SU680634A3 - Способ получени водорода и окиси углерода из углеводородов - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА И ОКИСИ УГЛЕРОДА ИЗ УГЛЕВОДОРОДОВ

камере в железный расплав ввод т кислород и вследствие реакции углерода с кислородом содержание углерода снова понижаетс . Реакционные камеры соединены между собой двум  каналами, причем один из каналов необходимо обогревать электромагнитом.

Практика показала, ITO этот известный способ ни с практической, ни с экономической точки зрени  не пригоден дл  газификации жидких углеводородов ..

Тепловой баланс процесса газификации в реакторе-газификаторе должен быть уравновешен. Энерги  теплопоглощающих процессов, s основном крекировани , предназначенных дл  газификации углеводородов, нагрева газа крекинга -и обессеривани  шлака, компенсируетс  экзотермической реакцией образовани  СО в железном расплаве. При работе известным способом эндотермическую и экзотермическую реакции провод т в разных реакционных камерах . Вследствие этого между реакционными камерами необходима постр нна  циркул ци  большого количества жидкого железа. Согласно известному способу в 1 ч необходимо циркулировать 1200 т расплавленного железа.

При осуществлении известного способа в первой реакционной камере происходит охлаждение железного расплава , поскольку в ней протекают только эндотермические процессы.

Известно, что при подаче углеводородов в железный расплав на входе фурм могут образовыватьс  осадки. Сильное локальное охлаждение при введении масла в реактор-газификатор приводит к повышенному образованию осадков на концах фурм. Накапливани  осаждений, которые в основном состо т из застывших железных сплавов, по известному способу даже при оптиг Э льной рабочей температуре (1350-1400с) и экономичном расходе жидких углеводородов трудно избехать : фурмы закупориваютс  и процесс невозможно контролировать .

Вследствие того, что реакционные .камеры работают отдельно, регулировать температуру почти невозможно, так же как невозможно поддерживать посто нной концентрацию углерода в железном расплаве и получать чистые газы, содержащие небольшое количество серы.

Дл  необходимой при осуществлении известного способа циркул ции железного расплава требуютс  большие затраты , которые повышаютс  также вслествие необходимости применени  электромагнитного обогрева. Кроме того, по известному способу вследствие сил ного охлаждени  в первой реакционной «амере невозможно обрабатывать бедные энергией углеводороды. Это также имеет большое экономическое значение

Целью предлагаемого изобретени   вл етс  разработка способа газификации жидких углеводородов различной в зкости до пастообразных субстанций в особенности фракций т желого масла причем газификации бедных энергией углеводородов, и получить газ, который бы имел малую степень окислени , а также малое содержание серы.

Это достигаетс  тем, что газификацию жидких углеводородов до пастообразных кислородом или кислородосодержащими газами провод т в реакторегазификаторе , причем реагенты подают одновременно в одну реакционную камеру ниже уровн  железного расплава, поддержива  содержание углерода в железном расплаве 0,05-4%, предпочтительно 1-3%. Подачу жидких углеводородов и кислорода или кислородсо- держащих газов можно осуществл ть непрерывно или периодически. Согласно предложенному способу получаемый газ состоит в основном из водорода и окиси углерода. Содержание СО, Н„О и СН обычно составл ет менее 1%.

По изобретению обессеривание.провод т как обычно, путем добавлени  известьсодержащего шлака, который находитс  в контакте с железным расплавом , например плавает на поверхности

Температура железного расплава 1300-1450°С, предпочтительно 1350°С. Жидкие углеводороды, например фракци т желого масла, целесообразно подавать в железный расплав через одну или несколько фурм, расположенных ниже уровн  железного расплава, в огнеупорной футеровке реакто эа. Кислород можно подавать отдельно через одну или несколько фурм.

Содержание углерода в железном расплаве предпочтительно 1-3%. Таким образом, получают восстановительный газ с очень низким содержанием СО, Н„О и СНл. В особых случа х очень высокое (-4%) или очень низкое (0,05 содержание углерода в железном расплаве можно регулировать.

При проведении предлагаемого способа реагенты целесообразно подавать в железный расплав через те же самые фурмы. При этом фурмы расположены в днище или же в боковых стенках в огнеупорной обшивке реактора-газификатора ниже уровн  железного расплава. Лучше всего фракции т желого масла и технически чистый кислород подавать Б расплав через одну и ту же фурму. В больших реакторах целесообразна равномерна  подача реагентов через несколько фурм.

Предпочтительно кажда  фурма состоит из нескольких концентрических трубок, например трех , четырех или более. По изобретению фурмы, расположенные ниже уровн  расплава в огнеупорной обшивке реактора-газификатора, пре дохран ют его от преждевременного износа, поскольку кислород поступае вместе с углеводородом, создающим защитную среду. В качестве таких уг леводородов можно использовать, например метан, этан, пропан, бутан, различные фракции нефти, в особенности легкую нефть, а также метанол отдельно или в любых смес х, В случае необходимости вместе с одним из реагентов в железный расплав можно подавать мелкозернистую шлакообразную добавку. Предпочтител но реагенты подают через несколько каналов фурмы, предпочтительно коль цевые зазоры, чередующиес  или произвольно расположенные относительно центра фурмы; кислородподающий коль цевой зазор огибаетс  кольцевым зазором , провод щим углеводороды. Кро ме того, по изобретению подлежащие газифчкации субстанции и кислород раздел ют в фурме на несколько потоков , так что между реагентами обе печиваетс  интенсивна  реакци . Реагенты можно подавать в железный раствор через две или несколько отдельных фурм. Дл  углеводородов применение нескольких концентрических трубок не об зательно, дл  них можно использовать фурму, состо щую из одной трубки. Дл  отдельной подачи кислорода необходима фурма, состо ща  по мень шей мере из двух концентрических трубок, с тем чтобы кислород был ок ружен углеводородом. Преимуществом предлагаемого способа  вл етс  то, что после окончани  процесса израсходованна  энерги  как правило, компенсируетс , посколь ку технически почти невозможно подавать энергию в железный расплав обычным методом. При использовании, например , фракций т желого масла, когда реакци  протекает при высокой температуре, процесс газификации не экзотермический, поэтому необходимо дополнительное тепло, чтобы предотвратить охлаждение расплава. Согласно .изобретению, кроме жидких углеводородов, дл  повышени  и регулировани  температуры в расплав добавл ют соединени , при окислении которых кислородом выдел етс  большое количество тепла, В качестве их можно использовать металлы, например алюминий, и/или кремний и другие вещества с большой теплоэнергией, например карбид кальци . Особенно экономично добавление в железный расплав дополнительного количества несв занного углерода, например кокса. Кокс в виде порошка можно подавать вместе с предназначенным дл  газификации т желым маслом . Его можно подавать в расплав также в виде кусков, В этом случае его по возможности целесообразно пре 46 варительно нагревать, чтобы таким образом осадить необходимое количество кокса. Вместо чистого кислорода можно также примен ть воздух или воздух, насыщенный кислородом. Кислород или воздух предварительно нагревают. При применении подогретого воздуха осаждение углерода в расплаве целесообразно продолжать. При низком, содержании углерода в расплаве (0,05%) восстановительный газ содержит больше СО, так что вследствие сгорани  углерода расплава в СО2 происходит уравновешивание теплового баланса. Газифицируемые углеводороды предварительно нагревают, чтобы обеспечить бесперебойную подачу к фурмам и через них (особенно при использовании высоков зких фракций т желого масл. Пастообразные углеводороды нагревают, превраща  их в жидкости, или подают в фурмы с помощью специальных транспортирующих устройств. Полученный при использовании подогретого воздуха восстановительный газ с низким содержанием COj нашел применение в качестве топливного газа дл  электростанций. По предлагаемому способу благодар  реакции со шлаком можно легко удалить из т желого масла значительную чаСть серы. При осуществлении предлагаемого способа становитс  возможным относительно простое получение обессеренного , богатого энергией, газа, который можно примен ть, например, в качестве топливного газа дл  электростанций , Особым преимуществом способа  вл етс  охрана окружающей среды. Так как способ проходит в закрытых реакционных камерах, становитс  возможным простое проведение очистки газа известными средствами. Полученный по предлагаемому способу газ в основном состоит из СО и И„, Только в особых случа х, когда дл  уравновешивани  теплового баланса допускаетс  частичное сгорание СО в СО-, содержание СО достигает 20%, При обычном применении способа количество всек загр знений составл ет менее 5%, -предпочтительно менее 1%, Вследствие низкого содержани  COg HjO и СН4 полученный газ можно использовать в качестве восстановительного газа дл  металлургических целей, например дл  применени  в доменных печах или при непосредственном восстановлении окисей железа дл  получени  губчатого железа. Получаемый предложенным cnocorviM из жидких углеводородов, в осоСеиности из фракций т желого мэсл.э, г-эз, состо щий в основном пэ смеси (.( и Н„, можно примен ть в химичегкой и;омьшшенности в качестве синтез-газа дл  получени , например метанола, и после каталитической конверсии СО в водород и COg в качестве дешевого источника водорода дл  синтеза аммиака и многих других известных гидрирований .. .

Предложенный способ обеспечивает получение чистых газов с чрезвычайно низким содержанием серы. Охлаждение расплава, не опасно, поскольку регулирование температуры и концентрации в железном расплаве не вызывают затруднений. Дл  осуществлени  предлагаемого способа можно использовать достаточно простую установку. Дл  циркул ции больших количеств жид кого железа в переносных каналах, а также в дополнительном обогреве нет необходимости. При помощи предложенного способа становитс  возможным газифицировать: бедное энергией и богатое серой топливо. Способ отличаетс  высокой экономичностью.

На фиг. 1 изображен реактор-газификатор , вертикальный разрез; на фиг. 2 изображена фурма, состо ща  из трех концентрических трубок, вертикальный разрез; на фиг. 3 - фурма, состо ща  из четырех концентрических трубок, вертикальный разрез; на фиг. 4 - фурма с трем  кольцевыми зазорами, имеющими большой диаметр, вертикальный разрез.

На фиг. 1 изображен реактор-газификатор , состо щий из стального корпуса 1 с огнеупорной футеровкой 2. В реакторе находитс  железный расплав 3 и шлак 4. поглощает золу и большую часть серы углеводородов. . Реагенты подают в железный расплав 3 через одну или несколько фурм 5, которые расположены в огнеупорной футеровке 2. Шлакообразующие компоненты , предпочтительно известь с добавкой плавн  или без нее,подают в металлический расплав предпочтительно через фурмы, в качестве шлакообраэующего компонента обычно примен ют жженую известь. Однако, с целью понижени  температуры, в зависимости от теплоты сгорани  и внутренней энегии примен емых субстанций гашеную известь можнб частично или полностью заменить известн ком.

Фурмы 5 заделаны в огнеупорной футеровке 2 и выполнены предпочтительно из концентрических трубок с круглым сечением.

На фиг. 2 изображена система фурм состо ща  из внутренней трубки б, через которую подают фракции т желого масла. Черед кольцевой зазор 7, образованный внутренней трубкой 6 и концентрической трубкой 8, подают кислород , а через внешний кольцевой зазор 9, образованный концентрическими трубками 8 и 10, подают 5% природного газа в пересчете на кислород.

Такое расположение фурм обеспечивает надехную и долгую работу.

На фиг. 3 изображена разновидност фурмы, выполненной также предпочтительно из концентрических труб. Так, например, в железный расплав через внутреннюю трубку И мо;хно подавать кислород, через следующий кольцевой зазор 12 - т желое масло, через кольцевой зазор 13 - кислород, а через внешний кольцевой зазор 14 - снова т желое масло. Размеры этих кольцевых зазоров можно выбирать,например, таким образом, что основное количество масла протекает через внутренний кольцевой зазор 11, в то врем  как количество масла внешнего кольцевого зазора 14 значительно меньше и служит в основном только дл  защиты фурмы.

Во внешний кольцевой зазор 14 такой , как у описанной фурмы, в качестве защитной среды дл  фурм можно подавать газообразный или жидкий углеводород , например пропан или легкую нефть.

При использовании подобной конструкции благодар  струе кислорода происходит особенно хорошее разделение т желого масла и на входе фурм не образуетс  твердых осаждений.

На фиг. 4 изображена фурма с кольцевьм зазором, через которую подают углеводород и кислород. В этом случае подачу кислорода производ т через кольцевой зазор 15, у которого ширина зазора значительно меньше диаметра кольца. Например, примен ют фурмы с внутренним диаметром кольца 10 мм, у которых ширина кольцевого зазора 3 мм. У фурмы подобного типа т желое масло подают одновременно с обеих сторон кольцевого зазора 15 через .кольцевые зазоры 16, 17, причем целесообразно через внутренний кольцевой зазор 17 подавать большее количество углеводорода, чем через внешний кольцевой зазор 16. Предпочтительно работать так, чтобы во внешнем кольцевом зазоре 16 было малое количество углеводородсодержащего соединени , а все предназначенное дл  газификации количество т желого масла подавать во внутренний кольцевой зазор 17.

В такой фурме благодар  расположенным в кольцевом зазоре 15 спиралеобразным направл ющим поверхност м 18 можно завихр ть струю кислорода. Такое завихрение способствует быстрому образованию турбулентного движени кислорода, т желого масла и железнбго расплава и, кроме того, спокойной продувке железного расплава.

Claims (2)

1. Благодар  применению такой конструкции фурмы можно сократить их количество . Так, например, дл  реактора-газификатора , который производит приблизительно 100 000 восстановительного газа и железный распла весит при этом 50 т, общее количест во т желого масла, предназначенного дл  газификации, в данном случае 50 т/ч, подают через 2 фурмы. При применении простых концентри ческих фурм, изображенных на фиг. 2 и 3,необходимо иметь дес ть фурм на дне реакционного сосуда. Опыты проводили в реакторе-газиф каторе, заполненном расплавом желез весом примерно 50 т, производительность которого/ 100 000 газа. Реагенты подают в реактор-газифи катор через восемь расположенных на дне фурм. Углеродсодержащий материал протекает через внутреннюю трубку фурмы с диаметром в свету 10 мм. Через фурмы добавл ют одинаковые ко личества реагентов. Через кольцевой зазор шириной 4 мм, расположенный вокруг внутренней трубы, также пода ют кислород. Дл  защиты фурм через внешний кольцевой зазор подают 2% пропана в пересчете на кислород. Пример 1 (сравнительный). В газификатор подают 50 т/ч т желого масла и 41 000 кислорода. Нефтезаводска  фракци  т желого масла в среднем содержит 88% углерода. Его плотность 0,95. Чтобы т желое масло было способным к транспортиров ке, его предварительно нагревают до 200°С. Концентраци  углерода в железном расплаве 2%, температура . Полученный газ состоит из 63% СО и 37% И . Количество примесей, в частности COg и ,ниже 0,5%. Этот газ можно использовать в качестве восстановительного газа, подава  непосредственно в доменную печь. Пример 2 (сравнительный). Вместо т желого масла из примера 1 используют смесь, состо щую из 70% т желого масла примера 1 и 30% смолы каменного угл . Эта смола имеет плотность 1,2 г/см и точку.разм гчени  68°С. Состав компонентов т желого масла следующий: Температура, °С Содержание, вес. 1801 2305 2707 36022 Осадок смолы65 Смесь, состо щую из т желого мазута и смолы, предварительно нагревают до 200°С и подают в реактор через 8 фурм в количестве 50 т/ч. Дл  выравнивани  теплового баланса в реактор ввод т 45 000 нм/ч кислорода. При этом содержание углерода .в железном расплаве снижаетс , а-температура ванны повьииаетс . Так, если 410 температура ванны 1450С и содержание углерода 0,05%, то производство продолжаетс . Снижение содержани  углерода в ванне до 0,04% и повьниение температуры ванны до 1470с приводит к застыванию железного расплава . Опыт прекращают. Пример 3 (сравнительный), В железном расплаве подвергают реакции т желое масло, согласно примеру 1, в количестве 50 т/ч с 37 000 нм/ч кислорода. При этом содержание углерода расплава 4,1%. Температура ванны 1300°С. Получаемый газ имеет следующий состав, %: СО 76, Hg 24. Загр знени  состо т предпочтительно из Сс1жи. Режим работы реактора следует изменить по истечении 5 ч, так как отложени  сажи в отвод щих газ трубах, в частности в клапанах, измерительных инструментах и шиберах, привод т к недопустимым нагрузкам. Из приведенных сравнительных примеров станов тс  очевидными существенные преимущества предлагаемого способа и необходимость поддержани  содержани  железного расплава 0,05 и 4 вес.%. При проведении предлагаемого способа получают очень чистые восстановительные газы с общим количеством загр знений 0,5%. При содержании углерода ниже 0,05% невозможно производство чистых восстановительных газов, и железный расплав застывает. При содержании углерода выше 4 вес.% также образуютс  сильно загр зненные газы, содержащие предпочтительно высокое количество сажи. Формула изобретени  1.Способ получени  водорода и окиси углерода из углеводородов, включающий взаимодействие углеводородов с кислородом или кислородсодержащим газом в железном расплаве при подаче реагентов в реакционную камеру ниже уровн  расплава, .отличающийс  тем, что, с целью повышени  выхода получаемых газов, реагенты подают одновременно в одну реакционную камеру и процесс провод т в присутствии 0,05-4% углерода от веса железного расплава.
2. 2.Способ по п. 1, отличаю щ и и с   тем, что к железному расплаву добавл ют алюминий, кремний, несв занный углерод и карбид кальци . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Франци , патент № 2186524, кл. С 10 L 3/00, 1974.

   15

   П

   16