Способ автотермической каталитической конверсии углеводородного газа Советский патент 1990 года по МПК C01B3/38 

Изобретение относится к технологии автотермической конверсии углеводород- ных газов, используемый для генерирования контролируемой по составу и свойствам содержащей водород восстановительной атмосферы в технологических процессах химико-термической обработки деталей машин и для восстановления металлов из окислов в порошков вой металлургии.

Цель изобретения - снижение затрат природного газа.

Пример, Эксперименты были проведены на опытно-промышлелном реакторе АВК-150 производительностью 150 нм конвертированного газа в I ч. Реактор имел камеру горения со

встроенными в нее коническим перфорированным стабилизатором и цилиндрическим перфорированным рассекателем, выполненными из жаропрочной стали марки 12Х18НЮТ но ГОСТ 7350-77. Наружный диаметр камеры горения IOO мм, длина 270 мм. Камера катализа была размещена в нижней части реактора и содержала герметичный корпус, выполненный из листовой стали марки Ст.З толщиной 5 мм, с наружным диа метром 870 С внутренней стороны корпуса была расположена футеровка толщиной 230 мм, выполненная в виде кладки из шамотного кирпича. Внутренний диаметр камеры катализа составлял 400 мм- длина 905 мм. В нижней части

Јп €fe

15

камеры катализа был размещен патрубок для вывода конвертированного газа, в днище - патрубок для выгрузки ка- тализатора. Объем камеры катализа

10

составлял 0,2 м и был заполнен се- рийно выпускаемым никелевым катализатором конверсии марки КСН-4 по ТУ6- 03-401-77. К верхней части камеры горения были присоединены патрубок для подачи воздуха и патрубок для подачи первичного газа, снабженный сопловой насадкой, между камерой горения и камерой катализа был размещен ввод вторичного газа.5

Эксперименты проводили по следую™ щей методике. В камеру горения подавали весь воздух, необходимый для конверсии, и часть природного газа (первичный газ), смесь поджигали в каме- 2Q ре горения и, регулируя расход вентилем первичного газа, обеспечивали заданное значение t (температуры в нижней части камеры горения). Величину t измеряли при помощи термопары 25 ХА и вторичного прибора КСП-4. После стабилизации температур в. слое катализатора (также измеряемых термопарами ХА), подавали вторичный газ с таким расходом, чтобы отношение об30

щих расходов газа и воздуха в реактор соответствовало заданному значению о( г Повторно выжидали стабилизации температур в слое катализатора и измеряли общие (расходы газа и воздуха,

5

Q 5

0

5

а также состав конвертированного газа. Средняя продолжительность одного опыта составляла 4-5 ч. Анализ состава газа проводили на серийном хроматографе ЛХМ-8МД.

Проведено две серии опытов.

В первой серии при постоянных значениях общих расходов газа и воздуха (o(0s, 0,33) изменяли величину t путем изменения расхода первичного газа (величину этого расхода не измеряли вследствие отсутствия необходимости в этом). Результаты приведены в табл.1.

В результате первой серии опытов установлено, что нормальное протекание процесса автотермической воздушной конверсии имеет место в интервале 470 t 646°C.

Во второй серии при каждом из пяти заданных значений величины t устанавлива- вали пять заданных значениЙЈ/0 щ(изменением расхода вторичного газа) . По составу конвертированного газа рассчитывали процент конверсии (Пк) как отношение количества прореагировавшего метана к исходному количеству, т.е. к поданному в реактор общему расходу га-1 за. Результаты приведены в табл.2.

По результатам второй серии для каждого значения o/o5u const выбрано оптимальное значение величины t, соответствующее Пк шах. Эти величины составляют:

Изобретение относится к способу получения контролируемой по составу и свойствам восстановительной атмосферы и может быть использовано в технологических процессах химико-термической обработки деталей машин и для восстановления металлов из окислов в порошковой металлургии. Для осуществления способа автотермической каталитической конверсии производится сжигание исходного газа при коэффициенте избытка воздуха 3-5, смешение продуктов сгорания с исходным газом и воздушная конверсия полученной смеси. Для снижения затрат газа температуру продуктов сгорания перед стадией смешения с исходным газом поддерживают равной 470-646°С, а коэффициент избытка воздуха на стадии конверсии определяют по формуле α_общ=941-T/1147, где α_общ - коэффициент избытка воздуха, T - температура продуктов сгорания, °С. Применение данного способа обеспечивает минимальные удельные затраты углеводородов при максимальном проценте конверсии углеводородного газа. 4 табл.

0,25 646

0,27 620

cl

Путем обработки этих результатов по методу наименьших квадратов получена следующая эмпирическая зависи-: мость

941-t .

Опыты первой серии (табл.1) показали, что нормальное протекание процесса конверсии имеет место в пределах 470 t 646 °С.

Из табл.2 видно, что процент кон- версии равен выходу продуктов конверсии на единицу затраченного сырья и для каждой выбранной величины d существует минимум удельных затрат, соответствующий определенной температуре.

Удельные затраты углеводородного газа рассчитаны как затраты исходного метана на единицу готового продук

0,36 520

0,40 470

та (прореагировавшего метана) и приведены в табл.3:

(гп л - iSSlliie. H4jVi4 - ( .

и, следовательно,

(СН4)Р

шо п

5

Данные для сравнения, характеризующие известный способ, получены в сопоставимых условиях:,на опытно-промышленном реакторе ABK-I50 производи- тельно.стью 150 мн3/ч конвертированного газа с камерой катализа объемом 0,2 м , заполненной катализатором КСН-4. Методика проведения эксперимента соответствовала методике известного способа.

Проведено 5 опытов при общих коэффициентах расхода воздуха, равных значениям ol обц из табл.3. Результаты

опытов, характеризующие известный

способ, приведены в табл.4. Сопоставление результатов, приведенных в табл.3 и 4, при соответствующих значениях d показывает, что

оом

применение предлагаемого способа взамен известного сокращает удельные за- траты углеводородного в зависимости от режима работы на 3-14%.jg

Формула изобретения

Способ автотермической каталити ческой конверсии углеводородного $

газа, включающий сжигание исходного газа с коэффициентом избытка воздуТаблица 1 Зависимость состава конвертированного газа от величины t

Таблица 2

Зависимость процента конверсии (П ) от величины и общего коэффициента расхода воздуха )

Показатель

0,25 | 0,27 1 0,32 1 0,36 | О,

5604ьо6

ха, равным 3-5, смешение продуктов сгорания с исходным газом и конвер- сию полученной смеси, отличаю

щ и и с я тем, что, с целью снижения расхода углеводородного газа, температуру продуктов сгорания,перед смешением поддерживают равной 470- 646°С, а исходный газ на смешение подают в количестве, соответствующем расходу вохдуха, определяемому по формуле

941-t Ш7 где ol - расход воздуха;

t - температура продуктов сгора- ния,°С.

о

Таблица 3 j

40

1560466

Таблица 4

Редактор А.Огар

Составитель А.Лобановская

Техред Л. С ердюков аКор рек то р М, Кучеряв ая

Заказ 947

Тираж 409

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г.Ужгород, ул. Гагарина,101

Подписное