Реактор для получения синтез-газа и способ его получения Советский патент 1991 года по МПК B01J7/00 

. Изобретение относится к способу и устройству, работающему по пламенному методу, для получения синтез-газа.

Целью изобретения является интенсификация процесса.

На фиг.1 представлен реактор, включающий цилиндрическую пористую стенку, продольный разрез; на фиг.2 - реактор, состоящий из двух частей, продольный разрез; на фиг.З - реактор, состоящий из нескольких реакционных зон, со стенками из пористого материала, продольный разрез; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг.3$ на фиг.З - пористый элемент в виде нескольких блоков; на фиг.6 - пористый элемент с перегородкой; на фиг.7 - разрез Б-Б на фиг.6.

Реактор 1 содержит горелку (форсунку) 2, которая может состоять из нескольких труб 3. Некоторые из этих труб могут служить для введения окисляющего газа, содержащего кислород, а другие - для введения горючего.

Трубы 3 (фиг.1) служат для введения кислорода и между трубами имеются свободные промежутки 4, которые служат для введения превращаемого газа (метана).

Газы могут подводиться в форсунку 2 по трубопроводу 5 (горючий газ) и трубопроводу 6 (окисляющий газ).

Форсунка 2 находится в цилиндрическом пористом кожухе 7. Этот кожух включает в своей верхней части трубопровод 8 для вывода элюентов.

Пористый кожух (рубашка) 7 с горелкой (форсункой), размещенной на его нижнем конце, разделяет реакционную зону 9.

Пористый кожух (рубашка) 7 сам включен в герметичный корпус 10, снабженный трубопроводом 8 для вывода элюентов и трубопроводами 5 и 6

О

со

4ь

ю

СМ

для загрузки горелки метаном и кислородом.

Кроме того, этот корпус загружается окисляющим газом (кислородом) по с трубопроводу 11.

Реактор работает следующим образом.

Кислород, поступающий по трубопроводу 11, попадает в яону 12 и проходит через пористую стенку, подавая ю таким образом через нее кислород. Кислород проникает в реакционную зону 9 и участвует в реакции для достиения полнот конверсии метана в СО, Нг, CCY и

Количество кислорода, которое вводится в реакционную зону 9 по трубопроводу 6 форсунки 2, недостаточно для осуществления полной конверсии метана, а кислорода, проникающего 20 через пористый кожух 7, недостаточно для реализации полного превращения .

Пористый кожух 7 может иметь изменяемую пористость, в зависимости от которой загружается то или другое 25 место реакционной зоны 9, с тем, чтобы варьировать дебит ввода в различных пунктах реакционной зоны 9. Нап- пример, пористость может изменяться вдоль оси реактора 1.30

Это изменение пористости может быть достигнуто особенно за счет соединения модульных элементов 13, таких как плиты или кирпичи различной величины пористости.15

На уровне Форсунки 2 пористая стенка может быть продолжена за счет гер- метичнок стенки или того же корпуса форсунки 2.

В реакционную зону 9 также можно 40 вводить водяной пар или любой другой газ для дополнения способа. Это может быть реализовано либо за счет трубопровода 6 горелки, либо за счет трубопровода 1 загрузки зоны 12. 45

Внутренние стенки корпуса могут быть предпочтительно покрыты защитным, лротивоизлучактшм слоем 14 или тепловой защитой.

Это устройство имеет несколько CQ преимуществ. Газ, который проходит через пористую стенку, нагревается и таким образом охлаждает эту стенку. Тем не менее, при получении синтез-газа слишком холодные стенки

55

исключаются, так как они уменьшают эффективность конверсии (замораживание реакциг) и могут приводить к накоплению углерплл. R данном слу

5

0

0

5

0 5

Q

5

чае кислород, который диффундирует, создает граничный реакционный слой, способный защищать стенку, более холодную от газов в процессе конверсии.

Можно вводить-часть кислорода на расстоянии от форсунки 2. Сгорание на выходе из форсунки 2 намного более обильное, так как кислород там имеется в количестве, недостаточном для полной конверсии.

Так, сгорание на уровне форсунки 2 осуществляется при более низкой температуре, что таким образом защищает горелку.

Кислород постепенно вводится через пористый кожух 7 для дополнения конверсии.

Температура выходящего из горелки потока более низкая, чем та, которая была бы получена, если бы все продукты конверсии вводились через форсунку.

Можно, кроме того, увеличивать скорость диффузии в наиболее нагруженной части стенки за счет теплооб- менов, причем это оказывает влияние на пористость этой части стенки.

В предлагаемом реакторе можно исключить введение предварительно нагретого до очень высоких температур кислорода для питания горелки.

Первая часть 15 ограничена частью вытянутого элемента 16, который может быть выполнен из огнеупорного материала.

Горелка 2 помещена на нижнем конце 17 вытянутого элемента 16. На другом (верхнем) конце 18 элемента 16 находится отверстие 19, через которое происходит загрузка второй части реактора 20, которая охватывает верхний конец 18 вытянутого элемента 16 и ограничена наружной стенкой 2 вытянутого элемента 16, цилиндрическим кожухом 22 из огнеупорного материала и куполом 23 или шаровым сегментом, который возвышается над этим цилиндрическим кожухом 22, чтобы накрыть верхний конец 18 вытянутого элемента 16. .

Купол 23 помещен напротив выпускного отверстия 19 для вывода элюен- тов из первой части реактора.

Это отверстие расположено по оси 24 горелки, которая также представляет собой ось реактора.

Выходящий из отверстия 19 поток отклоняется в сторону куполом 23 на 180 и движется во вторую часть реак-

5I Ь

тор.1 20, следуя ьдоль внутреннем с THRU вытянутого элемента 16 для выхода по трубопроводам 25.

Купол 23, который представляет собой экранирующую стенку, выполнен из пористого материала, в известных случаях огнеупорного, и служит для ввода другой части окисляющего газа по трубопроводу 26 форсунки.

Поверхность 27 купола 24, которая не ограничивает реактор, окружена герметическим корпусом 28, который определяет камеру 29.

Камера 29 загружается окислителем (кислородом) по трубопроводу 30. Кислород диффундирует через пористую стенку купола 23 и загружается кислородом вторая часть реактора 20.

Герметический корпус 28 входит в наружны корпус 31, который охватывает весь реактор, включая трубопроводы 30 для ввода кислорода, трубопроводы 25 для вывода потока в камеру для форсунки 2.

Форсунка 2 многотрубчатого или другого типа и, следовательно, содержит несколько труб 32 для ввода горючего (природного газа). Оно поступает в горелку 2 по трубопроводу 33.

Окислитель (кислород) вводится в первый реактор по промежутку 34, оставшемуся свободным между трубами 32 форсунки.

Согласно этому способу реализации

сажа, выходящая из первого реактора, собирается на пористой стенке в форме купола.

Слой сажи увеличивается за счет коалесценции, и фактически сажа мо- жет быть более легко собрана на этой стенке.

В пористом куполе 23, контактирующем с реактором, проходящий его кислород предварительно подогревается, что позволяет осуществлять дополнительное окисление собранной на внутренней стороне купола сажи. Также можно принимать во внимание каталитическое воздействие пористого материа- ла, который может включать, например, циркон.

Сажа задерживается на пористой стенке, повторно сжигается за счет окислителя, который просачивается сквозь поры. Тем не менее, форма реактора (фиг.1) неблагоприятна для сцепления. Форма реактора, представ- 1 ленная на фиг.2, более эффективна,

5

0 5

0

5

0

5 0

5

76

причем сажа попадает на гтенку верхности 27 череч отперстие 19, но часть сажи подвергается оплсногти быть увлеченной с элюентами.

Способы реализации пористой стенки облегчают сцепление сажи и впоследствии ее удаление за счет окисления благодаря окислителю, проникающему через эти пористые стенки.

Согласно этим способам реализации увеличивается соотношение поверхность/объем.

Пористый элемент 35 (фиг.З) содержит множество первичных каналов 36 для прохождения синтез-газа и вторичных каналов 37 для введения окислителя, который должен проходить пористый элемент 35. Первичные и вторичные отверстия имеют Ларму каналов, точнее труб. Вторичные каналы 37 могут загружаться дополнительным окислителем через камеру 38 загрузки, ограниченную корпусом 39, окружаншшм другой корпус 40, в котором расположен пористый элемент 35. Корпус 40 имеет отверстия 41 для загрузки вторичных каналов 37.

Сажа, которая отлагается на стенках первичных каналов 36, окисляется окислителем, проходящим из вторичных каналов 37.

Пористый элемент 35 может быть моноблочным или многоблочным, что облегчает промышленную реализацию.

Пористый элемент реализуется штабелированием нескольких пористых под- элементов 42 и 43. Каждый из этих элементов имеет каналы 44, которые образуют первичные каналы после штабелирования этих подэлементов в первичные каналы.

Вторичные каналы реализуются за счет прямолинейных дренажных каналов 45, которые в известных случаях действуют совместно с шипами 46.

Плоскость стыка 47 также может быть такой, какая есть, или покрыта слоем (пористым или нет) для заполнения зазора.

Этот слой может быть из огнеупорного строительного раствора.

Если пористость подэлементов 42 и 43 достаточная, то этот слой не нужен, так как часть газа, который проходит плоскость стыка, тогда незначительна, по сравнению с той, которая диффундирует в поры.

Т орма первичных и/или вторичных каналов может быть разнообразной, особенно для реализации наилучшего улавливания сажи и/или наилучшего распределения дополнительного окисляющего газа, и/или для увеличения поверхностей обменов.

Каналы могут быть снабжены перегородками 48.

Каналы могут быть смещены и иметь различные диаметры.

Формула и ч обретения

1.Реактор для получения синтез- газа, включающий вертикальный корпус средства для ввода окислителя и горючего и вывода готового продукта, отличаю щ и и с я тем, что, с целью интенсификации процесса, он ( снабжен дополнительным средством

для ввода дополнительного потока окислителя, выполненным в виде одной или нескольких пористых стенок, разделяющих реакционное пространство на секции.

2.Реактор по п.1, о т л и ч а - н щ и к с я тем, что пористая стенка выполнена я виде цилиндрического стакана с укрепленным на открытом торце средством для ввода горючего

и части окислителя, при этом порис- тый стакан снабжен трубопроводом для вывода продуктов.

5

0

5

0

5

3. Ренктор по пп. 1 и 2, о т л и - чающийся тем, что днише пористого цилиндра выполнено частично пористым для подвода части окислителя.

А. Реактор по.пп.1-3, отличающийся тем, что пористые таканы установлены концентрично, при этом наружный стакан своими цилиндрическими стенками плотно примыкает к внутренней стенке реактора.

5.Реактор по пп.1-4, отличающийся тем, что пористая стенка выполнена из материала, обладающего каталитическими свойствами, например циркона.

6.Реактор по пп.1-5, отличающийся тем, что пористые стенки выполнены из моноблоков.

7.Реактор по пп.1-6, о т л и - чающийся тем, что пористые стенки выполнены из установленных друг на друга пористых элементов.

8.Реактор по п.7, отличающий с я тем, что в пористых элементах выполнены дренажные каналы и/или шипы.

9.Способ получения синтез-газа путем сжигания горючего при недостатке окислителя в газовой фазе, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса, вводят дополнительный поток окисляющего газа.

10.Способ поп.9,отличаю- щ и и с я тем, что дополнительный поток окисляющего газа содержит кислород и водяной пар.

1 s&s

lit/

C 44 MUJ/V

...-i;-j 4 4 o -.f.: i

S..,V

, V.. . . ..

.: O ., - .: . i. .

--.Ijfc.v.l-.ii/ j-:

J;- iL.

Изобретение относится к способу и реактору для получения синтез-газа путем снижения содержания горючего в атмосфере с недостатком окислителя и позволяет интенсифицировать процесс. Реактор, содержащий корпус, средства для Ввода окислителя и горючего и вывода готового продукта, включает вторые средства для ввода второй части окислителя в реактор, которые выполнены в виде пористых элементов, разграничивающих по крайней мере часть реактора. 2с. и 8 з.п.ф-лы, 7 ил.

, I M i

«j, I СЛ vj

s

Q

Ъ

ЩП1- ,

К t-T| ГХ

jH1 i„rrfj...i

)

.;: -:::-- .Tj.n. I /F:

Ci

4tf ЈГ f

Фиг.