ГЕНЕРАТОР СИНТЕЗ-ГАЗА Российский патент 2017 года по МПК B01J7/00 C01B3/34 

Изобретение относится к области химической промышленности, а именно к органическому синтезу, и предназначено для получения синтез-газа.

В современной промышленности основными способами получения синтез-газ являются паровой, парокислородный и автотермический риформинг природного газа. Высокая стоимость перегретого пара, применение дорогостоящих катализаторов и отличающегося высокой сложностью и громоздкостью оборудования, большие удельные капитальные затраты являются существенными недостатками этих способов.

Известен генератор синтез-газа, содержащий реакционную камеру сгорания, узлы подачи газообразного углеводородного горючего, окислителя, воды, смесительную головку с системой воспламенения и охлаждаемое сопло. Реакционная камера генератора синтез-газа состоит из трех расположенных соосно и последовательно секций, внутренние полости которых образуют цилиндрический рабочий канал. Первая секция представляет собой охлаждаемый водой цилиндр, снабженный узлами подвода воды охлаждения и смесительной головкой. Смесительная головка состоит из расположенного по оси секции узла подачи окислителя со спрямляющей решеткой и системой воспламенения и узла подачи углеводородного горючего, представляющего собой расположенные в расширяющейся части смесительной головки под углом к оси рабочего канала форсунки горючего. Вторая секция представляет собой охлаждаемую вставку, имеющую участок с внутренним диаметром, меньшим диаметра рабочего канала. На конической поверхности сужающегося участка вставки расположено не менее трех центробежных форсунок, посредством которых в генератор во время работы вводится вода. Третья секция - это неохлаждаемый или охлаждаемый цилиндр с охлаждаемым соплом (патент РФ №2408417, МПК: B01J 7/00, от 04.06.2009).

Основными недостатками данного генератора синтез-газа являются необходимость охлаждения стенок секций реакционной камеры, подача воды для коррекции состава получаемого синтез-газа.

Известна радиационная горелка, содержащая корпус, инжектор в виде газового сопла со смесительной трубкой и керамическую перфорированную излучающую насадку, при этом керамическая перфорированная излучающая насадка выполнена с возможностью исполнения дополнительно функций экрана и рефлектора, для чего она выполнена в объемной конфигурации в виде полостей с поперечным размером и глубиной не менее 10 мм, причем перфорированными являются только дно полостей, или только стенки, или стенки и дно (патент РФ №2151957, МПК: F23D 14/12 - прототип).

Указанная радиационная горелка работает следующим образом.

Газ, вытекая из сопла в смесительную трубку, инжектирует необходимое количество воздуха, образуя газовоздушную смесь требуемого состава, которая, проникая через перфорированную керамическую насадку, сгорает внутри ее полостей вблизи внутренней поверхности. Поверхность полостей насадки раскаляется до высокой температуры, являясь источником мощного инфракрасного излучения. Часть излучения запирается в вогнутых полостях, поглощается излучающими стенками и увеличивает их температуру до 1000-1200°С, что в свою очередь приводит к увеличению радиационного потока с поверхности. Вогнутая форма и большая глубина полостей насадки затрудняют подмешивание холодного окружающего воздуха в зону химической реакции, а сохранение высокой температуры продуктов, не превышающей 1200°С, на расстоянии порядка 10-20 мм от поверхности, обеспечивает полную завершенность химических реакций, в том числе доокисление CO в CO₂, и не приводит к образованию заметного количества окислов азота.

Основным недостатком данной радиационной горелки являются недостаточно оптимальные условия для окислительной конверсии углеводородов в синтез-газ при большом избытке горючего.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание генератора синтез-газа, конструкция которого позволит обеспечить высокую производительность и компактность путем рекуперации тепла продуктов конверсии.

Решение указанной задачи достигается тем, что предложенный генератор синтез-газа согласно изобретению содержит цилиндрический корпус, внутри которого с кольцевым зазором установлена камера сгорания, выполненная в виде цилиндра с заглушенным выходным торцом из материала, проницаемого для смеси углеводородного горючего с окислителем, при этом внутри упомянутой камеры сгорания размещен рекуператор, состоящий из наружной и внутренней труб разного диаметра, установленных одна в другую, причем торец наружной трубы выполнен заглушенным, а полость внутренней трубы сообщена с кольцевым зазором между наружной и внутренней трубой, при этом кольцевая полость камеры сгорания, образованная ее стенкой и наружной трубой рекуператора, соединена с кольцевой полостью коллектора синтез-газа, размещенного на рекуператоре, причем во входной части внутренней трубы указанного рекуператора установлено сопло, при этом кольцевая полость между стенкой корпуса и стенкой камеры сгорания соединена с кольцевой полостью между внутренней и наружной трубами рекуператора, а в кольцевую полость между наружной стенкой рекуператора и стенкой камеры сгорания выведена выходная часть запального устройства.

В варианте исполнения один из торцов камеры сгорания закреплен на коллекторе синтез газа, при этом на другом торце закреплена наружная труба рекуператора.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид генератора синтез-газа в продольном разрезе, на фиг. 2 - продольный разрез генератора синтез-газа в варианте исполнения.

Предложенный генератор синтез-газа содержит корпус 1, камеру сгорания 2, выполненную из материала, проницаемого для смеси углеводородного сырья с окислителем, коллектор синтез-газа 3, рекуператор 4, состоящий из наружной 5 и внутренней трубы 6, при этом на его торце закреплен тройник 7, сопло 8, а также запальное устройство 9.

Между корпусом 1 и камерой сгорания 2 расположена полость 10, соединенная с кольцевым зазором 11 расположенного между наружной 5 и внутренней трубой 6 рекуператора 4 с помощью трубопровода 12. Кольцевой зазор 13, расположенный между внутренней поверхностью камеры сгорания 2 и наружной трубой 5 рекуператора 4, сообщается с полостью 14 коллектора синтез-газа 3.

В варианте исполнения один из торцов камеры сгорания 2 закреплен в коллекторе синтез-газа 3, при этом на другом торце закреплена наружная труба 5 рекуператора 4.

Предложенный генератор синтез-газа работает следующим образом.

Углеводородное сырье через сопло 8 поступает во внутреннюю трубу 6 рекуператора 4. Воздух поступает в тройник 7 и далее во внутреннюю трубу 6 рекуператора 4. Во внутренней трубе 6 происходит смешение компонентов топлива. На торце внутренней трубы 6 поток смеси компонентов топлива разворачивается в противоположную сторону и по кольцевому зазору 11 направляется через трубопровод 12 в полость 10. Проходя по кольцевому зазору 11, смесь компонентов топлива нагревается за счет теплообмена с продуктами сгорания через стенку наружной трубы 5 рекуператора 4.

Из полости 10 смесь компонентов топлива проходит через стенки и дно камеры сгорания 2 в кольцевой зазор 13, где воспламеняется запальным устройством 9 и сгорает. В кольцевом зазоре 13 возникает мощное ИК-излучение, обеспечивающее устойчивое горение богатой углеводородной смеси с образованием продуктов неполного окисления синтез-газа, который поступает в полость 14 коллектора синтез-газа 3.

В варианте исполнения смесь компонентов топлива из кольцевого зазора 11 поступает в полость 10 напрямую.

Использование предложенных технических решений позволяет повысить производительность и снизить габариты и массу генератора синтез-газа.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Генератор синтез-газа содержит цилиндрический корпус 1, внутри которого с кольцевым зазором установлена камера сгорания 2. Указанная камера сгорания 2 выполнена в виде цилиндра с заглушенным выходным торцом из материала, проницаемого для смеси углеводородного горючего с окислителем. Внутри камеры сгорания размещен рекуператор 4, состоящий из наружной 5 и внутренней 6 труб разного диаметра, установленных одна в другую. Торец наружной трубы 5 выполнен заглушенным. Полость внутренней трубы 6 сообщена с кольцевым зазором 11 между наружной 5 и внутренней 6 трубой. Кольцевая полость 13 камеры сгорания 2, образованная ее стенкой и наружной трубой 5 рекуператора 4, соединена с кольцевой полостью 14 коллектора 3 синтез-газа, размещенного на рекуператоре 4. Во входной части внутренней трубы 6 указанного рекуператора 4 установлено сопло 8. Кольцевая полость 10 между стенкой корпуса 1 и стенкой камеры сгорания 2 соединена с кольцевой полостью 11 между внутренней 6 и наружной трубами 5 рекуператора 4. В кольцевую полость между наружной стенкой рекуператора 4 и стенкой камеры сгорания 2 выведена выходная часть запального устройства 9. Изобретение позволяет повысить производительность, уменьшить габариты и массу генератора синтез-газа путем рекуперации тепла продуктов конверсии. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Генератор синтез-газа, характеризующийся тем, что он содержит цилиндрический корпус, внутри которого с кольцевым зазором установлена камера сгорания, выполненная в виде цилиндра с заглушенным выходным торцом из материала, проницаемого для смеси углеводородного горючего с окислителем, при этом внутри упомянутой камеры сгорания размещен рекуператор, состоящий из наружной и внутренней труб разного диаметра, установленных одна в другую, причем торец наружной трубы выполнен заглушенным, а полость внутренней трубы сообщена с кольцевым зазором между наружной и внутренней трубой, при этом кольцевая полость камеры сгорания, образованная ее стенкой и наружной трубой рекуператора, соединена с кольцевой полостью коллектора синтез-газа, размещенного на рекуператоре, причем во входной части внутренней трубы указанного рекуператора установлено сопло, при этом кольцевая полость между стенкой корпуса и стенкой камеры сгорания соединена с кольцевой полостью между внутренней и наружной трубами рекуператора, а в кольцевую полость между наружной стенкой рекуператора и стенкой камеры сгорания выведена выходная часть запального устройства.

2. Генератор синтез-газа по п. 1, отличающийся тем, что один из торцов камеры сгорания закреплен на коллекторе синтез-газа, при этом на другом торце закреплена наружная труба рекуператора.