СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕЗ-ГАЗА Российский патент 2015 года по МПК C01B3/34 F23D14/12 

Изобретение относится к процессам и устройствам для получения синтез-газа путем конверсии углеводородов, а именно к процессам окислительной конверсии.

Известен способ получения синтез-газа, осуществляемый в проточном двухкамерном реакторе в турбулентном режиме при горении смеси углеводородного сырья и окислителя. Дополнительно к указанной смеси в проточный реактор подают перегретый водяной пар в количестве 5-20 мас.% по отношению к массе поданного углерода в виде углеводородного сырья. Производят воспламенение трехкомпонентной смеси в камере сгорания струей горячего газа из внешнего источника, давление в котором при воспламенении превышает давление в первой камере. Продукты сгорания из первой камеры реактора через сопло с критическим перепадом давления направляют во вторую камеру и продолжают процесс горения до содержания кислорода в продуктах горения не более 0,3 об.% /RU 2320531, C01 B3/36, 2008/.

К недостатку известного способа можно отнести его низкую эффективность, которая связана с высоким расходом окислителя и невозможностью конверсии углеводородных смесей с высоким содержанием негорючих компонентов, имеющих низкую теплотворную способность.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения синтез-газа при горении смеси углеводородного сырья с окислителем с коэффициентом избытка окислителя менее 1 при температуре менее 1400 К внутри одной или нескольких полостей, полностью или частично образованных материалом, проницаемым для смеси углеводородного сырья с окислителем. Причем ввод смеси углеводородного сырья с окислителем производят через проницаемое дно полости/полостей, или через проницаемые стенки полости/полостей, или через проницаемые стенки и дно полости/полостей, а вывод продуктов горения осуществляют через верхнее сечение полости/полостей /RU 2374173, C01 B3/34, 2009/. Данное техническое решение выбрано за прототип.

Прототип также характеризуется недостаточной эффективностью, связанной с большой потерей тепла с отходящими газами и, как следствие, невозможностью конверсии углеводородных смесей с высоким содержанием негорючих компонентов, имеющих низкую теплотворную способность.

Авторы решали задачу по созданию способа получения синтез-газа, лишенного указанного недостатка. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности за счет повышения выхода синтез-газа и связанной с этим возможности использования для конверсии углеводородных смесей с высоким содержанием негорючих компонентов, имеющих низкую теплотворную способность.

Для решения поставленной задачи, а также для достижения заявленного технического результата предлагается способ получения синтез-газа при горении смеси углеводородного сырья с окислителем, с коэффициентом избытка окислителя менее 1, осуществляемый при температуре менее 1400 K внутри полости, полностью или частично образованной объемной матрицей, проницаемой для смеси газа с окислителем. Причем ввод смеси углеводородного сырья с окислителем производят через проницаемое дно полости, или через проницаемые стенки полости, или через проницаемые стенки и дно полости, а вывод продуктов горения - через верхнее сечение полости. Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что смесь углеводородного сырья с окислителем или один из этих газов в полном объеме или частично перед вводом в полость нагревают за счет тепла, выделяемого продуктами горения, а матрицу дополнительно подогревают тепловым излучением, отраженным от проницаемого для продуктов горения экрана, размещенного в полости матрицы.

Дополнительно предлагается процесс горения осуществлять в нескольких полостях.

Предварительный нагрев смеси углеводородного сырья с окислителем или одного из этих газов в полном объеме или частично перед вводом в полость за счет тепла, выделяемого продуктами горения, с дополнительным подогревом матрицы тепловым излучением, отраженным от проницаемого для продуктов горения экрана, размещенного в полости матрицы, позволяет повысить выход синтез-газа за счет расширения диапазона горения богатых смесей.

На фиг. 1 представлена схема реактора для получения синтез-газа, на фиг. 2 представлена схема установки, в которой осуществляется процесс горения в нескольких полостях, на фиг. 3 представлена схема установки, где полость полностью образована матрицей, на фиг. 4 представлена схема установки, в которой ввод углеводородного сырья производят через проницаемое дно полости, на фиг. 5 и 6 представлены схемы установок, в которых всю смесь газов перед вводом в полость нагревают, на фиг. 7 представлена схема установки, в которой смесь перед вводом в полость подогревают частично, где 1 - внешний кожух реактора, 2 - корпус реактора, 3 - матрица, 4 - проницаемый для продуктов горения экран, 5 - смеситель, 6 - отводящая трубка, 7 - теплообменник.

Способ осуществляют следующим образом. В смеситель 5 подают углеводородное сырье и воздух с коэффициентом избытка окислителя менее единицы. Полученная смесь, омывая внешний кожух реактора, охлаждает его и поступает в теплообменник 7, где нагревается за счет выделяемого продуктами горения тепла. После чего смесь поступает в матрицу, где и происходит процесс горения. Локализация фронта пламени вблизи поверхности матрицы приводит к сильному разогреву внутренней поверхности полости матрицы. Продукты горения, проходя сквозь проницаемый для них экран 4, далее направляются в отводящую трубку 6. Возникающее на разогретой поверхности матрицы радиационное излучение отражается от экрана 4 обратно на поверхность матрицы, поднимая ее температуру и температуру продуктов горения.

В таблице 1 представлены данные по режимам осуществления предлагаемого способа.

Как показали эксперименты, использование изобретения позволяет обеспечить возможность конверсии в синтез-газ низкокалорийного биогаза с содержанием СО₂ до 50%. При этом продемонстрирована эффективность организации рекуперации тепла для достижения устойчивой работы реактора вплоть до значения α=0.35-0.39, т.е. предельной величины, определяющей границу сажеобразования.

Изобретение относится к процессу получения синтез-газа путем конверсии углеводородов, а именно к процессам окислительной конверсии. Синтез-газ получают при горении смеси углеводородного сырья с окислителем c коэффициентом избытка окислителя менее 1 при температуре менее 1400 К внутри полости, полностью или частично образованной объемной матрицей, проницаемой для смеси газа с окислителем. Ввод смеси углеводородного сырья с окислителем производят через проницаемое дно полости, или через проницаемые стенки полости, или через проницаемые стенки и дно полости, а вывод продуктов горения - через верхнее сечение полости. Смесь углеводородного сырья с окислителем или один из этих газов в полном объеме или частично перед вводом в полость нагревают за счет тепла, выделяемого продуктами горения. Матрицу дополнительно подогревают тепловым излучением, отраженным от проницаемого для продуктов горения экрана, размещенного в полости матрицы. Технический результат заключается в повышении эффективности за счет увеличения выхода синтез-газа при использовании для конверсии углеводородных смесей с высоким содержанием негорючих компонентов, имеющих низкую теплотворную способность. 1 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

1. Способ получения синтез-газа при горении смеси углеводородного сырья с окислителем c коэффициентом избытка окислителя менее 1, осуществляемый при температуре менее 1400 К внутри полости, полностью или частично образованной объемной матрицей, проницаемой для смеси газа с окислителем, причем ввод смеси углеводородного сырья с окислителем производят через проницаемое дно полости, или через проницаемые стенки полости, или через проницаемые стенки и дно полости, а вывод продуктов горения - через верхнее сечение полости, отличающийся тем, что смесь углеводородного сырья с окислителем или один из этих газов в полном объеме или частично перед вводом в полость нагревают за счет тепла, выделяемого продуктами горения, а матрицу дополнительно подогревают тепловым излучением, отраженным от проницаемого для продуктов горения экрана, размещенного в полости матрицы.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс горения осуществляют в нескольких полостях.