РЕАКТОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЦЕТИЛЕНА ИЗ УГЛЕВОДОРОДОВ Российский патент 1997 года по МПК B01J7/02 

Изобретение относится к реакторам для производства ацетилена из углеводородов путем неполного горения углеводородов и кислорода.

Наиболее эффективно оно может быть использовано в нефтехимической промышленности.

Известен реактор [1] состоящий из смесителя, газораспределителя, реакционного пространства, на выходе из реакционного пространства установлены форсунки для подачи воды на закалку.

Газораспределитель состоит из большого числа трубок или каналов, в которые вмонтированы направляющие устройства, создающие спиральный поток горючего газа. Газораспределитель может быть выполнен из металла или керамического материала.

Форсунки закалочного устройства для подачи воды на охлаждение газов пиролиза обеспечивают быстрое охлаждение реакционных газов с 1450 до 100^oC.

Однако в этом реакторе имеют место высокие потери тепла из реакционной зоны в сторону закалки и в результате этого понижается содержание ацетилена в газах пиролиза и его выход.

Наиболее близким к заявленному устройству является реактор для получения ацетилена [2] содержащий смеситель, горелку, футерованную камеру реакции с закалочной камерой в нижней части.

Однако в этом реакторе имеет место значительная потеря тепла, особенно в зону закалки, что приводит к понижению содержания ацетилена в газах пиролиза и понижению его выхода, а также потеря тепла реакционных газов.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение выхода ацетилена за счет использования тепла реакционных газов, который достигается тем, что в реакторе для получения ацетилена из углеводородов, содержащем смеситель, горелки, футерованную камеру реакции с закалочной камерой в нижней части, закалочная камера образована установленной соосно реактору охлаждаемой втулкой и размещенным по ее оси трубчатым рассекателем потока с форсунками в верхней части, причем соотношение площади поперечного сечения камеры реакции и площади сечения рассекателя выбрано в пределах 5-8.

На чертеже изображен вертикальный разрез реактора.

Реактор состоит из смесителя метана и кислорода 1, горелки 2, реакционной камеры 3. К нижнему торцевому участку корпуса реактора 4 подсоединен закалочно-испарительный аппарат 5, состоящий из наружной 6 и внутренней втулок 7 и образующий закалочную полость 8. Внутренний диаметр наружной втулки равен диаметру реакционной камеры и является по существу его продолжением. Наружный диаметр внутренней втулки рассекателя должен составлять 0,4-0,5 диаметра реакционной камеры, его величина определяется газодинамикой газового потока в конце зоны реакции.

Внутренняя втулка-рассекатель 7 не должна давать возмущения на вращающийся горячий поток реакционной смеси в камере реакции.

Реактор оборудован штуцерами: 9 для ввода метана и 10 для ввода кислорода, 11 для подачи стабилизирующего кислорода, 12 для вывода воды из корпуса реактора, 13 для ввода воды в корпус реактора, 14 для вывода пароводяной смеси из закалочно-испарительного аппарата, 15 для ввода хладагента, 16 для вывода реакционных газов, 17 для ввода хим. очищенной воды в наружную и 18 для ввода хим. очищенной воды по внутреннюю закалочные втулки, 19 для вывода пароводяной смеси, 20 для ввода конденсата на закалку первой ступени.

Реактор работает следующим образом.

Природный газ, подогретый до 650^oC через штуцер 9 поступает в смеситель 1, туда же по штуцеру 10 поступает подогретый до 600^oC кислород. Смешение этих потоков происходит в смесителе 1. Смесь кислорода и природного газа поступает через горелку 2 в реакционную камеру 3, где загорается. Постоянное зажигание смеси осуществляется стабилизирующим кислородом, подаваемым через штуцер 11 в калибровочные отверстия в торцевой части горелки. Процесс окислительного пиролиза протекает в футерованном из огнеупоров туннеле. Благодаря закручиванию поступающей смеси углеводородов с кислородом на лопастях горелки 2 обеспечивается винтообразное движение горячего газового потока в туннеле корпуса реактора и в полости закалочно-испарительного аппарата. Рассекатель 7 распределяет основной цилиндрический поток реакционных газов, преобразуя его в закрученный кольцевой поток. Этим достигаются повышение температуры в нижней части реактора и сокращение тепловых потерь за счет замены закалки газов пиролиза водой (понижение температуры с 1450 до 100^oC) на закалку в закалочно-испарительном аппарате (понижение температуры с 800 до 400^oC), что позволяет повысить содержания ацетилена на 0,4 абс. или 5 относ. Понижение температуры реакционных газов с 1450^oC до 800^oC осуществляется с помощью закалки первой ступени 21;
высокая скорость газа в закалочно-испарительной камере устраняет отложение сажи;
высокий массообмен и быстрая закалка газов пиролиза позволяют на тонну ацетилена получить 6-8 Гкал. тепл.

Пример 1. На опытную модель реактора подают подогретыми до 650^oC природный газ 100 нм³/час, кислород 58 нм³/час. На первую ступень закалки подают 94 кг/час водяного конденсата. Температура газов пиролиза после закалки 1 ступени 800^oC. В закалочно-испарительном аппарате получено 140481 ккал/ч. тепла (водяной пар P 100 и P 10 ат). Соотношение площади поперечного сечения туннеля к площади поперечного сечения рассекателя составляет 2,1 (диаметр туннеля 40 мм, диаметр рассекателя 27 мм). При работе реактора на режиме пиролиза после 30 часов выявлено отложение кокса, и после 40 часов работы реактор был остановлен из-за резкого повышения давления, вызванного отложением кокса.

Содержание газов пиролиза, мол.

CO₂ 3,3
C₂H₂ 8,0
C₂H₄ 0,3
O₂ 0,4
CO 26,7
H₂ 54,4
CH₄ 5,3
N₂ 1,6
Пример 2. Повторяют пример 1, но увеличивают соотношение площади поперечного сечения туннеля к площади поперечного сечения рассекателя до 2,58. При работе реактора 200 часов отложений кокса не выявлено. В закалочно-испарительном аппарате получен водяной пар 152052 ккал/ч.

Состав газов пиролиза, мол.

CO₂ 3,8
C₂H₂ 8,2
C₂H₄ 0,4
O₂ 0,1
CO 29,0
H₂ 53,0
CH₄ 4,0
N₂ 1,5
Пример 3. Повторяют пример 1, но увеличивают соотношение площади поперечного сечения туннеля к площади поперечного сечения рассекателя до 3,975. При работе реактора 200 часов отложений кокса не выявлено.

В закалочно-испарительном аппарате получен водяной пар 155000 ккал/ч.

Состав газов пиролиза, мол.

CO₂ 3,6
C₂H₂ 8,4
C₂H₄ 0,2
O₂ 0,2
CO 30,4
H₂ 52,2
CH₄ 4,0
N₂ 1,5
Пример 4. Повторяют пример 1, но увеличивают соотношение площади поперечного сечения туннеля к площади поперечного сечения рассекателя до 4,91. При работе реактора 200 часов отложений кокса не выявлено. В закалочно-испарительном аппарате получен водяной пар 156000 ккал/ч.

Состав газов пиролиза, мол.

CO₂ 2,3
C₂H₂ 9,0
C₂H₄ 0,3
O₂ 0,3
CO 25,9
H₂ 56,2
CH₄ 4,0
N₂ 2,0
Пример 5. Повторяют пример 1, но увеличивают соотношение площади поперечного сечения туннеля к площади поперечного сечения рассекателя до 5,95. При работе реактора 200 часов отложений кокса не выявлено. В закалочно-испарительном аппарате получен водяной пар 150450 ккал/ч.

Состав газов пиролиза, мол.

CO₂ 3,7
C₂H₂ 9,4
C₂H₄ 0,1
O₂ 0,3
CO 27,4
H₂ 52,0
CH₄ 5,5
N₂ 1,6
Пример 6. Повторяют пример 1, но увеличивают соотношение площади поперечного сечения туннеля к площади поперечного сечения рассекателя до 8,12. При работе реактора 20 часов начал отлагаться кокс и после 30 часов работы реактор был остановлен из-за забивки закалочно-испарительного аппарата коксом. В закалочно-испарительном аппарате получен водяной пар 120250 ккал/ч.

Состав газов пиролиза, мол.

CO₂ 3,5
C₂H₂ 8,4
C₂H₄ 0,2
O₂ 0,1
CO 29,0
H₂ 53,0
CH₄ 4,0
N₂ 1,8
Пример 7. Повторяют пример 1, но увеличивают соотношение площади поперечного сечения туннеля к площади поперечного сечения рассекателя до 11,06. При работе реактора после 5 часов начал отлагаться кокс и после 10 часов реактор остановлен из-за отложения кокса. В закалочно-испарительном аппарате получен водяной пар 120250 ккал/ч.

Состав газов пиролиза, мол.

CO₂ 3,6
C₂H₂ 8,0
C₂H₄ 0,3
O₂ 0,3
CO 26,9
H₂ 56,0
CH₄ 3,8
N₂ 1,1
Пример 8. Повторяют пример 1 с использованием реактора без закалочно-испарительного аппарата, а с применением закалочно-водяной камеры (прототип). В туннеле реактора за 8-10 часов со стороны холодной водяной закалки отлагается кокс, который удаляется при помощи коксо-очистительного механизма.

Состав газов пиролиза, мол.

CO₂ 3,5
C₂H₂ 8,4
C₂H₄ 0,2
O₂ 0,1
CO 29,0
H₂ 53,0
CH₄ 4,0
N₂ 1,8
Оптимальными конструктивными элементами реактора с закалочно-испарительным аппаратом, обеспечивающими стабильную работу реактора (без отложений углерода), содержание ацетилена до 9,4 об. и получение водяного пара 6-8 Гкал, являются соотношение площади поперечного сечения туннеля к площади поперечного сечения рассекателя, равное 5-8.

Предлагаемый реактор для производства ацетилена из углеводородов и кислорода имеет следующие преимущества по сравнению с известными реакторами: обеспечивает более высокий выход ацетилена, обеспечивает получение 6-8 Гкал тепла на тонну ацетилена.

Использование: в нефтехимической промышленности в реакторах для производства ацетилена из углеводородов путем неполного горения углеводородов и кислорода. Сущность изобретения: в корпусе, содержащем смеситель, горелки, футерованную камеру реакции с закалочной камерой в нижней части, закалочная камера образована установленной соосно реактору охлаждаемой втулкой и размешенным по ее оси трубчатым рассекателем потока с форсунками в верхней части, причем соотношение площадей поперечного сечения камеры реакции и площади сечения рассекателя выбрано в пределах от 5-8. 1 ил.

Реактор для получения ацетилена из углеводородов, содержащий смеситель, горелки, футерованную камеру реакции с закалочной камерой в нижней части, отличающийся тем, что закалочная камера образована установленной соосно реактору охлаждаемой втулкой и размещенным по ее оси трубчатым рассекателем потока с форсунками в верхней части, причем соотношение площадей поперечного сечения камеры реакции и площади сечения рассекателя выбрано в пределах 5,0
8,0.