WO2014027985A1 - Горелка для получения ацетилена - Google Patents

Горелка для получения ацетилена Download PDF

Info

Publication number
WO2014027985A1
WO2014027985A1 PCT/UA2013/000049 UA2013000049W WO2014027985A1 WO 2014027985 A1 WO2014027985 A1 WO 2014027985A1 UA 2013000049 W UA2013000049 W UA 2013000049W WO 2014027985 A1 WO2014027985 A1 WO 2014027985A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
channels
gas
supplying
burner
oxygen
Prior art date
Application number
PCT/UA2013/000049
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Леван Шалвович АРТИЛАКВА
Леонид Владимирович ПАНАСОВСКИЙ
Роман Васильевич КИСЕЛЁВ
Антон Владимирович АГАФОНОВ
Original Assignee
Северодонецкая Научно-Производственная Фирма "Химмаш Компрессор-Сервис"- Общество С Ограниченной Ответственностью
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Северодонецкая Научно-Производственная Фирма "Химмаш Компрессор-Сервис"- Общество С Ограниченной Ответственностью filed Critical Северодонецкая Научно-Производственная Фирма "Химмаш Компрессор-Сервис"- Общество С Ограниченной Ответственностью
Publication of WO2014027985A1 publication Critical patent/WO2014027985A1/ru

Links

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
    • C07C2/82—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by condensation of hydrocarbons with partial elimination of hydrogen oxidative coupling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C11/00—Aliphatic unsaturated hydrocarbons
    • C07C11/22—Aliphatic unsaturated hydrocarbons containing carbon-to-carbon triple bonds
    • C07C11/24—Acetylene
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G9/00—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C10G9/34—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils by direct contact with inert preheated fluids, e.g. with molten metals or salts
    • C10G9/36—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils by direct contact with inert preheated fluids, e.g. with molten metals or salts with heated gases or vapours
    • C10G9/38—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils by direct contact with inert preheated fluids, e.g. with molten metals or salts with heated gases or vapours produced by partial combustion of the material to be cracked or by combustion of another hydrocarbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/02—Compositions containing acetylene
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • F23D14/24—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other at least one of the fluids being submitted to a swirling motion

Definitions

  • the present invention relates to the production of acetylene by thermal oxidative pyrolysis of hydrocarbons and can be used in the field of chemistry in reactors for the production of acetylene as a guide and gas distribution device for burners.
  • the known (1) burner device for producing acetylene by thermo-oxidative pyrolysis of methane includes a number of tubes serving for supplying a methane-oxygen mixture and stabilizing oxygen.
  • the tubes have an ellipsoidal section, are curved along a helical line and are made with a ratio of the major axis of the ellipsoidal section to its minor axis, equal to 3-4, and the ratio of the cross section of the burner body to the cross section of all ellipsoidal tubes is 4-10. Bending along the helix is performed in increments of 1.0-1.6 m.
  • Tubes for supplying a methane-oxygen mixture are located in the burner body in concentric rows - outer and inner - and are placed between the tubes for supplying stabilizing oxygen.
  • a methane-oxygen mixture is supplied through one tube, which is twisted, and stabilizing oxygen is supplied through the other tubes.
  • Known burner device is characterized by a short service life and insufficiently high productivity.
  • the resource of his work is in the range of 720-2160 hours, due to the destruction of the stabilizing oxygen supply tubes in the weld zone of the connection with the bottom plate of the burner body.
  • the destruction of the tubes is due to their uneven thermal expansion due to the different lengths of the tubes.
  • the closest in technical essence and the achieved result to the claimed invention is a burner for producing acetylene by thermooxidative pyrolysis of methane containing a gas distribution unit with channels for supplying a gas mixture and channels for supplying stabilizing oxygen connected to a collector for supplying stabilizing oxygen.
  • the burner is equipped with a pipe for supplying the initial gas mixture, pipes for supplying stabilizing oxygen and pipes for the input of cooling water and its output.
  • Figure 1/12 shows a longitudinal section of the burner
  • Figure 2/12 shows a top view of A of Figure 12
  • FIG. 3/12 - a view of the burner B from the bottom is shown
  • Figure 4/12 shows the nature of the flow of the gas mixture (gas channels are shown conditionally);
  • Figure 5/12 shows a triangle of gas flow velocities at point A
  • Fig.6 / 12 shows a diagram for calculating thermal deformations.
  • the block gas distribution device 1 is made in the form of concentrically mounted three cylindrical blocks 2-4, in annular channels (spaces) between which swirlers 5-6 are placed.
  • blocks 2-4 are located external 7 and internal 8 collectors for supplying stabilizing oxygen, and collectors 9,10, 1 1 for the circulation of cooling water.
  • the upper part of the gas distribution device is made in the form of a conical element 12 with a conical generatrix (Fig. 1/12).
  • the entrances to the gas channels have sharp edges of the inlet section.
  • the swirls 5-6 have an inclination angle of not more than 45 ° and are equipped with channels in the form of tubes for supplying stabilizing oxygen and channels in the form of tubes for supplying cooling water.
  • the methane-oxygen mixture entering the pipe is distributed along the annular channels (spaces) and, meeting 5-6 swirlers on its way, is twisted, then it passes into the reaction zone and the combustion zone in the form of swirling flows.
  • Stabilizing oxygen coming through the inlet pipes through collectors 7-8 and channels made in the form of tubes 13-15 enters the reaction zone.
  • Cooling water through the inlet pipes and collectors 9-1 1 is supplied to cool the end part of the outdoor unit and indoor units 3.4 and to cool swirls 5.6.
  • the velocity triangle at point A has the form shown in Fig. 5/12, where: the stall angle of the flow from the cone is a, COQ is the flow velocity in the cross section of the pipe supplying the gas stream; ⁇ ⁇ is the velocity of the ripped flow from the cone; & ) p ⁇ the resulting velocity at the entrance to the swirl.
  • the gas flow remote from the axis, makes an embarrassing transition in swirls 5.6 with an angle of confusion of 180 °. This is the most unfavorable transition of the gas stream.
  • the velocity diagram in the cross section of the swirler has a sawtooth shape.
  • the well-known burner - the prototype has a large hydraulic resistance, a pulsating, turbulent unstable (Re ⁇ Var) gas stream at the outlet of the swirls, which in turn leads to unstable combustion of the gas mixture and reduces acetylene productivity.
  • the famous burner is a prototype, has a very short service life, in the range of 720-2160 hours, due to the destruction of the tubes 13-15 supply stabilizing oxygen in the weld zone of the connection with the bottom plate.
  • Fig. 6/12 shows: a cylindrical block 2, swirls 5, 6, supply channels of stabilizing oxygen in the form of tubes 14, 15 with 0 12x2.5 and their fastening to the bottom plate of block 2 with a weld seam N ° 24.
  • the frame structure which includes the upper, lower plates and the shell, is rigid.
  • KhN32T steel The terms and conventions used in the calculation and the mechanical properties of KhN32T steel are given in the information source (4).
  • the basis of the invention is the task of improving the design of the burner for the production of acetylene, in which by changing the form of the gas distribution unit as a whole, as well as the form of its individual elements - the upper part of the block, channels for supplying the gas mixture and stabilizing oxygen, as well as the stabilizing oxygen supply manifold, changing the shape of the relationship of these elements in the gas distribution unit, it is possible to:
  • the gas distribution unit is made as a single unit, in which instead of oxygen supply pipes channels are arranged in the form appropriate drilling and boring, eliminates the difference ⁇ lengths of elements subjected to thermal elongations, and, therefore, completely eliminate thermal stresses, which in the burners of analogue 1 and prototype 2 lead to the destruction of the oxygen supply tubes.
  • the gas distribution device is made in the form combined guide gas distribution monoblock with channels completely intact in it for supplying gas with esi stabilizing oxygen supply and the collector of the stabilizing oxygen;
  • the upper part of the gas distribution monoblock is made in the form of a cone with a generatrix having the shape of a cycloid (brachistochrons);
  • the technical result of the invention is to significantly increase the life of the burner and its performance.
  • the proposed burner is a monoblock collectively directing and distributing the source gas stream and the stabilizing oxygen stream into the reaction zone and the combustion zone through separate channels.
  • the monoblock is made with channels for supplying the gas mixture integrally milled in it and channels for supplying the stabilizing oxygen, connected to the integrally milled collector for supplying the stabilizing oxygen.
  • the upper part of the monoblock, to reduce the drag of the gas flow, is made in the form of a cone with a generatrix having the shape of a cycloid (brachistochron).
  • the cone generatrix is constructed from the calculated points of the cycloid (brachistochron), followed by interpolation with discreteness along the X-axis, 0.01 mm. This allows you to get a smooth curve with minimal drag values.
  • the narrowing section of the gas channel is a smooth collector outlined along the arc of the lemniscate, which, combined with a narrowing angle, can significantly reduce the drag coefficient.
  • Fo is the area of the gas channel.
  • FIG. 12/12 The stably turbulent nature of the gas flow in the gas channels is illustrated in FIG. 12/12.
  • the velocity diagram over the cross section of the gas channel has the form of a monotonically increasing one from the channel wall to the flow axis.
  • Fig.7 / 12 shows the burner: front view (Fig.7 / 12) and a top view of Fig.8 / 12;
  • FIG. 9/12 shows a longitudinal section of a burner installed in a water cooling jacket and connected to stabilizing oxygen supply pipelines;
  • FIG. 10/12 shows a top view A of FIG. 9/12;
  • FIG. 1 1/12 shows a bottom view B of FIG. 9/12;
  • the proposed burner shown in Fig.7 / 12-12 / 12 includes: a gas distribution device, made in the form of a monoblock 1 collectively directing and distributing the source gas stream and the stabilizing oxygen stream into the reaction zone and the combustion zone in separate channels;
  • channels 2 for supplying a gas mixture
  • channels 3 for supplying a stabilizing oxygen, wholly milled in a monoblock 1;
  • a fully milled stabilizing oxygen supply manifold made in the form of three sections: central 4, internal 5 and external 6.
  • the upper part 7 of the gas distribution monoblock 1 is made in the form of a cone with a generatrix having the shape of a cycloid (brachistochron) (See Fig 7 / 12-9 / 12).
  • the stabilizing oxygen supply channels 3 are made in the form of: central, straight and oblique (See Fig. 7/12, 9/12).
  • FIG. 9 / 12-12 / 12 also shown:
  • the gas distribution monoblock 1 is installed in the water cooling jacket 14.
  • a methane-oxygen mixture is supplied through channels 2, and stabilizing oxygen is supplied through channels 3 through a central 4, an internal 5, and an external 6 collector.
  • Methane-oxygen mixture and stabilizing oxygen through the channels of the gas mixture 2 and the channels of the stabilizing oxygen 3 fall into the reaction zone and the combustion zone.
  • Acetylene and other combustion products from the reaction zone are sent to the acetylene recovery system.
  • GOST 5632-7 “High-alloy steels and alloys corrosion-resistant, heat-resistant and heat-resistant.” Stamps.
  • GOST R52857.1-2007 “Vessels and apparatuses. Standards and methods for calculating strength. General requirements”.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Incineration Of Waste (AREA)
  • Air Supply (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

Горелка для получения ацетилена методом термоокислительного пиролиза метана, содержит блочное газораспределительное устройство с каналами для подачи газовой смеси и каналами для подачи стабилизирующего кислорода, соединёнными с коллектором подачи стабилизирующего кислорода. Новым в изобретении является то, что газораспределительное устройство выполнено в виде совокупно направляющего газораспределительного моноблока с цельно выфрезированными в нём каналами для подачи газовой смеси, стабилизирующего кислорода и коллектора подачи стабилизирующего кислорода. Верхняя часть газораспределительного моноблока выполнена в виде конуса с образующей, имеющей форму циклоиды (брахистохроны); а входы в газовые каналы выполнены в форме плавно сужающихся участков с переходом от трапециодального сечения в трапециодальное с углом сужения а = 40-60°. Технический результат предлагаемого изобретения заключается в существенном увеличении ресурса работы горелки и её производительности.

Description

ГОРЕЛКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЦЕТИЛЕНА
Предлагаемое изобретение относится к производству ацетилена термоокислительным пиролизом углеводородов и может быть использовано в области химии в реакторах для производства ацетилена в качестве направляющего и газораспределительного устройства горелок.
Известное (1) горелочное устройство для получения ацетилена термоокислительным пиролизом метана включает ряд трубок служащих для подвода метанокислородной смеси и стабилизирующего кислорода. Трубки имеют эллипсовидное сечение, изогнуты по винтовой линии и выполнены с отношением большой оси эллипсовидного сечения к малой его оси, равным 3-4, а отношение сечения корпуса горелки к сечению всех эллипсовидных трубок равно 4-10. Изгиб по винтовой линии выполнен с шагом 1,0- 1 ,6м. Трубки для подвода метанокислородной смеси расположены в корпусе горелки концентрическими рядами - наружным и внутренним - и размещены между трубками для подвода стабилизирующего кислорода.
При работе горелки по одним трубкам подают метанокислородную смесь, которая при этом закручивается , а по другим трубкам подают стабилизирующий кислород.
Известное горелочное устройство характеризуется коротким ресурсом работы и недостаточно высокой производительностью. Ресурс его работы находится в диапазоне 720-2160 часов, из-за разрушения трубок подачи стабилизирующего кислорода в зоне сварных швов соединения с нижней плитой корпуса горелки. Данные разрушения трубок происходят из-за их неравномерного теплового расширения обусловленного различной длиной трубок.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является горелка для получения ацетилена методом термоокислительного пиролиза метана, содержащая блочное газораспределительное устройство с каналами для подачи газовой смеси и каналами для подачи стабилизирующего кислорода, соединёнными с коллектором подачи стабилизирующего кислорода. (Прототип). Горелка снабжена трубой для подачи исходной газовой смеси, трубами для подачи стабилизирующего кислорода и трубами для входа охлаждающей воды и её выхода.
Известная горелка - прототип показана на Фиг.1 / 12 - 6/ 12.
На Фиг.1/12 показан продольный разрез горелки;
На Фиг.2/12 показан вид А сверху Фиг.1/12;
На Фиг. 3/12 - показан вид Б горелки снизу Фиг.1/12;
На Фиг.4/12 - показан характер потока газовой смеси (газовые каналы показаны условно);
На Фиг.5/12 - показан треугольник скоростей газового потока в точке А;
На Фиг.6/12 - показана схема для расчёта тепловых деформаций.
Представленное на Фиг.1/12-3/12, блочное газораспределительное устройство 1 выполнено в виде концентрично установленных трёх цилиндрических блоков 2-4, в кольцевых каналах (пространствах) между которыми размещены завихрители 5-6. В блоках 2-4 расположены внешний 7 и внутренний 8 коллекторы для подачи стабилизирующего кислорода, и коллекторы 9,10, 1 1 для циркуляции охлаждающей воды.
Верхняя часть газораспределительного устройства выполнена в виде конического элемента 12 с конической образующей (Фиг.1/12).
Входы в газовые каналы (кольцевые пространства) имеют острые кромки входного сечения.
Во внутренних блоках 3 и 4 расположены, выполненные в виде трубок 13-15, прямые и косые каналы для подачи стабилизирующего кислорода, и каналы для подачи охлаждающей воды.
Завихрители 5-6 имеют угол наклона не более 45° и снабжены каналами в виде трубок для подачи стабилизирующего кислорода и каналами в виде трубок для подачи охлаждающей воды.
При работе горелки поступающая по трубе метанокислородная смесь распределяется по кольцевым каналам (пространствам) и, встречая на своём пути завихрители 5-6, закручивается, далее в виде закрученных потоков проходит в реакционную зону и зону горения. Поступающий по входным трубам стабилизирующий кислород через коллекторы 7-8 и каналы, выполненные в виде трубок 13-15, поступает в реакционную зону. Охлаждающая вода по входным трубам и коллекторам 9-1 1 поступает на охлаждение торцевой части наружного блока и внутренних блоков 3,4 и на охлаждение завихрителей 5,6.
Недостатками данной конструкции являются:
1.Значительные газодинамические потери обусловленные неорганизованным конфузным сечением газа при входе в завихрителях 5,6 и при обтекании центрального конического элемента 12. (См. Фиг.4/12).
Поток газа, движущийся со скоростью ω с = 50м /сек, встречает на своём пути конический элемент 12 и обтекая его коническую образующую, меняет направление своего движения на движение по углу конуса. Данное обстоятельство приводит:
- к срыву потока с образующей конуса;
- к образованию вихревой зоны под куполом сорванного потока;
- к частичной потере кинетической энергии потока за счёт потерь при трении по поверхности конуса и перехода части кинетической энергии в потенциальную от торможения. Согласно расчётам данные потери составляют 10- 12% начальной кинетической энергии потока. На Фиг.4/12 показан характер потока газовой смеси (газовые каналы показаны условно).
Треугольник скоростей в точке А имеет вид показанный на Фиг.5/12, где указаны: угол срыва потока с конуса - a, COQ - скорость потока в сечении подающего газовый поток трубы; СО^ - скорость сорванного потока с конуса; &)р~ результирующая скорость на входе в завихритель.
То есть имеет место изменение направления потока и снижение его скорости.
Поток газа, удалённый от оси, совершает конфузный переход в завихрители 5,6 с углом конфузности 180°. Это самый неблагоприятный переход газового потока.
Резкое изменение площадей проходных сечений от подающего патрубка Fp =
12
0,083 м2 до суммарной площади каналов ^ Fm = 0,03189 л* 2 приводит коэффициент
/ = 1
конфузности до следующего значения
Fn
К = -й*— = 2,6Ъ \ . .
/ = 1 При входе газовой смеси в канал с острыми кромками входного сечения, поток по инерции отрывается вблизи входа от внутренней поверхности. Этот отрыв потока и вызванное им вихреобразование влечёт за собой уменьшение поперечного сечения (сжатия) струи. Для прямого входного канала с острыми кромками коэффициент заполнения сечения
Fc
ε =—„ в случае Re > 104 равен 0,5, где: Fc - площадь струи, Fo - площадь канала.
При этом достигается значение коэффициента гидравлического сопротивления^ = 0,5 (3).
Наличие зон срыва потока, а также внезапное сужение потоков с углом конфузности 180°, приводит к нестабильно турбулентному истечению газовой смеси из завихрителей. Эпюра скоростей в сечении завихрителя имеет пилообразную форму.
Из вышеперечисленного следует: известная горелка - прототип имеет большое гидравлическое сопротивление, пульсирующий, турбулентно нестабильный (Re ~ Var) газовый поток на выходе из завихрителей, что в свою очередь приводит к нестабильному горению газовой смеси и снижает производительность по ацетилену.
2.Известная горелка - прототип, имеет очень короткий ресурс работы, в диапазоне 720-2160 часов, из-за разрушения трубок 13-15 подачи стабилизирующего кислорода в зоне сварных швов соединения с нижней плитой.
На Фиг.6/12 показаны: цилиндрический блок 2, завихрители 5, 6, каналы подачи стабилизирующего кислорода в виде трубок 14, 15 с 0 12x2,5 и их крепление к нижней плите блока 2 сварным швом N° 24.
Данные разрушения трубок происходят ввиду концентрации закритических напряжений, возникающих в зоне разрыва, из-за неравномерного теплового расширения завихрителей и трубок подачи стабилизирующего кислорода. Неравномерность тепловых расширений происходит из-за разности длин вышеуказанных элементов, что подтверждается прочностным расчётом элементов конструкции горелки:
Исходные данные: Температура по завихрителям в рубашке в трубках
рабочей среды, °С 650 35+60 30
Среда СН4 +02 Н20 02
Материал 12Х18Н10Т ХН32Т ХН32Т
В процессе эксплуатации горелки происходит разрушение сварного шва No24 ( См. Фиг. 6/12 ) из-за различных тепловых удлинений завихрителей поз. 5, 6 и трубок стабилизирующего кислорода поз. 14, 15.
Для определения напряжений, возникающих в области сварного шва, условно принимаем, что конструкция каркаса, включающего в себя верхнюю, нижнюю плиты и обечайку, жесткая.
Термины и условные обозначения, используемые в расчете и механические свойства стали ХН32Т приведены в источнике информации ( 4 ).
Модуль продольной упругости при расчетной температуре
Е = 2,05 - 105МПа
Коэффициент линейного расширения при расчетной температуре а = 18,6 - 10'6 ^с
Предел прочности при расчетной температуре <7 = 390МПа
Длина завихрителей LI=0,166M
Длина трубки
Figure imgf000007_0001
Температура сборки tc= 20°С
Температура расчетная tp= 650° С
1. Тепловое расширение завихрителей поз. 5 и 6
AL, = a (tp - tc ) · L, = 18,6 · 10"6(650 - 20) · 0,166 = 0,00195м
2. Тепловое расширение трубок поз. 14 и 15
AL2 = a (tp - tc ) · L2 = 18,6 · 10"6 (650 - 20) · 0,079 - 0,000926л
3. Разность тепловых расширений AL, и AL2
AL, - AL2 = 0,00195 - 0,000926 = 0,001024м
Конструкция горелки не является жесткой, а имеет определенную податливость нижней плиты и коллектора стабилизирующего кислорода, замеренную экспериментально и составляющую 0,87мм=0,00087м. Поэтому разность тепловых расширений с учетом податливости элементов конструкции горелки
AL = 0,001024 - 0,00087 = 0,000154м = 1,54 · 10"4 м
4. Напряжения, возникающие в трубках и сварном шве в результате тепловых деформаций
AL - E 1,54 - 10"4 - 2,05 - 105 ™Л лятг
σ = = - - = = 404,7МПа > 390 МПа,
L2 0,079
что больше предела прочности
вр
и приводит к неработоспособности горелки (5,6).
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования конструкции горелки для производства ацетилена, в которой путём изменения формы выполнения газораспределительного блока в целом а также формы выполнения отдельных его элементов - верхней части блока, каналов для подачи газовой смеси и стабилизирующего кислорода, а также коллектора подачи стабилизирующего кислорода, изменения формы взаимосвязи этих элементов в газораспределительном блоке, обеспечивается возможность:
- увеличения суммарной площади каналов газового потока: с 0,03189 м2до 0,050 м2, что позволяет снизить коэффициент конфузности газового потока с 2,601 до 1,66 и приводит к снижению потерь начальной кинетической энергии газового потока;
- существенного, в 4,17 раза, снижения гидравлического сопротивления с 0,5 до 0,12;
- исключения тепловых напряжений, которые в горелке-прототипе и аналоге 1 приводят к разрушению трубок подачи кислорода и неработоспособности горелки; - достижения стабильно турбулентного течения газа в каналах: Re = const. Эпюра скоростей по сечению газового канала имеет вид монотонно возрастающей от стенки канала к оси потока;
- достижения стабильного горения газовой смеси;
- повышения производительности горелки по ацетилену.
- существенного увеличения ресурса работы горелки за счёт исключения тепловых напряжений. То обстоятельство, что газораспределительный блок выполнен единым блоком, в котором вместо трубок подачи кислорода организованы каналы в виде соответствующих сверлений и расточек, позволяет исключить разность · длин элементов, подвергаемых тепловым удлинениям, и, следовательно, полностью исключить тепловые напряжения, которые в горелках аналога 1 и прототипа 2 приводят к разрушению трубок подачи кислорода.
Поставленная задача решается тем, что в известной горелке для получения ацетилена методом термоокислительного пиролиза метана, содержащей блочное газораспределительное устройство с каналами для подачи газовой смеси и каналами для подачи стабилизирующего кислорода, соединёнными с коллектором подачи стабилизирующего кислорода, согласно предлагаемому изобретению, газораспределительное устройство выполнено в виде совокупно направляющего газораспределительного моноблока с цельно выфрезированными в нём каналами для подачи газовой смеси, стабилизирующего кислорода и коллектора подачи стабилизирующего кислорода; верхняя часть газораспределительного моноблока выполнена в виде конуса с образующей, имеющей форму циклоиды (брахистохроны); а входы в газовые каналы выполнены в форме плавно сужающихся участков с переходом от трапециодального сечения в трапециодальное с углом сужения а = 40°- 60°.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в существенном увеличении ресурса работы горелки и её производительности.
Предлагаемая горелка представляет собой моноблок совокупно направляющий и распределяющий по отдельным каналам исходный газовый поток и поток стабилизирующего кислорода в реакционную зону и зону горения.
Моноблок выполнен с цельно выфрезированными в нём каналами для подачи газовой смеси и каналами для подачи стабилизирующего кислорода, соединёнными с цельно выфрезированным коллектором для подачи стабилизирующего кислорода.
Верхняя часть моноблока, для уменьшения лобового сопротивления газового потока, выполнена в виде конуса с образующей, имеющей форму циклоиды (брахистохроны). Образующая конуса построена по расчётным точкам циклоиды (брахистохроны) с последующей интерполяцией с дискретностью по оси Х- 0,01мм. Это позволяет получить плавную кривую с минимальными значениями лобового сопротивления. Входы в газовые каналы выполнены в форме плавно сужающихся участков с переходом от трапециодального сечения в трапециодальное с углом сужения a = 40°-60°. При этом суммарная площадь каналов подачи газового
Figure imgf000010_0001
потока увеличивается с 0,03189 до 0,050м2
При одной и той же, как в прототипе площади проходного сечения подающей газовый поток трубы равной Fp = 0,083 м2 , коэффициент конфузности снижается с 2,601 до 1,66:
FP
К = 1^- = 1,66 =1
Сужающий участок газового канала представляет собой плавный коллектор, очерченный по дуге лемнискаты, что в сочетании с углом сужения позволяет значительно уменьшить коэ ициент сопротивления. В предлагаемой конструкции:
Figure imgf000010_0002
Где: р0, р0' полное давление соответственно перед входом в коллектор и на выходе из него; ω0 - с корость в подающем патрубке;
со скорость в тазовом канале;
Fo - площадь газового канала.
Решая это уравнение для предлагаемой горелки получаем коэффициент гидравлического сопротивления равный 0, 12, что в 4, 17 раз меньше, чем в горелке - прототипе.
Стабильно турбулентный характер течения газа в газовых каналах проиллюстрирован на Фиг. 12/12.
Эпюра скоростей по сечению газового канала имеет вид монотонно возрастающей от стенки канала к оси потока.
Предлагаемая конструкция горелки поясняется чертежом: Фиг. 7/12-12/12.
На Фиг.7/12, 8/12 показана горелка:вид спереди (Фиг.7/12) и вид сверху Фиг.8/12;
На Фиг.9/12 показан продольный разрез горелки, установленной в водяную охлаждающую рубашку и подсоединённой к трубопроводам подачи стабилизирующего кислорода; На Фиг. 10/12 показан вид А сверху Фиг.9/12;
На Фиг.1 1/12 показан вид Б снизу Фиг. 9/12;
На Фиг.12/12 показан стабильно турбулентный характер течения газа в газовых каналах. Предлагаемая горелка, показанная на Фиг.7/12-12/12 включает: - газораспределительное устройство, выполненное в виде моноблока 1 совокупно направляющего и распределяющего по отдельным каналам исходный газовый поток и поток стабилизирующего кислорода в реакционную зону и зону горения;
- цельно выфрезированные в моноблоке 1 каналы 2 для подачи газовой смеси, каналы 3 для подачи стабилизирующего кислорода;
цельно выфрезированный коллектор подачи стабилизирующего кислорода, выполненный в виде трёх участков: центрального 4, внутреннего 5 и внешнего 6.
Верхняя часть 7 газораспределительного моноблока 1 , выполнена в виде конуса с образующей, имеющей форму циклоиды (брахистохроны) ( См. Фиг 7/12-9/12 ).
Входы в газовые каналы 2 выполнены в форме плавно сужающихся участков с переходом от трапециодального сечения в трапециодальное с углом сужения а = 40-60°
Каналы 3 подачи стабилизирующего кислорода выполнены в виде: центрального, прямых и косых (См. Фиг.7/12, 9/12).
На чертеже - Фиг. 9/12-12/12, также показаны:
вход 8 стабилизирующего кислорода в центральный коллектор 4, внутренний коллектор 5 и внешний коллектор 6;
выход 9 стабилизирующего кислорода из центрального канала 3;
выход 10 стабилизирующего кислорода из прямых каналов 3 внутреннего коллектора;
выход 1 1 стабилизирующего кислорода из косых каналов;
вход 12 умягчённой воды на охлаждение горелки;
выход 13 умягчённой воды из горелки.
Газораспределительный моноблок 1 установлен в водяную охлаждающую рубашку 14. ,
Перед работой горелки в рубашку 14 подают умягчённую воду.
При работе горелки по каналам 2 подают метанокислородную смесь, а по каналам 3 через центральный 4, внутренний 5, и внешний 6 коллекторы подают стабилизирующий кислород. Метанокислородная смесь и стабилизирующий кислород через каналы газовой смеси 2 и каналы стабилизирующего кислорода 3 попадают в реакционную зону и зону горения. Ацетилен и другие продукты горения из реакционной зоны направляют в систему выделения ацетилена.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе заявки:
1. СССР, А.С. JV2 488793, С07С 1 1/24, С07С 3/28, F23D 13/40, опубл. 25.02.76.
2. СССР, А.С. N_ 292364, B01J 1/00, опубл. 08.06.78. (Прототип).
3. И.Е. Идельчик.„Справочник по гидравлическим сопротивлениям", Москва,„Машиностроение", 1992г, Глава 3- 1-3, с.1 14.
4. Марочник сталей и сплавов, Зубченко А.С, Москва, ^Машиностроение" 2003г.
5. ГОСТ 5632-7 „Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные". Марки.
6. ГОСТ Р52857.1-2007 „Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчёта на прочность. Общие требования".

Claims

Формула изобретения
Горелка для получения ацетилена методом термоокислительного пиролиза метана, содержащая блочное газораспределительное устройство с каналами для подачи газовой смеси и каналами для подачи стабилизирующего кислорода, соединёнными с коллектором подачи стабилизирующего кислорода, отличающаяся тем, что газораспределительное устройство выполнено в виде совокупно направляющего газораспределительного моноблока с цельно выфрезированными в нём каналами для подачи газовой смеси, стабилизирующего кислорода и коллектором для подачи стабилизирующего кислорода; верхняя часть газораспределительного моноблока выполнена в виде конуса с образующей, имеющей форму циклоиды (брахистохроны); входы в газовые каналы выполнены в форме плавно сужающихся участков с переходом от трапециодального сечения в трапециодальное с углом сужения а 40-60°
PCT/UA2013/000049 2012-08-16 2013-05-07 Горелка для получения ацетилена WO2014027985A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA201209904 2012-08-16
UAA201209904A UA101134C2 (ru) 2012-08-16 2012-08-16 Горелка для получения ацетилена конструкции артилаква-панасовского

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014027985A1 true WO2014027985A1 (ru) 2014-02-20

Family

ID=50101356

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2013/000049 WO2014027985A1 (ru) 2012-08-16 2013-05-07 Горелка для получения ацетилена

Country Status (4)

Country Link
GR (1) GR1008269B (ru)
RU (1) RU2520789C2 (ru)
UA (1) UA101134C2 (ru)
WO (1) WO2014027985A1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GR20130100453A (el) * 2012-08-16 2014-03-17 Επιστημονικη Παραγωγικη Επιχειρηση Της Σεβεροντονετσκ "Χιμμας Κομπρεσσορ-Σερβις" Εταιρεια Περιορισμενης Ευθυνης Επε, Καυστηρας για παραγωγη ασετυλινης
US11020719B2 (en) 2018-03-07 2021-06-01 Sabic Global Technologies B.V. Method and reactor for pyrolysis conversion of hydrocarbon gases
US11123705B1 (en) 2018-10-23 2021-09-21 Sabic Global Technologies B.V. Method and reactor for conversion of hydrocarbons

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU292364A1 (ru) * 1968-01-22 1978-07-25 Shevchuk V U Горелка дл получени ацетилена
SU710609A1 (ru) * 1976-01-04 1980-01-25 Предприятие П/Я А-7372 Горелка дл получени ацетилена
US20110016790A1 (en) * 2008-03-05 2011-01-27 Basf Se Process and apparatus for thermal partial oxidation of hydrocarbons

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2765358A (en) * 1953-04-16 1956-10-02 Hydrocarbon Research Inc Production of acetylene and reactor therefor
US3551512A (en) * 1968-11-01 1970-12-29 Diamond Shamrock Corp Pressure process for preparing acetylene
GB1482975A (en) * 1975-06-05 1977-08-17 Zelizny A Reactor for use in the production of acetylene from hydrocarbons
UA101134C2 (ru) * 2012-08-16 2013-02-25 Северодонецкая Научно-Производственная Фирма "Химмаш Компрессор-Сервис" Общество С Ограниченной Ответственностью Горелка для получения ацетилена конструкции артилаква-панасовского

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU292364A1 (ru) * 1968-01-22 1978-07-25 Shevchuk V U Горелка дл получени ацетилена
SU710609A1 (ru) * 1976-01-04 1980-01-25 Предприятие П/Я А-7372 Горелка дл получени ацетилена
US20110016790A1 (en) * 2008-03-05 2011-01-27 Basf Se Process and apparatus for thermal partial oxidation of hydrocarbons

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GR20130100453A (el) * 2012-08-16 2014-03-17 Επιστημονικη Παραγωγικη Επιχειρηση Της Σεβεροντονετσκ "Χιμμας Κομπρεσσορ-Σερβις" Εταιρεια Περιορισμενης Ευθυνης Επε, Καυστηρας για παραγωγη ασετυλινης
US11020719B2 (en) 2018-03-07 2021-06-01 Sabic Global Technologies B.V. Method and reactor for pyrolysis conversion of hydrocarbon gases
US11826749B2 (en) 2018-03-07 2023-11-28 Sabic Global Technologies B.V. Reactor for pyrolysis conversion of hydrocarbon gases
US11123705B1 (en) 2018-10-23 2021-09-21 Sabic Global Technologies B.V. Method and reactor for conversion of hydrocarbons

Also Published As

Publication number Publication date
GR1008269B (el) 2014-08-05
UA101134C2 (ru) 2013-02-25
RU2520789C2 (ru) 2014-06-27
GR20130100453A (el) 2014-03-17
RU2012142345A (ru) 2014-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2828730T3 (es) Reactor tubular de polietileno de baja densidad (LDPE) para inyección de iniciador de peróxido
CN105132038B (zh) 一种改进型水煤浆工艺烧嘴
WO2014027985A1 (ru) Горелка для получения ацетилена
CN105181290B (zh) 一种用于燃气流风洞的高温喷管
CN107965354B (zh) 一种汽轮机均匀进汽/补汽装置
CN105985808A (zh) 一种气化烧嘴和气化炉
WO2010110691A1 (ru) Лопаточный реактор для пиролиза углеводородов
CN104854405B (zh) 燃烧器喷尖和燃烧器
CN107255087A (zh) 一种工作喷嘴可移动的引射器装置
CN104828779A (zh) 副产高压蒸汽的氯化氢合成装置及其合成工艺
CN200999253Y (zh) 超音速水冷氧枪
CN205965280U (zh) 一种管道式粗分离器
CA2668468C (en) Collecting main for tubular cracking furnaces
KR20220098225A (ko) 유동층 반응기, 열 제거 배수관 및 이의 아크릴로니트릴 생산에의 적용
CN209161972U (zh) 耐高压烧嘴头
CN204455025U (zh) 组合式粉煤烧嘴
CN212409425U (zh) 四氯化钛吸入器
CN202328154U (zh) 新型超临界旋流燃烧器喷口管屏装置
CN208900038U (zh) 一种气体钻井排砂管弯管接头
CN210346361U (zh) 一种矿热炉底部环用冷却水管
JPS62258924A (ja) 燃焼炉用ノズル装置
CN107643007B (zh) 高炉煤气换热器中的换热管机构
CN205024175U (zh) 一种改进型水煤浆工艺烧嘴
CN108137320B (zh) 用于生产气体混合物的新型燃烧装置
CN205146015U (zh) 一种混合均匀的阶梯型文丘里混合器

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13829160

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13829160

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1