СМЕСИТЕЛЬ КОНВЕРТОРА МЕТАНА Российский патент 1999 года по МПК B01J8/00 B01J8/18 

Изобретение относится к области химической промышленности при производстве синтез-газа из природных углеводородов, а именно к смесителям парогазовых и паровоздушных смесей конвертора метана, например, второй ступени, и может быть использовано при новом проектировании или модернизации существующих конверторов метана в технологических линиях производства аммиака.

Процесс получения азотноводородной смеси конверсией метана состоит из ряда последовательных стадий. В настоящее время в основном используется двухступенчатая каталитическая конверсия метана в присутствии в качестве окислительных агентов водяного пара и воздуха. На первой ступени конверсию метана проводят в трубчатом реакторе. На второй ступени конверсию остаточного метана паровоздушной смесью осуществляют в шахтном конверторе. За счет окисления остаточного метана температура в зоне установки смесителя поддерживается в диапазоне 1050 - 1100^oC.

Смеситель - один из важнейших агрегатов конвертора метана II степени, работающий в условиях высоких температур, скоростей и давления газов, а также в условиях коррозионного и эрозионного воздействия на него продуктов сгорания. Тяжелые условия работы смесителя обусловлены также воздействием термоциклических нагрузок, которые являются одной из основных причин преждевременного разрушения днища смесителя.

Известны различные конструкции смесителей, характеризующие уровень техники в данной области, например, по а.с. 1 473 824, кл. B 01 F 7/04, заявке 4154929/31/26 от 02.12.86, содержащий корпус с патрубками подвода основного и подмешиваемого компонентов и отвода готового продукта; по а.с. 1 430 093, кл. B 01 F 11/02, заявке 4159105/31-26 от 10.12.86, содержащий камеру смешения и два струйных излучателя с входными соплами и т.д.

Также известны устройства для производства синтез-газа по патенту 1 478 995, кл. B 01 J 7/00, заявке 4028090/23-26 от 05.09.86 из углеводородов, в частности природного газа, в присутствии катализатора с камерой реформинга, патрубками подвода газов и отвода смешанных газов; установка для получения водородосодержащего газа путем конверсии углеводородов по а.с. 1 634 310, кл. B 01 J 8/06, заявке 4661809/26 от 13.03.89, содержащая конвертор с подводящими и отводящими трубопроводами и т.д.

Технологическая схема двухступенчатой каталитической конверсии метана в присутствии в качестве окислительных агентов водяного пара и воздуха содержится в книге "Общая химическая технология" под редакцией И.Э.Фурмера, изд-во "Высшая школа", Москва, 1970 г., стр. 93 - 99.

По количеству признаков, общих с предлагаемым смесителем, его наиболее близким аналогом может быть принят смеситель реактора по авторскому свидетельству N 1 549 575, кл. B 01 J 8/00. Данный смеситель содержит цилиндрический корпус с днищем, устройство формирования потока одной из смешиваемых газообразных сред, снабженное центральным газоводом, выполненным составным из верхнего и нижнего стаканов, телескопически соединенных между собой, входной патрубок, расположенный противоположно днищу.

Известный смеситель не обеспечивает эффективный теплообмен между смешиваемыми газообразными средами, что может быть причиной преждевременного выхода аппарата из строя.

Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности смесителя.

Сущность разработанного смесителя поясняется чертежом.

Смеситель содержит: 1 - патрубок подвода смешиваемого газа, 2 - раструб, 3 - цилиндрическая обечайка, 4 - стакан наружный, 5 - стакан верхний, 6 - стакан нижний, 7 - коническая обечайка, 8 - днище, 9 - форсунки, 10 - кольцевая решетка, 11 - кольцо для закрепления верхнего стакана газовода.

На чертеже стрелками показаны направления движения основного и смешиваемого газов.

Смеситель работает следующим образом. Основной газ через кольцевую решетку 10 отводится в зону реактора конвертора. Смешиваемый газ подводится через патрубок 1, далее через верхний стакан 5, нижний стакан 6 и вдувается в кольцевой канал, образованный между днищем 8 и конической обечайкой 7, цилиндрической обечайкой 3 и стаканом наружным 4 и поступает в форсунки 9. Вытекающий через форсунки 9 смешиваемый газ перемешивается с основным газом. Происходит реакция взаимодействия основного и смешанного газов в слое над катализатором (на чертеже не показан).

Газовод выполнен составным из верхнего 5 и нижнего 6 стаканов, соединенных между собой телескопически, верхний конец которого закреплен через кольцо II на кожухе 2, а нижний - на конической обечайке 7; обеспечивает интенсивное охлаждение днища 8 и цилиндрической обечайки 3 смешиваемым газом.

Днище 8 выполнено сферическим, что улучшает его тепловой режим вследствие исключения отрывных зон при его обтекании потоками, а также упрощает технологию изготовления днища в литом варианте и позволяет изготавливать другими методами, например штамповкой.

Закрепление форсунок 9 на днище 8 осуществляется посредством разъемного соединения.

Указанные изменения конструкции смесителя не влияют на процессы, происходящие в зоне реакции, так как все внешние обводы смесителя и газодинамическая картина течения под днищем остаются неизменными.

Изобретение относится к области химической промышленности, к производству специализированной технологической техники, используемой в технологических линиях производства аммиака. Смеситель конвертора метана содержит цилиндрический корпус с днищем, в котором размещены устройство формирования потока одной из смешиваемых газообразных сред, состоящее из конической обечайки со стаканом, цилиндрической обечайки и раствора, образующего с внутренними стенками корпуса и днища кольцевой канал входной патрубок, расположенный соосно с цилиндрическим корпусом со стороны противоположной днищу, форсунки для подвода смешиваемых газообразных сред в зону смешения, закрепленные в днище и сообщенные с патрубком через кольцевой канал. Устройство формирования потока снабжено центральным газоводом, соединяющим входной патрубок с донной частью кольцевого канала. Газовод выполнен составным из верхнего и нижнего стаканов, соединенных между собой телескопически, верхний конец которого закреплен через кольцо, закрепленное на кожухе, а нижний - на конической обечайке. Газовод обеспечивает интенсивное охлаждение днища в цидиндрической обечайки смешиваемым газом. Днище выполнено сфероконическим. Закрепление форсунок на днище осуществляется посредством разъмного соединения между собой, причем диаметр нижнего стакана больше диаметра верхнего стакана, а расходные трубки закреплены на днище через разъемные соединения. Изобретение позволит улучшить технологичность изготовления смесителя, а также температурные условия эксплуатации смесителя, что позволит увеличить сроки его эксплуатации. 1 ил.

Смеситель конвертора метана, содержащий цилиндрический корпус с днищем, устройство формирования потока одной из смешиваемых газообразных сред, снабженное центральным газоводом, выполненным составным из верхнего и нижнего стаканов, телескопически соединенных между собой, входной патрубок, расположенный противоположно днищу, отличающийся тем, что устройство формирования потока одной из смешиваемых газообразных сред содержит коническую обечайку со стаканом, цилиндрическую обечайку с раструбом, образующими между собой и днищем кольцевой канал, форсунки для подвода смешиваемых газообразных сред в зону смешения, закрепленные в днище и сообщенные с патрубком через кольцевой канал, центральный газовод соединен с входным патрубком и донной частью кольцевого канала, а днище выполнено сфероконическим.