можно использовать для формирования покрытия на подложке оболочки реактора или для формирования слоя многослойной оболочки 11 реактора. Согласно одному подходу, участок 11 реактора содержит медь или медный сплав. В одном примере участок оболочки реактора содержит материал, выбранный из группы, состоящей из меди и хрома; меди, хрома и цинка; меди, хрома и ниобия; меди и никеля и меди, никеля и вольфрама. В другом примере участок оболочки реактора включает в себя ниобий и серебро. Для улучшения отведения тепла из камеры реактора можно использовать охлаждение для более быстрого отведения тепла от камеры реактора таким образом, чтобы ее температура поддерживалась на допустимом уровне и ниже.According to one approach, a material having a high thermal conductivity includes a metal or a metal alloy. In one approach, one or more sections of the
В соответствии с другим подходом оболочка 11 реактора может включать в себя множество слоев. Оболочка 11 реактора, показанная на фиг. 3, содержит внутренний слой 210, образующий камеру 15 реактора, и внешний слой 205, формирующий внутренний слой 210. Хотя оболочка 11 реактора, показанная на фиг. 3, для простоты объяснения имеет два слоя, следует понимать, что оболочка 11 реактора может включать в себя три или более слоев, как показано на фиг. 8, имеющих один или более промежуточных слоев 211 между внутренним слоем 210 и внешним слоем 205. Кроме того, один или более дополнительных внешних слоев 212 могут быть расположены с наружной стороны внешнего слоя 212. С внутренней стороны внутреннего слоя 210 может быть расположен один или более дополнительных внутренних слоев.According to another approach, the
В одном подходе внутренний слой 210 содержит покрытие, выполненное на внутренней поверхности внешнего слоя 205 или любых дополнительных промежуточных слоях 211. При этом внешний слой 205 образует подложку, на которую наносят покрытие внутреннего слоя 210. В альтернативном варианте осуществления внутренние слои 210 могут служить подложкой, на которую наносят покрытие внешнего слоя 205. Один или оба из внутреннего слоя 210 и внешнего слоя 205 могут быть выполнены способом отливки, как описано ранее, или сформованы другими известными способами в соответствии с данным подходом.In one approach, the
В одном подходе по меньшей мере участок внутреннего слоя 210 содержит материал с высокой температурой плавления, как описано выше. В соответствии с другим подходом внутренний слой 210 содержит материал, выбранный из группы, состоящей из карбида, нитрида, диборида титана, сиалоновой керамики, диоксида циркония, диоксида тория, углерод-углеродного композита, вольфрама, тантала, молибдена, хрома, никеля и их сплавов. В соответствии с еще одним подходом внутренний слой 210 содержит суперсплав, а в соответствии с другим подходом содержит материал, выбранный из группы, состоящей из дуплексной нержавеющей стали, супердуплексной нержавеющей стали и суперсплава с низкой ползучестью при высоких температурах на основе никеля. В этой связи внутренний слой 210 может быть выбран таким образом, чтобы обеспечивать выгодные рабочие характеристики, в частности, когда слой подвергается воздействию жестких условий эксплуатации в камере 15 реактора, включая высокую температуру в ней.In one approach, at least a portion of the
В другом подходе по меньшей мере участок внутреннего слоя 210 содержит материал с высокой теплопроводностью, как описано выше. В соответствии с другим подходом внутренний слой 210 содержит материал, выбранный из группы, состоящей из меди, серебра, алюминия, циркония, ниобия и их сплавов. В еще одном подходе внутренний слой 210 содержит материал, выбранный из группы, состоящей из меди и хрома; меди, хрома и цинка; меди, хрома и ниобия; меди и никеля и меди, никеля и вольфрама. В другом примере участок оболочки реактора включает в себя ниобий и серебро. В этой связи внутренний слой 210 может быть выбран таким образом, чтобы обеспечивать выгодные рабочие характеристики, в частности, когда слой подвергается воздействию жестких условий эксплуатации в камере 15 реактора, включая высокую температуру в ней.In another approach, at least a portion of the
В одном подходе внешний слой 205 может быть выполнен из материала, отличного от материала внутреннего слоя 210. Материал внешнего слоя 205 может быть выбран таким образом, чтобы образовывать опорную конструкцию или обеспечивать другие желаемые свойства для оболочки 11 реактора. В одном примере внешний слой 205 или промежуточный слой содержит коррозионно-стойкую сталь. Другие подходящие материалы для формирования внешнего слоя 205 оболочки 11 реактора включают в себя, без ограничений, дуплексную нержавеющую сталь, супердуплексную нержавеющую сталь и суперсплав с низкой ползучестью при высоких температурах на основе никеля, суперсплав Nimonic™ с низкой ползучестью при высоких температурах на основе никеля, Inco™ 718, Haynes™, 230 или другие никелевые сплавы, такие как Mar-M-247.In one approach, the
В одном подходе внутренний слой 210 включает в себя термобарьерное покрытие. Термобарьерные покрытия могут быть изготовлены из материала, который проявляет желаемые свойства для использования в камере 15 реактора, такие как, например, высокая температура плавления, для выдерживания высоких температур в камере 15 реактора. Например, термобарьерное покрытие может включать в себя диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия, легированный лантаном и редкоземельными элементами гексалюминат лантана, карбид гафния или вольфрам, поскольку оба вещества имеют высокую температуру плавления, хорошие механические свойства при высоких температурах эксплуатации и необязательно низкую теплопроводность.In one approach, the
В одном подходе между внутренним слоем 210 и поверхностью внешнего слоя 205 предусмотрено связующее покрытие, включающее термобарьерное покрытие в соответствии с одним подходом. Связующее покрытие может содержать сплавы NiCrAlY, NiCoCrAlY, нанесенные на металлическую поверхность с помощью плазменного напыления, электронно-лучевого физического осаждения из паровой фазы (PVD) или другими известными в данной области способами. Другие связующие покрытия для медных сплавов могут включать в себя NiAl, нанесенный вакуумным плазменным напылением в атмосфере инертного газа низкого давления или другими известными в данной области способами.In one approach, a tie coat is provided between the
Многослойная оболочка 11 реактора может быть сформирована любым известным способом, известным в данной области. В одном подходе покрытие внутреннего диаметра, сформированное на мандреле, можно использовать для получения многослойной оболочки реактора путем нанесения покрытия на материал подложки. В другом подходе на подложку может быть нанесено покрытие путем горячего изостатического прессования с образованием многослойной оболочки 11 реактора. В еще одном подходе для получения покрытия на подложке можно использовать плакировку. В другом подходе внутренний слой и внешние слои могут быть сформированы по отдельности и соединены друг с другом. Пример такого подхода включает в себя раздельную отливку внутреннего слоя 210 и внешнего слоя 205 и соединение их вместе пайкой с образованием многослойной оболочки 11 реактора. Двойное литье также можно использовать путем отливки вторым сплавом первого сплава.The
В другом подходе, как показано на фиг. 4, по меньшей мере участок оболочки 11 реактора может включать в себя отдельную внутреннюю оболочку 215 и внешнюю оболочку 220. Аналогично многослойной оболочке 11 реактора, описанной выше, оболочка реактора, имеющая отдельную внутреннюю оболочку 215 и внешнюю оболочку 220, может позволять внутренней оболочке 215 выдерживать условия эксплуатации камеры 15 реактора, тогда как внешняя оболочка 220 образует опорную конструкцию и/или обеспечивает другие желаемые свойства для оболочки 11 реактора.In another approach, as shown in FIG. 4, at least a portion of the
В одном подходе по меньшей мере участок внутренней оболочки 215 содержит материал с высокой температурой плавления, как описано выше. В соответствии с другим подходом по меньшей мере участок внутренней оболочки 215 содержит материал, выбранный из группы, состоящей из карбида, нитрида, диборида титана, сиалоновой керамики, диоксида циркония, диоксида тория, углерод-углеродного композита, вольфрама, тантала, молибдена, хрома, молибдена, хрома, никеля и их сплавов. В другом подходе по меньшей мере участок внутренней оболочки 210 содержит суперсплав, а в соответствии с другим подходом содержит материал, выбранный из группы, состоящей из дуплексной нержавеющей стали, супердуплексной нержавеющей стали и суперсплава с низкой ползучестью при высоких температурах на основе никеля. При этом внутренняя оболочка 215 может быть выбрана таким образом, чтобы обеспечивать выгодные рабочие характеристики, в частности, когда оболочка подвергается воздействию жестких условий эксплуатации в камере 15 реактора.In one approach, at least a portion of the
В другом подходе по меньшей мере участок внутренней оболочки 215 содержит материал с высокой теплопроводностью, как описано выше. В соответствии с другим подходом внутренняя оболочка 215 содержит материал, выбранный из группы, состоящей из меди, серебра, алюминия, циркония, ниобия и их сплавов. В еще одном подходе внутренняя оболочка 215 содержит материал, выбранный из группы, состоящей из меди и хрома; меди, хрома и цинка; меди, хрома и ниобия; меди и никеля и меди, никеля и вольфрама. В другом примере внутренняя оболочка 215 включает в себя ниобий и серебро. В другом подходе внутренняя оболочка может содержать материал, включающий в себя медный сплав, который был упрочнен дисперсными выделениями соединений вторичных фаз, так что сплав сохраняет высокую теплопроводность. В этой связи внутренняя оболочка 215 может быть выбрана таким образом, чтобы обеспечивать выгодные рабочие характеристики, в частности, когда слой подвергается воздействию жестких условий эксплуатации в камере 15 реактора, включая высокую температуру в ней.In another approach, at least a portion of the
В одном подходе внешняя оболочка 220 может быть выполнена из материала, отличного от материала внутренней оболочки 215. Внешняя оболочка 220 может быть выбрана таким образом, чтобы образовывать опорную конструкцию или обеспечивать другие желаемые свойства для оболочки 11 реактора. В одном примере внешняя оболочка 220 содержит коррозионно-стойкую сталь. Другие подходящие материалы для формирования внешнего слоя 205 оболочки 11 реактора включают в себя, без ограничений, дуплексную нержавеющую сталь, супердуплексную нержавеющую сталь и суперсплав с низкой ползучестью при высоких температурах на основе никеля, суперсплав Nimonic™ с низкой ползучестью при высоких температурах на основе никеля, Inco™ 718, Haynes™, 230 или другие никелевые сплавы, такие как Mar-M-247.In one approach,
Согласно одному подходу одна или обе из внутренней оболочки 215 и внешней оболочки 220 образованы в виде отливки, как описано выше.According to one approach, one or both of the
В одном подходе внешняя оболочка 220 включает в себя трубную решетку 230, как показано на фиг. 5. В соответствии с этим подходом по меньшей мере одна дополнительная внутренняя оболочка 235 расположена внутри внешней оболочки 230, образующей вторую камеру 240 реактора. Таким образом, множество реакций пиролиза может происходить внутри множества камер 240 реактора. При таком подходе каждая из внутренних оболочек 235 может включать в себя некоторые или все компоненты, описанные выше применительно к сверхзвуковому реактору 5, показанному на фиг. 1, или некоторые компоненты отдельных внутренних оболочек 235 могут составлять единое целое. В одном подходе некоторые внутренние оболочки 235 реактора могут быть ориентированы в противоположных направлениях. В этом отношении любая реактивная тяга, которая может создаваться высокоскоростными потоками, протекающими через внутренние оболочки, будет смещена ориентированными в противоположных направлениях внутренними оболочками 235 реактора.In one approach,
В одном подходе внутренняя оболочка 215 находится на расстоянии от внешней оболочки 220 для обеспечения канала 245 между ними, как показано на фиг. 4. В этом подходе канал 245 может включать в себя зону давления. В зоне давления создают повышенное давление для поддержания в ней такого же давления, как и давление в камере 15 реактора. При этом внутренняя оболочка 215 может быть выполнена таким образом, что она не должна выдерживать большой перепад давления между ее внутренней поверхностью 250 и внешней поверхностью 255. Далее внутренняя оболочка 215 может быть выполнена из материала, имеющего относительно более низкое номинальное значение давления и/или относительно малую толщину стенки. Кроме того, внешняя оболочка 220 может образовывать собой опорную конструкцию, а также служить в качестве аппарата высокого давления для выдерживания перепада давления между зоной 245 высокого давления и внешней оболочкой 220. В другом подходе (не показан) внутренняя оболочка 215 может примыкать к внешней оболочке 220.In one approach,
В одном подходе канал 245 дополнительно содержит один или более датчиков 216. Датчики могут обнаруживать или измерять переменные, такие как один или более параметров или веществ в канале 245. Примеры датчиков включают в себя датчики давления, датчики температуры, химические датчики, такие как газовые датчики, датчики водорода, углеводородные датчики, метановые датчики и т.п. Датчики могут быть электрически подключены к одной или более системам отображения, мониторинга и/или управления. В одном подходе канал 245 дополнительно вмещает одну или более несущих конструкций 217 для поддержки внутренней оболочки 215 относительно внешней оболочки 220.In one approach,
В соответствии с другим подходом, как показано на фиг. 6, внутри по меньшей мере участка оболочки 11 реактора может быть предусмотрена облицовка 260 для препятствования износу участка оболочки 11 реактора из-за условий эксплуатации в камере 15 реактора. Облицовка 260 может проходить вдоль внутренней поверхности оболочки 11 реактора и может примыкать к оболочке 11 реактора или может быть отделена от нее.According to another approach, as shown in FIG. 6, a lining 260 may be provided within at least a portion of the
В одном подходе облицовка 260 включает в себя съемную облицовку. Съемная облицовка может содержать углерод в форме углерод-углеродного композита, пиролитического углерода, стекловидного углерода или в других формах углерода или высокотемпературного сплава и может быть извлечена и заменена после достижения износа облицовки 260. При этом съемная облицовка может защищать оболочку реактора от жестких условий эксплуатации в камере 15 реактора.In one approach, lining 260 includes a removable lining. The removable lining may contain carbon in the form of carbon-carbon composite, pyrolytic carbon, vitreous carbon, or other forms of carbon or high temperature alloy, and can be removed and replaced after wear of the lining 260 has been reached.
В соответствии с другим подходом облицовка 260 включает в себя самовосстанавливающуюся облицовку и выполнена с возможностью регенерации во время работы сверхзвукового реактора 5 и/или при выведении сверхзвукового реактора 5 в автономный режим. В одном подходе самовосстанавливающаяся облицовка включает в себя углерод, который каталитически активен для облегчения образования углерода или кокса вдоль внутренней поверхности оболочки 11 реактора для регенерации углеродной облицовки. В другом подходе самовосстанавливающаяся облицовка включает в себя саморегенерирующуюся облицовку, имеющую графитовый слой кокса. В другом подходе самовосстанавливающаяся облицовка включает в себя облицовку, имеющую наноструктурированный слой кокса. В еще одном подходе самовосстанавливающаяся облицовка включает в себя облицовку с наноструктурированным слоем графена. В одном подходе самовосстанавливающаяся облицовка обладает направленной теплопроводностью для быстрого отведения тепла из реакционной камеры 15 во время работы.In accordance with another approach, lining 260 includes a self-healing lining and is capable of being regenerated during
В одном подходе облицовка 260 включает в себя покрытие с низкой теплопроводностью, которое функционирует с целью обеспечения защиты используемых металлических сплавов и замедляет теплопередачу. В другом подходе облицовка может представлять собой плавающую захваченную облицовку, изготовленную из материалов со стойкостью к высоким температурам и с низкой теплопроводностью. Такая облицовка позволяет уменьшать теплопередачу и эрозию. Плавающую захваченную облицовку можно формировать путем вакуумного плазменного напыления HfC или рения на подходящую мандрель, обработанную в соответствии с точными размерами формы требуемого внешнего диаметра облицовки. После напыленного покрытия из HfC или рения может следовать опорный слой из вольфрама, способный поддерживать эту структуру при необходимых температурах. После слоя вольфрама может следовать слой молибдена и, возможно, другой опорный слой вольфрама и/или никеля, кобальта, хрома, иттрий-алюминия. Все слои могут наносить с помощью вакуумного плазменного напыления, и они будут находиться один за другим после того, как внутренний диаметр мандрели подвергли химическому травлению.In one approach, lining 260 includes a low thermal conductivity coating that functions to protect the metal alloys used and retard heat transfer. In another approach, the liner may be a floating trapped liner made from materials with high temperature resistance and low thermal conductivity. This cladding reduces heat transfer and erosion. A floating trapped liner can be formed by vacuum plasma spraying of HfC or rhenium onto a suitable mandrel machined to the exact dimensions of the mold of the desired outer diameter of the liner. The sputtered HfC or rhenium coating can be followed by a tungsten support layer capable of maintaining this structure at the required temperatures. The tungsten layer may be followed by a molybdenum layer and possibly another support layer of tungsten and/or nickel, cobalt, chromium, yttrium-aluminum. All layers can be applied using vacuum plasma spraying, and they will be one after the other after the inner diameter of the mandrel has been subjected to chemical etching.
В одном подходе в одном или более участках оболочки 11 реактора предусматривают активное охлаждение для отведения тепла из камеры 15 реактора и ограничения расплавления или другого ухудшения состояния оболочки 11 реактора из-за воздействия высоких температур и других условий эксплуатации. В одном подходе активное охлаждение включает в себя активную систему охлаждения. Как изображено на фиг. 7, в поперечном сечении части оболочки 11 реактора показана активная система охлаждения, которая включает в себя множество каналов 300 охлаждения, сформованных в оболочке 11 реактора, для протекания охлаждающей среды вдоль оболочки 11 реактора с целью отведения от нее тепла. Активная система охлаждения также может включать в себя источник охлаждающей среды для подачи под давлением охлаждающей среды, проходящей через каналы 300 охлаждения. Как показано на фиг. 7, каналы охлаждения могут проходить по существу по окружности оболочки 11 реактора, которая в одном подходе включает в себя по существу кольцевую конфигурацию. Для подачи охлаждающей среды в каналы 300 охлаждения и отведения из них также могут быть предусмотрены коллекторные трубки.In one approach, active cooling is provided in one or more regions of the
В одном подходе каналы 300 охлаждения могут включать в себя один или множество каналов, сформованных на поверхности оболочки реактора. В другом подходе каналы 300 охлаждения могут включать в себя одну или множество трубок или по существу полых туннелей, сформованных в оболочке 11 реактора для протекания через них охлаждающей текучей среды, как в показанной конфигурации на фиг. 7. Каналы 300 могут проходить вдоль одной или более поверхностей реактора или могут быть выполнены в стенках оболочки 11 реактора, как показано на фиг. 9. Каналы 300 могут быть расположены в различной ориентации и могут проходить в осевом направлении вдоль оболочки 11 реактора, по окружности оболочки 11 реактора, радиально через оболочку реактора, спирально по кольцеобразной оболочке реактора или в другой ориентации, известной в данной области.In one approach, the cooling
В еще одном подходе каналы 300 охлаждения могут включать в себя один или более промежутков между внутренним и внешним слоями, облицовками или внутренними и внешними оболочками, как описано выше, для обеспечения одного или более каналов охлаждения, таких как канал 245 на фиг. 4. Кроме того, в пространстве между внутренним и внешним слоями, облицовками или оболочками может быть предусмотрен манипулятор потока для направления охлаждающей текучей среды в соответствии с желаемой схемой потока. Как показано на фиг. 10, выступы 315, такие как штифты, ребра или другие выступы, могут использоваться в пространстве между внутренним и внешним слоями для увеличения площади поверхности для охлаждения. Кроме того, система охлаждения может включать в себя комбинацию различных типов каналов 300 охлаждения, как описано в настоящем документе. Например, каналы 300 охлаждения могут включать в себя канал 300 охлаждения между слоями 215 и 220 оболочки 11 реактора, а также каналы, сформованные на поверхности одного из внутреннего слоя 215 и внешнего слоя 220, так что охлаждающая среда, протекающая через каналы охлаждения, также проходит через каналы 245 оболочки реактора.In yet another approach, cooling
Каналы 300 охлаждения могут быть сформованы различными способами. В одном подходе каналы 300 охлаждения получают механической обработкой оболочки реактора. В другом подходе частичные каналы могут быть сформованы вдоль поверхности (-ей) одного или более слоев, или оболочек, оболочки 11 реактора, как описано выше, а между слоями или оболочками могут быть образованы полные каналы 300 при соединении слоев и/или оболочек, как показано на фиг. 10. Аналогичным образом на поверхности стенки или слоя реактора может быть сформован частичный канал, и поверх такого частичного канала могут быть нанесены покрытие или облицовка для получения полного канала 300 между стенкой или слоем реактора и покрытием или облицовкой. В еще одном подходе покрытие или облицовку можно наносить в виде узора, определяющего полный или частичный канал. Такие частичные или полные каналы могут быть сформованы, как описано выше, путем механической обработки, отливки или во время нанесения конкретного покрытия, слоя или облицовки, или другими способами. Каналы 300 охлаждения также могут быть сформованы другими, которые общеизвестны в данной области. В каналах могут быть использованы штифты, ребра или другие выступы с целью увеличения площади поверхности для охлаждения. На облицовку может быть нанесено покрытие с низкой теплопроводностью, функционирующее на обеспечение защиты используемых металлических сплавов, замедление передачи тепла к активному охлаждению и повышение эффективности. В качестве примера покрытие может представлять собой никелевый или медный сплав, который нанесен вакуумным плазменным напылением на внутреннюю облицовку с предварительно нанесенным связующим покрытием, которое обеспечивает адгезию опорного металла к материалу с низкой теплопроводностью. Связующее покрытие может содержать никель, хром, кобальт, алюминий и/или иттрий с последующим нанесением молибдена и вольфрама, и, окончательно, — HfC или HfO2.The cooling
Стенки, образующие каналы охлаждения, могут способствовать теплопередаче в циркулирующую охлаждающую среду, выступая в качестве охлаждающих ребер, а также выдерживать нагрузки от давления охлаждающей среды. В одном подходе толщина стенки, контактирующая с горячим газом (участок оболочки 11 реактора между охлаждающей средой и горячим газом сгорания), оптимизирована для сведения к минимуму сопротивления тепловому потоку через стенки облицовки и каналы 300 охлаждения, обеспечивая при этом структурную целостность относительно воздействия давления и тепловых нагрузок. В одном подходе толщина стенки, контактирующей с горячим газом, составляет от 0,10 дюйма до 0,375 дюйма, а в другом примере составляет от 0,15 дюйма до 0,225 дюйма. В другом подходе стенки между каналами охлаждения оптимизированы путем выполнения в виде ребер для обеспечения низкого теплового сопротивления между горячей стенкой и охлаждающей средой, а также сохранения структурной целостности.The walls forming the cooling channels can facilitate heat transfer to the circulating cooling medium, acting as cooling fins, and also withstand pressure loads from the cooling medium. In one approach, the wall thickness in contact with the hot gas (the portion of the
В другом подходе каналы охлаждения содержат интенсификаторы потока для усиления потока охлаждающей среды с целью повышения коэффициента теплопередачи охлаждающей среды и потока тепла от стенки к охлаждающей среде. В одном подходе интенсификаторы потока содержат ребра, ориентированные перпендикулярно или под меньшим углом к направлению потока охлаждающей среды, для обновления пограничного слоя охлаждающей среды, что приводит к увеличению коэффициента теплопередачи охлаждающей среды и увеличению потока тепла от стенки в охлаждающую среду. Завихрение, создаваемое ребрами, расположенными под углом менее 90 градусов, будет порождать составляющую скорости завихрения, смешивая охлаждающую среду и сообщая более высокую скорость теплопередачи от стенки к охлаждающей среде.In another approach, the cooling channels contain flow enhancers to enhance the flow of the cooling medium to increase the heat transfer coefficient of the cooling medium and the heat flow from the wall to the cooling medium. In one approach, the flow enhancers include fins oriented perpendicular to or at a lesser angle to the direction of the coolant flow to renew the coolant boundary layer, resulting in an increase in the heat transfer coefficient of the coolant and an increase in heat flow from the wall to the coolant. The swirl created by fins at less than 90 degrees will generate a swirl velocity component, mixing the coolant and imparting a higher rate of heat transfer from the wall to the coolant.
При сборке оболочки 11 реактора коллекторные трубки и сеть каналов 300 охлаждения объединяют с образованием коллектора, в котором проходящая охлаждающая среда отводит тепло, выделяемое в процессе сгорания в сверхзвуковом реакторе 5, до уровня, необходимого для поддержания приемлемой температуры стенки реактора.When the
В одном подходе охлаждающая текучая среда находится под давлением с относительно высоким уровнем давления, так что охлаждающая среда, протекающая через участок оболочки 11 реактора, имеет давление в диапазоне от 350 фунтов/кв. дюйм изб. до 3200 фунтов/кв. дюйм изб., а в другом подходе — от 1000 фунтов/кв. дюйм изб. до 2000 фунтов/кв. дюйм изб. И еще в другом подходе — от 1500 до 1600 фунтов/кв. дюйм изб. Относительно высокое давление снижает затруднение циркуляции охлаждающей среды за счет исключения фазового изменения при использовании, например, воды в качестве охлаждающей текучей среды. Давление охлаждающей среды, скорость циркуляции и температуру устанавливают таким образом, чтобы обеспечивать достаточный поток охлаждающей среды для достаточного отведения части тепла, выделяемого в камере 15 реактора, с целью поддержания приемлемой температуры стенки реактора, в частности во время сгорания топливного потока и сверхзвукового расширения. В одном подходе охлаждающая среда имеет скорость потока через каналы охлаждения от 28 000 фунтов/ч до 47 000 фунтов/ч, а в другом примере — от 33 500 фунтов/ч до 80 000 фунтов/ч. В одном примере температура охлаждающей среды на входе составляет от 50°F до 250°F, а в другом примере — от 85°F до 150°F. В одном примере температура охлаждающей среды на выходе составляет от 100°F до 700°F, а в другом примере — от 250°F до 600°F. Можно применять различные охлаждающие среды, известные в данной области. В одном примере охлаждающая среда содержит воду. В другом примере охлаждающая среда включает в себя пар, водород или метан и может содержать смесь текучих сред.In one approach, the coolant is pressurized at a relatively high pressure level such that the coolant flowing through the
В одном подходе можно использовать инжекционное охлаждение в качестве активного охлаждения для отведения тепла из камеры 15 реактора и ограничения расплавления или другого ухудшения состояния оболочки 11 реактора из-за воздействия высоких температур и других условий эксплуатации. При инжекционном охлаждении возможно применение газа или жидкости. В одном подходе при инжекционном охлаждении можно использовать серию ударных струй, чтобы обеспечивать высокую теплопередачу. Например, высокоскоростные струи могут быть направлены на оболочку, подлежащую охлаждению. По мере того как охлаждающая струя входит в контакт с поверхностью оболочки, она расходится во всех направлениях параллельно поверхности оболочки. Струи могут распределяться по оболочке, например, в случайном порядке или в виде узора. Инжекционное охлаждение может включать в себя такие технологии, как применение систем с высокой скоростью соударения, использующих расширение пара для охлаждения горячей стенки, соударения жидкости со стенкой и охлаждение за счет эффузии газа.In one approach, injection cooling can be used as active cooling to remove heat from the
В одном подходе в качестве активного охлаждающего механизма может использоваться тепловая трубка. Тепловые трубки могут проводить до 250 раз больше тепловой энергии, чем сплошной медный теплопроводящий элемент.In one approach, a heat pipe can be used as an active cooling mechanism. Heat pipes can conduct up to 250 times more heat energy than a solid copper thermal element.
В одном подходе, как показано на фиг. 12, вдоль внутренней поверхности по меньшей мере участка оболочки 11 реактора может быть предусмотрен пленочный барьер 350 для обеспечения по меньшей мере частичного барьера в камере 15 реактора. Пленочный барьер 350 может способствовать ограничению износа, включая расплавление, эрозию или коррозию оболочки 11 реактора из-за высоких температур, больших скоростей потока и других жестких условий в камере 15 реактора.In one approach, as shown in FIG. 12, a
В одном подходе пленочный барьер 350 включает в себя барьер из холодной текучей среды. Используемый в настоящем документе термин «барьер из холодной текучей среды» относится к температуре барьера из текучей среды по отношению к температуре в камере 15 реактора. Таким образом, барьер из холодной текучей среды может иметь высокую температуру, но быть холодным по отношению к камере 15 реактора. В одном примере температура барьера из холодной текучей среды составляет от 3000°F до 5000°F. В другом примере температура барьера из холодной текучей среды составляет от 3600°F до 4600°F.In one approach, the
В одном примере барьер из холодной текучей среды может включать в себя барьер из холодного пара. В другом примере барьер из холодной текучей среды включает в себя барьер из расплавленного металла. В другом примере барьер из холодной текучей среды включает в себя воду или пар. В другом подходе барьер из холодной текучей среды включает в себя воздух или водород. В еще одном примере барьер из холодной текучей среды включает в себя метан. Барьер из холодной текучей среды также может включать в себя другие текучие среды, известные в данной области, или комбинацию текучих сред. Согласно одному подходу барьер из холодной текучей среды включает в себя текучую среду, которая содержит по меньшей мере часть технологического потока.In one example, the cold fluid barrier may include a cold vapor barrier. In another example, the cold fluid barrier includes a molten metal barrier. In another example, the cold fluid barrier includes water or steam. In another approach, the cold fluid barrier includes air or hydrogen. In yet another example, the cold fluid barrier includes methane. The cold fluid barrier may also include other fluids known in the art, or a combination of fluids. According to one approach, the cold fluid barrier includes a fluid that contains at least a portion of the process stream.
Пленочный барьер может быть нанесен на внутреннюю поверхность участка оболочки 11 реактора различными способами. Как показано на фиг. 13, в одном подходе оболочка 11 реактора включает в себя отверстия 360, проходящие через по меньшей мере ее часть, чтобы обеспечить прохождение через нее холодной текучей среды и формирование барьера из холодной текучей среды. Отверстия могут иметь форму пазов, которые выводят текучую среду в сердцевину потока. В другом подходе оболочка 11 реактора может включать в себя пористую стенку 365, которая облегчает просачивание через нее холодной текучей среды для создания барьера из текучей среды. В соответствии с одним подходом оболочка реактора может включать в себя каналы (не показаны), аналогичные описанным выше в отношении активной системы охлаждения, и через них может подаваться холодная текучая среда для образования барьера из холодной текучей среды. При таком подходе может быть предусмотрена коллекторная трубка для введения холодной текучей среды через каналы и отверстия. В другом подходе оболочка 11 реактора может включать в себя внутреннюю оболочку 215 и внешнюю оболочку 220, как описано выше, а внутренняя оболочка 215 может содержать отверстия или включать в себя пористую стенку по меньшей мере на участке внутренней оболочки 215. При таком подходе холодная текучая среда может проходить через канал или каналы, образованные между внешней оболочкой 220 и внутренней оболочкой 215, так что она просачивается через пористую стенку внутренней оболочки 215 с образованием барьера из холодной текучей среды поверх внутренней поверхности участка внутренней оболочки 215. Аналогичным образом там, где внутри оболочки 11 реактора предусмотрена облицовка 260, как описано выше со ссылкой на фиг. 6, облицовка может представлять собой пористую или проницаемую облицовку, позволяющую холодной текучей среде проходить через облицовку и образовывать барьер из холодной текучей среды на ее внутренней поверхности. Пленочный барьер вдоль внутренней поверхности участка оболочки 11 реактора также может быть сформирован другими способами, в том числе известными в данной области.The film barrier can be applied to the inner surface of the section of the
В другом подходе стенка может содержать огромное количество небольших отверстий 360, которые выводят текучую среду в пленку с образованием охлажденной всей поверхности пленки.In another approach, the wall may include a large number of
В другом подходе стенка может содержать пазы или прорези, к которым подведена охлаждающая среда и которые образуют охлаждающую пленку за счет стекания охлаждающей среды вдоль стенки в направлении потока. Пленочный барьер 350 также может быть сформирован вдоль внутренней поверхности участка оболочки 11 реактора другими способами, в том числе известными в данной области.In another approach, the wall may include grooves or slits to which the cooling medium is supplied and which form a cooling film due to the flow of the cooling medium along the wall in the direction of flow.
В другом подходе инжекционный способ может комбинироваться со способом охлаждения пленкой по всей поверхности, причем ударная текучая среда после воздействия на горячую стенку выпускается через отверстия 360 пленочного охлаждения в такой стенке 365, обеспечивая два охлаждающих воздействия.In another approach, the injection method can be combined with a full-surface film cooling method, wherein the impact fluid, after being exposed to a hot wall, is discharged through film cooling holes 360 in
Таким образом, за счет обеспечения пленочного барьера 350 на внутренней поверхности по меньшей мере участка оболочки 11 реактора износ оболочки 11 реактора во время работы сверхзвукового реактора 5 может быть ограничен. Пленочный барьер может уменьшать температуру, воздействию которой подвергается оболочка 11 реактора во время его эксплуатации, обеспечивая барьер для горячей текучей среды сердцевины реактора и конвекционно охлаждая стенку вместе с пленкой до температуры охлаждения пленки.Thus, by providing a
Система охлаждения может включать в себя различные описанные выше механизмы для обеспечения оптимальной комбинации с целью достижения наивысшей эффективности эксплуатации.The cooling system may include the various mechanisms described above to provide the optimum combination to achieve the highest operating efficiency.
В приведенном выше описании предложен ряд подходов в отношении оболочки 11 реактора или участка оболочки 11 реактора. Таким образом, следует понимать, что по меньшей мере участок оболочки 11 реактора может относиться ко всей оболочке 11 реактора или может относиться к меньшему, чем вся оболочка участку оболочки реактора, как будет более подробно описано ниже. Таким образом, предшествующее описание способов улучшения конструкции и/или эксплуатации по меньшей мере участка оболочки 11 реактора может в целом применяться к любому участку оболочки реактора и/или к следующим конкретно описанным участкам оболочки реактора.In the above description, a number of approaches have been proposed in relation to the
Было установлено, что некоторые участки или компоненты оболочки 11 реактора могут сталкиваться с особенно жесткими условиями эксплуатации или с особыми проблемами, характерными для данного участка или компонента. Таким образом, в соответствии с различными подходами определенные аспекты предыдущего описания могут применяться только к тем участкам или компонентам, для которых обнаружена конкретная проблема. Места вокруг инжектора (-ов) 30 топлива и инжектора (-ов) 45 сырья представляют собой примеры местоположений, в которых могут быть полезны локальные пленочные барьеры или пленочное охлаждение, или инжекционное охлаждение, или локально расположенные конвективные каналы охлаждения.It has been found that certain sections or components of the
Одной зоной сверхзвукового реактора 5, которая сталкивается с особенно жесткими условиями эксплуатации во время функционирования, является зона 25 сгорания. В зоне 25 сгорания топливный поток сжигают в присутствии кислорода для создания высокотемпературного потока-носителя. Температуры в зоне 25 сгорания могут быть самыми высокими температурами, имеющимися в камере 15 реактора, и могут достигать значений от 2000°С до 3500°C в одном примере и от 2000°C до 3200°C в другом примере. Таким образом, конкретной проблемой, выявленной в зоне 25 сгорания, является расплавление оболочки 11 реактора в зоне 25 сгорания и окисление стенок камеры сгорания в присутствии кислорода. Участок оболочки реактора в зоне 25 сгорания может называться камерой 26 сгорания.One area of the
Другая зона сверхзвукового реактора 5, которая сталкивается с особенно жесткими условиями эксплуатации, включает в себя зону 60 сверхзвукового расширения и, в частности, расположенное в ней сопло 50 сверхзвукового расширителя. В частности, из-за того, что высокотемпературный газ-носитель проходит через сопло 50 расширителя с почти сверхзвуковыми или со сверхзвуковыми скоростями, сопло 50 расширителя и/или другие участки зоны 60 сверхзвукового расширения могут быть особенно чувствительны к эрозии.Another zone of the
Аналогичным образом другие участки сверхзвукового реактора, включая зону 60 диффузора, зону 55 смешения, реакционную зону 65 и зону резкого охлаждения, могут сталкиваться с жесткими условиями эксплуатации во время работы сверхзвукового реактора 5. Дополнительное оборудование или компоненты, используемые совместно со сверхзвуковым реактором 5, также могут сталкиваться с аналогичными проблемами и жесткими условиями эксплуатации, включая, без ограничений, сопла, трубопроводы, смесители и теплообменники.Similarly, other portions of the supersonic reactor, including
Вследствие уникальности проблем и условий эксплуатации, воздействию которых могут подвергаться отдельные участки или компоненты сверхзвукового реактора, эти отдельные участки или компоненты можно формировать, эксплуатировать или использовать в соответствии с различными подходами, описанными в настоящем документе, в то время как другие участки или компоненты формируют, эксплуатируют или используют в соответствии с другими подходами, которые могут быть описаны или не описаны в настоящем документе.Due to the uniqueness of the problems and operating conditions to which individual sections or components of a supersonic reactor may be exposed, these individual sections or components can be formed, operated or used in accordance with various approaches described in this document, while other sections or components are formed, operated or used in accordance with other approaches, which may or may not be described in this document.
Поскольку различные компоненты или участки сверхзвукового реактора 5 могут формироваться или эксплуатироваться по-разному, сверхзвуковой реактор 5, включающий в себя оболочку 11 реактора, может быть выполнен в виде отдельных частей и собран с образованием сверхзвукового реактора 5 или оболочки 11 реактора. В этом отношении сверхзвуковой реактор 5 и/или оболочка 11 реактора могут включать в себя модульную конфигурацию, в которой отдельные модули или компоненты 400 могут быть собраны вместе, как показано на фиг. 11. В соответствии с одним подходом по меньшей мере некоторые участки или компоненты 400 собранного сверхзвукового реактора или оболочки 11 реактора могут быть не соединены, а вместо этого газы или текучие среды в них могут удерживаться путем регулировки перепада давления между компонентами. В других подходах модули или компоненты 400 могут быть соединены вместе, например, фланцами 405, герметизированными в охлаждаемых местах сопряжения между компонентами. Аналогичным образом различные компоненты, участки или модули 400 могут включать в себя различные составные части, представленные в приведенном выше описании. Например, некоторые модули или компоненты 400 могут включать в себя активное охлаждение, пленочный барьер, внутренний и внешний слои, внутреннюю и внешнюю оболочки или другие составные части, описанные выше, тогда как другие участки, модули или компоненты 400 могут включать в себя иные составные части.Since different components or portions of the
В соответствии с одним подходом один или более компонентов или модулей 400 могут быть удалены и заменены во время эксплуатации сверхзвукового реактора 5 или во время его простоя. Например, в связи с возможным более быстрым по сравнению с другими компонентами реактора износом сопла 50 сверхзвукового расширения сопло 50 может быть выполнено съемным, так что при износе оно может быть заменено новым соплом. В одном подходе может быть предусмотрено множество сверхзвуковых реакторов 5, установленных параллельно или последовательно с одним или более сверхзвуковыми реакторами в режиме эксплуатации и одним или более сверхзвуковыми реакторами в резервном режиме, так что при необходимости технического обслуживания или замены одного или более компонентов работающего сверхзвукового реактора 5 процесс может быть переключен на резервный сверхзвуковой реактор для продолжения работы.In accordance with one approach, one or more components or
Кроме того, сверхзвуковое реакторы могут быть ориентированы горизонтально, как показано на фиг. 1, или вертикально (не показано). В тех случаях, когда реактор выполнен в вертикальном исполнении, прохождение потоков носителя и сырья через него в одном подходе может осуществляться по вертикали снизу вверх. В другом подходе потоки носителя и сырья могут проходить по вертикали сверху вниз. В одном подходе сверхзвуковой реактор может быть ориентирован таким образом, чтобы его можно было свободно опорожнять для предотвращения накопления жидкости в зоне 72 резкого охлаждения. В другом подходе реактор может быть ориентирован вертикально (90° от горизонтали) или горизонтально (0° от горизонтали), как указано выше, или может быть ориентирован под углом от 0° до 90° с входным отверстием реактора выше выходного отверстия реактора. В другом варианте осуществления выходное отверстие 80 может включать в себя два или более выходных отверстий, включая основное выходное отверстие 80 для основного потока паровой фазы и вторичное выпускное отверстие 81 для слива жидкости. В одном подходе жидкость впрыскивается в зону 72 резкого охлаждения и не испаряется полностью. Это может происходить во время переходного или стационарного режима работы. При необходимости вторичное выходное отверстие может работать непрерывно или периодически.In addition, supersonic reactors can be oriented horizontally, as shown in FIG. 1, or vertical (not shown). In cases where the reactor is made in a vertical design, the passage of carrier and feed streams through it in one approach can be carried out vertically from bottom to top. In another approach, carrier and feed streams may flow vertically from top to bottom. In one approach, the supersonic reactor can be oriented so that it can be freely emptied to prevent accumulation of liquid in the
В одном подходе оболочка 11 реактора герметично закрыта с одного конца и включает в себя область повышенного давления на противоположном конце.In one approach, the
В соответствии с одним подходом оболочка 11 реактора может включать в себя устройство 218 сброса давления, как показано на фиг. 4. В одном подходе устройство 218 сброса давления содержит разрывной диск. В другом подходе устройство 218 сброса давления включает в себя предохранительный клапан.In accordance with one approach, the
В одном подходе, как показано на фиг. 14, сверхзвуковой реактор 5 может включать в себя запорный клапан 450 на входном отверстии реактора. Сверхзвуковой реактор также может включать в себя систему 455 управления для обнаружения изменения давления в случае неконтролируемого выброса. Система 455 управления может быть выполнена с возможностью изолировать входное отверстие в ответ на выброс. В одном подходе входное отверстие представляет собой входное отверстие 4 для топливного потока.In one approach, as shown in FIG. 14, the
В соответствии с одним подходом сверхзвуковой реактор 5 включает в себя магнитную ловушку для удержания реагирующих веществ внутри реакционной камеры 15.According to one approach, the
В соответствии с другим подходом в сверхзвуковом реакторе 5 может быть предусмотрена генерации водорода для генерирования водорода из потока продукта реактора.According to another approach, hydrogen generation may be provided in the
В одном примере поток продукта реактора после пиролиза в сверхзвуковом реакторе 5 содержит более низкое содержание метана, чем в потоке метанового сырья — в диапазоне от 15 мол.% до 95 мол.%. В другом примере концентрация метана находится в диапазоне от 40 мол.% до 90 мол.% и от 45 мол.% до 85 мол.% в следующем примере.In one example, the reactor product stream after pyrolysis in the
В одном примере выход ацетилена, полученного в сверхзвуковом реакторе из метана в подаваемом потоке, составляет от 40% до 95%. В другом примере выход ацетилена, полученного из метана в подаваемом потоке, составляет от 50% до 90%. Преимуществом является то, что это дает лучший выход, чем предполагаемый выход 40%, достигаемый в результате предыдущих, более традиционных, пиролизных подходов.In one example, the yield of acetylene produced in a supersonic reactor from methane in the feed stream is between 40% and 95%. In another example, the yield of acetylene produced from methane in the feed stream is between 50% and 90%. The advantage is that this gives a better yield than the estimated 40% yield achieved with previous more conventional pyrolysis approaches.
В соответствии с одним подходом поток продукта реактора вводят в реакцию с образованием другого углеводородного соединения. При этом часть продукта реактора из углеводородного потока может быть выпущена из выходного отверстия реактора в осуществляемый ниже по потоку процесс конверсии углеводородов для дальнейшей переработки потока. В то же время, следует понимать, что поток продукта реактора может проходить нескольких промежуточных стадий процесса, таких как, например, удаление воды, адсорбция и/или абсорбция для получения концентрированного ацетиленового потока, при этом эти промежуточные стадии не будут подробно описаны в настоящем документе.According to one approach, the reactor product stream is reacted to form another hydrocarbon compound. In this case, a portion of the reactor product from the hydrocarbon stream may be discharged from the reactor outlet into a downstream hydrocarbon conversion process for further processing of the stream. At the same time, it should be understood that the reactor product stream may go through several intermediate process steps, such as, for example, removal of water, adsorption and/or absorption to obtain a concentrated acetylene stream, and these intermediate steps will not be described in detail in this document. .
Как показано на фиг. 2, поток продукта реактора, имеющий более высокую концентрацию ацетилена, может быть пропущен в расположенную ниже по потоку зону 100 конверсии углеводородов, где ацетилен может быть подвергнут конверсии с образованием другого углеводородного продукта. Зона 100 конверсии углеводородов может включать в себя реактор 105 конверсии углеводородов для конверсии ацетилена в другой углеводородный продукт. Хотя на фиг. 2 показана блок-схема способа конверсии по меньшей мере части ацетилена в потоке продукта в этилен посредством гидрогенизации в реакторе 110 гидрогенизации, следует понимать, что в зоне 100 конверсии углеводородов можно осуществлять множество других способов конверсии углеводородов вместо или в дополнение к способам в реакторе 110 гидрогенизации или комбинацию способов конверсии углеводородов. Аналогичным образом, операции в единицах оборудования, показанные на фиг. 2, могут быть модифицированы или удалены и показаны в иллюстративных целях и не являются ограничивающими способы и системы, описанные в настоящем документе. Более конкретно, было установлено, что несколько других способов конверсии углеводородов, отличных от описанных в предыдущих подходах, могут осуществляться ниже по потоку от сверхзвукового реактора 5, включая способы конверсии ацетилена в другие углеводороды, в том числе, без ограничений, в: алкены, алканы, метан, акролеин, акриловую кислоту, акрилаты, акриламид, альдегиды, полиацетилениды, бензол, толуол, стирол, анилин, циклогексанон, капролактам, пропилен, бутадиен, бутиндиол, бутандиол, C2–C4 углеводородные соединения, этиленгликоль, дизельное топливо, дикарбоновые кислоты, диолы, пирролидины и пирролидоны.As shown in FIG. 2, a reactor product stream having a higher concentration of acetylene may be passed to a downstream
Зона 120 удаления загрязнителей для удаления одного или более загрязнителей из углеводородного или технологического потока может быть размещена в различных местах вдоль углеводородного или технологического потока в зависимости от воздействия конкретного загрязнителя на продукт или процесс и причины для удаления загрязнителей, как дополнительно описано ниже. Например, были выявлены конкретные загрязнители, которые мешают работе сверхзвукового проточного реактора 5 и/или загрязняют компоненты в сверхзвуковом проточном реакторе 5. Таким образом, в соответствии с одним подходом зона удаления загрязнителя расположена выше по потоку от сверхзвукового проточного реактора для удаления этих загрязнителей из подаваемого потока метана до введения потока в сверхзвуковой реактор. Было выявлено, что другие загрязнители мешают расположенной ниже по потоку стадии переработки или процессу конверсии углеводородов, и в этом случае зона удаления загрязнителя может быть расположена выше по потоку от сверхзвукового реактора или между сверхзвуковым реактором и конкретной расположенной ниже по потоку стадией переработки. Были выявлены и другие загрязнители, которые должны быть удалены в соответствии с конкретными спецификациями продукта. Если необходимо удалять множество загрязнителей из углеводородного или технологического потока, в разных местах вдоль углеводородного или технологического потока могут быть расположены различные зоны удаления загрязнителей. В еще других подходах зона удаления загрязнителей может перекрываться или выполнена заедино с другим способом в системе, и в этом случае загрязнитель может быть удален в течение другой части процесса, включая, без ограничений, сверхзвуковой реактор 5 или расположенную ниже по потоку зону 100 конверсии углеводородов. Этого можно добиться с помощью модификации или без модификации этих конкретных зон, реакторов или способов. Хотя зона 120 удаления загрязнителей, изображенная на фиг. 2, показана расположенной ниже по потоку от реактора 105 конверсии углеводородов, следует понимать, что зона 120 удаления загрязнителей в соответствии с настоящим изобретением может располагаться выше по потоку от сверхзвукового проточного реактора 5, между сверхзвуковым проточным реактором 5 и зоной 100 конверсии углеводородов, или ниже по потоку от зоны 100 конверсии углеводородов, как показано на фиг. 2, или вдоль других потоков в технологическом потоке, таких как, например, поток текучей среды-носителя, топливный поток, поток источника кислорода или любых потоков, используемых в системах и способах, описанных в настоящем документе.
Один вариант осуществления настоящего описания относится к устройству и способам конверсии метана в углеводородном потоке в ацетилен с использованием сверхзвукового проточного реактора, при этом сводя к минимуму возможность взрыва из-за образования ацетиленидов меди в химической реакции между генерируемым ацетиленовым газом и медью внутреннего слоя реактора. Реакционная зона пиролиза метана представляет собой сильную восстановительную среду в присутствии водорода и при высокой температуре. Было обнаружено, что Cu или CuO легко взаимодействует с ацетиленом, что приводит к образованию ацетиленида меди.One embodiment of the present disclosure relates to apparatus and methods for converting methane in a hydrocarbon stream to acetylene using a supersonic flow reactor while minimizing the possibility of an explosion due to the formation of copper acetylides in the chemical reaction between the generated acetylene gas and the copper of the reactor core. The methane pyrolysis reaction zone is a strong reducing environment in the presence of hydrogen and at high temperature. It has been found that Cu or CuO readily reacts with acetylene, resulting in the formation of copper acetylenide.
Покрытие может быть нанесено на внутреннюю поверхность внутреннего слоя для обеспечения барьера между генерируемым ацетиленовым газом и медью внутреннего слоя для предотвращения образования ацетиленидов. Таким образом, внутренний слой 210 может включать в себя покрытие, сформированное на внутренней поверхности внутреннего слоя для образования барьера между медью внутреннего слоя и генерируемым ацетиленовым газом. Покрытие может представлять собой тонкое покрытие, нанесенное на внутреннюю поверхность внутреннего слоя оболочки реактора, и может представлять собой материал, не реагирующий с ацетиленом. В одном варианте осуществления примеры подходящих покрытий включают такие, которые содержат металлический никель или сплав никеля или их смесь. Конкретные примеры сплавов никеля включают в себя NiCrAlY, NiCoCrAlY, CoNiCrAlY и Ni-P. При использовании подложки, содержащей медь, никель образует твердый раствор, который при термической обработке создает очень прочную связь, устойчивую к растрескиванию при резких перепадах температуры. Кроме того, предполагается, что покрытие из никеля или сплава никеля может быть дополнено термобарьерным покрытием, таким как описанное выше, для замедления теплопередачи. Другие подходящие покрытия могут состоять из хрома, содержащего хром сплава, платины, содержащего платину сплава, палладия, содержащего палладий сплава или их смесей, или смесей любого из вышеперечисленных металлов с никелем или содержащим никель сплавом.A coating may be applied to the inner surface of the inner layer to provide a barrier between the generated acetylene gas and the copper of the inner layer to prevent the formation of acetylides. Thus, the
Металл, или сплав, или смесь можно наносить на поверхности оболочки реактора, такие как внутренняя поверхность внутреннего слоя, различными известными способами напыления металлов. Подходящие примеры включают в себя электролитическое осаждение с использованием электрического тока, химическое осаждение, которое не использует электрический ток, или нанесение с использованием технологий плазменного напыления. Например, чистый никель можно наносить с использованием технологий электролитического осаждения. Такое покрытие может не требовать термической обработки после нанесения, но адгезия может быть улучшена при тепловом воздействии с температурой от 482°C до 538°C в течение от 1 до 3 часов. Покрытие является плотным и предотвращает контакт меди с ацетиленовым газом. Более того, покрытие можно наносить в комбинации, например, с покрытием на основе стабилизированного оксида циркония, как описано выше, и в этом случае плотное покрытие обеспечивает не только барьер для образования ацетиленида, но и представляет собой также барьер для теплопередачи. В другом примере покрытие из сплава никеля, такого как NiCrAlY, может быть нанесено с использованием технологий плазменного напыления. Такое покрытие может не требовать термической обработки после нанесения, но адгезия может быть улучшена при тепловом воздействии с температурой от 482°C до 538°C в течение от 1 до 3 часов. Покрытие является плотным и предотвращает контакт меди с ацетиленовым газом. Более того, покрытие можно наносить в комбинации, например, с покрытием на основе стабилизированного оксида циркония, как описано выше, и в этом случае плотное покрытие обеспечивает не только барьер для образования ацетиленида, но и представляет собой также барьер для теплопередачи. В еще одном варианте осуществления покрытие Ni-P можно наносить путем химического осаждения. Как указано выше, покрытие может не требовать термической обработки после нанесения, но адгезия может быть улучшена при тепловом воздействии с температурой от 482°C до 538°C в течение от 1 до 3 часов. Покрытие является плотным и предотвращает контакт меди с ацетиленовым газом. Более того, покрытие можно наносить в комбинации, например, с покрытием на основе стабилизированного оксида циркония, как описано выше, и в этом случае плотное покрытие обеспечивает не только барьер для образования ацетиленида, но и представляет собой также барьер для теплопередачи.The metal or alloy or mixture can be deposited on the surfaces of the reactor shell, such as the inner surface of the inner layer, by various known metal deposition methods. Suitable examples include electroplating using electric current, chemical deposition that does not use electric current, or deposition using plasma spray techniques. For example, pure nickel can be deposited using electroplating techniques. Such a coating may not require post-application heat treatment, but adhesion can be improved by heat exposure at 482°C to 538°C for 1 to 3 hours. The coating is dense and prevents contact of copper with acetylene gas. Moreover, the coating can be applied in combination with, for example, a stabilized zirconia coating as described above, in which case the dense coating not only provides a barrier to acetylenide formation, but is also a barrier to heat transfer. In another example, a nickel alloy coating such as NiCrAlY can be applied using plasma spray techniques. Such a coating may not require post-application heat treatment, but adhesion can be improved by heat exposure at 482°C to 538°C for 1 to 3 hours. The coating is dense and prevents contact of copper with acetylene gas. Moreover, the coating can be applied in combination with, for example, a stabilized zirconia coating as described above, in which case the dense coating not only provides a barrier to acetylenide formation, but is also a barrier to heat transfer. In yet another embodiment, the Ni-P coating can be applied by chemical deposition. As stated above, the coating may not require post-application heat treatment, but adhesion can be improved by heat exposure at 482°C to 538°C for 1 to 3 hours. The coating is dense and prevents contact of copper with acetylene gas. Moreover, the coating can be applied in combination with, for example, a stabilized zirconia coating as described above, in which case the dense coating not only provides a barrier to acetylenide formation, but is also a barrier to heat transfer.
Несмотря на то что были проиллюстрированы и описаны конкретные варианты осуществления и аспекты, следует понимать, что специалистам в данной области будут придуманы многочисленные изменения и модификации, и предполагается, что в приложенной формуле изобретения охвачены все такие изменения и модификации, которые входят в рамки истинной сущности и объема настоящего описания и приложенной формулы изобретения.Although specific embodiments and aspects have been illustrated and described, it is to be understood that numerous changes and modifications will be devised by those skilled in the art, and it is intended that the appended claims embrace all such changes and modifications that fall within the true spirit. and the scope of the present description and the appended claims.
Claims (15)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US15/629,447 | 2017-06-21 | ||
US15/629,447 US10029957B2 (en) | 2012-08-21 | 2017-06-21 | Methane conversion apparatus and process using a supersonic flow reactor |
PCT/US2018/038171 WO2018236790A1 (en) | 2017-06-21 | 2018-06-19 | Methane conversion apparatus and process using a supersonic flow reactor |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2019142726A RU2019142726A (en) | 2021-06-21 |
RU2019142726A3 RU2019142726A3 (en) | 2021-09-30 |
RU2767113C2 true RU2767113C2 (en) | 2022-03-16 |
Family
ID=64735794
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019142726A RU2767113C2 (en) | 2017-06-21 | 2018-06-19 | Device and method of converting methane using a supersonic flow reactor |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP3641926A4 (en) |
CN (1) | CN110769926B (en) |
CA (1) | CA3067826A1 (en) |
RU (1) | RU2767113C2 (en) |
WO (1) | WO2018236790A1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023118209A1 (en) * | 2021-12-21 | 2023-06-29 | Basf Se | Reactor device |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU432169A1 (en) * | 1972-01-13 | 1974-06-15 | И. Романюк , А. Н. Андрушко | METHOD FOR PRODUCING ACETYLENE AND OLEPHYH HYDROCARBONS |
RU2158747C1 (en) * | 2000-03-21 | 2000-11-10 | Зао "Тк Сибур Нн" | Method of direct pyrolysis of methane |
US20050065391A1 (en) * | 2003-09-23 | 2005-03-24 | Synfuels International, Inc. | Process for the conversion of natural gas to hydrocarbon liquids |
US20140056769A1 (en) * | 2012-08-21 | 2014-02-27 | Uop Llc | Methane conversion apparatus and process using a supersonic flow reactor |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4724272A (en) * | 1984-04-17 | 1988-02-09 | Rockwell International Corporation | Method of controlling pyrolysis temperature |
US5219530A (en) * | 1991-02-15 | 1993-06-15 | Board Of Regents Of The University Of Washington | Apparatus for initiating pyrolysis using a shock wave |
CN100450603C (en) * | 2002-10-25 | 2009-01-14 | 柏克德Bwxt爱达荷有限责任公司 | Device and method for heat synthesis |
CN101524633A (en) * | 2002-10-25 | 2009-09-09 | 柏克德Bwxt爱达荷有限责任公司 | Thermosynthesis device |
US9327265B2 (en) * | 2012-08-21 | 2016-05-03 | Uop Llc | Production of aromatics from a methane conversion process |
US8933275B2 (en) * | 2012-08-21 | 2015-01-13 | Uop Llc | Production of oxygenates from a methane conversion process |
US20140058159A1 (en) * | 2012-08-21 | 2014-02-27 | Uop Llc | Methane conversion apparatus and process using a supersonic flow reactor |
US10029957B2 (en) * | 2012-08-21 | 2018-07-24 | Uop Llc | Methane conversion apparatus and process using a supersonic flow reactor |
US20140058167A1 (en) * | 2012-08-21 | 2014-02-27 | Uop Llc | Methane Conversion Apparatus and Process Using a Supersonic Flow Reactor |
US20140058149A1 (en) * | 2012-08-21 | 2014-02-27 | Uop Llc | High efficiency processes for olefins, alkynes, and hydrogen co-production from light hydrocarbons such as methane |
US20150073183A1 (en) * | 2013-09-10 | 2015-03-12 | Uop Llc | Production of olefins from a methane conversion process |
-
2018
- 2018-06-19 RU RU2019142726A patent/RU2767113C2/en active
- 2018-06-19 CN CN201880041192.7A patent/CN110769926B/en active Active
- 2018-06-19 WO PCT/US2018/038171 patent/WO2018236790A1/en unknown
- 2018-06-19 CA CA3067826A patent/CA3067826A1/en not_active Abandoned
- 2018-06-19 EP EP18821165.0A patent/EP3641926A4/en not_active Withdrawn
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU432169A1 (en) * | 1972-01-13 | 1974-06-15 | И. Романюк , А. Н. Андрушко | METHOD FOR PRODUCING ACETYLENE AND OLEPHYH HYDROCARBONS |
RU2158747C1 (en) * | 2000-03-21 | 2000-11-10 | Зао "Тк Сибур Нн" | Method of direct pyrolysis of methane |
US20050065391A1 (en) * | 2003-09-23 | 2005-03-24 | Synfuels International, Inc. | Process for the conversion of natural gas to hydrocarbon liquids |
US20140056769A1 (en) * | 2012-08-21 | 2014-02-27 | Uop Llc | Methane conversion apparatus and process using a supersonic flow reactor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3641926A1 (en) | 2020-04-29 |
CA3067826A1 (en) | 2018-12-27 |
RU2019142726A (en) | 2021-06-21 |
WO2018236790A1 (en) | 2018-12-27 |
EP3641926A4 (en) | 2021-04-14 |
CN110769926B (en) | 2022-06-24 |
CN110769926A (en) | 2020-02-07 |
RU2019142726A3 (en) | 2021-09-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10195574B2 (en) | Methane conversion apparatus and process using a supersonic flow reactor | |
US10166524B2 (en) | Methane conversion apparatus and process using a supersonic flow reactor | |
US10029957B2 (en) | Methane conversion apparatus and process using a supersonic flow reactor | |
AU2013306062B2 (en) | Methane conversion apparatus and process using a supersonic flow reactor | |
US20140058170A1 (en) | Methane conversion apparatus and process using a supersonic flow reactor | |
US20140056767A1 (en) | Methane Conversion Apparatus and Process Using a Supersonic Flow Reactor | |
RU2767113C2 (en) | Device and method of converting methane using a supersonic flow reactor | |
US20140058158A1 (en) | Methane conversion apparatus and process using a supersonic flow reactor | |
US20170015606A1 (en) | Methane conversion apparatus and process using a supersonic flow reactor | |
US20140058174A1 (en) | Methane conversion apparatus and process using a supersonic flow reactor | |
US20140056768A1 (en) | Methane conversion apparatus and process using a supersonic flow reactor | |
US20140058175A1 (en) | Methane conversion apparatus and process using a supersonic flow reactor | |
US20140056771A1 (en) | Methane conversion apparatus and process using a supersonic flow reactor | |
US20140058169A1 (en) | Methane conversion apparatus and process using a supersonic flow reactor | |
WO2018236851A1 (en) | Methane conversion apparatus and process using a supersonic flow reactor | |
US10160697B2 (en) | Methane conversion apparatus and process using a supersonic flow reactor |