РЕАКТОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИХ КОНТРОЛИРУЕМЫХ АТМОСФЕР Советский патент 1995 года по МПК B01J7/00 

Описание патента на изобретение SU1720185A1

Изобретение относится к реакторам для получения контролируемых атмосфер, применяемых в химии, в нефтехимии, машиностроении и других отраслях промышленности.

Наиболее близким к изобретению является реактор для получения экзотермических контролируемых атмосфер, который содержит металлический корпус, выполненный с отверстием отвода продуктов конверсии и патрубком подвода исходной смеси углеводородного газа с воздухом.

Недостатками известного реактора являются повышенное содержание следов метана, большие габариты и низкая производительность. Это объясняется тем, что реакционный объем имеет значительные (до 40%) тепловые потери через ограничивающие его стенки, вследствие чего реакция конверсии протекает при низком температурном уровне. Низкое теплонапряжение реакционного объема требует повышения его размеров и снижает удельную производительность реактора. Кроме того, поступающая через патрубок исходная смесь, как правило, недостаточно перемешана, что приводит к повышенному содержанию окислов азота при ее горении.

Целью изобретения является повышение качества контролируемой атмосферы за счет снижения содержания следов метана и окислов азота, снижение габаритов и повышения производительности реактора.

Поставленная цель достигается тем, что реактор для получения экзотермических контролируемых атмосфер, содержащий металлический корпус, выполненный с отверстием отвода продуктов конверсии и патрубком подвода исходной смеси углеводородного газа с воздухом, снабжен реакционной камерой с газопроницаемыми стенками, размещенной внутри корпуса и состыкованной с камерой стабилизации, размещенной вне корпуса и выполненной в виде металлического футерованного патрубка с водоохлаждаемой рубашкой, при этом выходное отверстие отвода продуктов конверсии совмещено с отверстием ввода этих продуктов в камеру стабилизации, а газопроницаемая стенка выполнена со сквозными криволинейными каналами переменного сечения, и среднее расстояние между ними соотносится с толщиной стенки, как 1:(4-20), причем внутренние объемы камеры с газопроницаемыми стенками и камеры стабилизации соотносятся, как 1:(0,4-1,9), а в среднем поперечном сечении реакционной камеры отношение площади зазора между корпусом и газопроницаемыми стенками к живому сечению реакционной камеры составляет не менее 1:1,5. Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна".

При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от пpототипа, не были выявлены и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг.1 изображен предлагаемый реактор, разрез; на фиг.2 узел I на фиг. 1.

Реактор имеет металлический корпус 1, на входе в который расположены патрубок 2 и рассекатель 3. Внутри корпуса размещена камера сгорания 4. Выходное отверстие камеры сгорания совмещено с входным отверстием камеры стабилизации 5, состоящей из водяной рубашки 6 и футеровки 7. Стенки камеры сгорания выполнены газопроницаемыми за счет сквозных криволинейных каналов 8, образованных, например склеенными между собой огнеупорными зернами 9. Среднее расстояние между каналами "в" соотносится с толщиной газопроницаемой стенки "а" как в:a 1:(4-20). Сквозь газопроницаемую стенку в камеру сгорания введены электроды искрового запальника 10, один из которых посредством высоковольтного провода 11 подключен к электрогенератору, а второй присоединен к корпусу 1. На выходе из камеры стабилизации установлен водяной холодильник 12.

Внутренние объемы камеры сгорания 4 и камеры стабилизации 5 связаны соотношением Vp:Vc 1:(0,4÷1,9), а площадь кольцевого зазора Fзв среднем сечении камеры 4 не менее, чем в 1,5 раза превышает живое сечение камеры Fp.

При работе реактора исходная смесь углеводородного газа с воздухом подается по патрубку 2 в корпус 1, в котором посредством рассекателя 3 и кольцевого зазора Fз создается статическое давление, равномерно распределенное на наружной поверхности камеры сгорания 4. За счет этого давления газовоздушная смесь фильтруется по каналам 8 в реакционный объем камеры 4, подогревается теплотой, полученной реагирующими газами на стенки 9 каналов 3 и воспламеняется от электроискрового запальника 10. Благодаря тому, что подогретая смесь реагирует интенсивнее холодной, фронт горения расположен вблизи газопроницаемой стенки, а непрерывный подвод исходной смеси через эти стенки в режиме, при котором излученная из реакционного объема теплота полностью воспринимается этой смесью, приводит к существенному повышению температурного уровня реакции конверсии. Вследствие этого повышается производительность реактора и уменьшаются габариты камеры сгорания и, соответственно, всего реактора.

Повышение температурного уровня реакции конверсии в сочетании с дополнительным перемешиванием исходной смеси при движении по криволинейным каналам газопроницаемых стенок, имеющим резко изменяющиеся сечения, приводит к уменьшению следов метана, то есть более глубокому проведению реакции. Снижение содержания окислов азота в продуктах конверсии происходит также вследствие гомогенизации исходной смеси при ее дополнительном перемешивании.

Указанные пределы соотношения геометрических размеров газопроницаемых стенок определяются следующим. При соотношении расстояния меду каналами меньше 1: 4 (тонкая стенка или большие расстояния между каналами) вследствие недостаточной теплообменной поверхности каналов заметно возрастает температура наружной поверхности газопроницаемой стенки и появляются тепловые потери излучением через стенки корпуса в окружающее пространство. Увеличение толщины стенки (соотношение более 1:20) не оказывает какого-либо заметного влияния на процесс конверсии, но в то же время увеличивает гидравлическое сопротивление, расход материалов и массу реактора.

Необходимость того, чтобы в среднем сечении отношение площади зазора между газопроницаемыми стенками и корпусом к живому сечению реакционной камеры было не менее 1:1,5 связана с тем, что уменьшение этого зазора приводит к неравномерному распределению газовоздушной смеси и заметному перегреву выходного участка реакционной камеры. Это усугубляется тем, что при появлении температурной неравномерности дополнительно снижается расход газовоздушной смеси через перегретые участки вследствие существенного возрастания вязкости газов, а снижение расхода приводит к еще большему перегреву стенок на этих участках.

В камере стабилизации происходит, во-первых, дожигание той части газовоздушной смеси, которая поступает в реакционную камеру вблизи ее выходного отверстия; во-вторых, происходит усреднение состава продуктов конверсии и скорости их движения по сечению потока. Последнее необходимо для равномерного распределения потока по теплообменным поверхностям холодильника 12.

Указанное соотношение объемов Vp:Vc зависит, соответственно, от следующих особенностей конкретной установки. При использовании в качестве холодильников мокрых скрубберов, тогда выравнивание скорости потока по его сечению необязательно, стабилизация состава в пристенной области полностью заканчивается при Vc > >0,4Vp. С другой стороны, достаточно полное выравнивание скорости по сечению потока продуктов конверсии, необходимое при использовании трубчатых холодильников, происходит при Vc 1,9Vp, поэтому дальнейшее увеличение размеров камеры стабилизации является излишним.

Для подтверждения правильности приведенных в формуле изобретения числовых интервалов в таблице сведены результаты экспериментов, представленные в виде примеров.

Условия экспериментов были следующими. Смесь природного газа с воздухом при коэффициенте расхода воздуха L 0,85 подавалась в распределительный корпус под давлением Р1, на выходе из газопроницаемого тела поддерживалось давление Р2. Атмосферное давление во время опытов было практически постоянным Р0. Измеренные температуры продуктов конверсии Тк и внутренней поверхности газопроницаемого тела Тпсоответствовали удельным расходам смеси, изменяемым в пределах g 0,3-0,7кг/с˙н2. Измеренные значения максимальной Vмакс и средней Vcpскоростей продуктов конверсии соответствовали поперечному сечению камеры стабилизации, в котором определялось содержание метана CH4 и окислов азота NOх в продуктах конверсии.

Ниже приведена таблица экспериментальных данных.

Как следует из приведенной таблицы, справедливость приведенных в формуле числовых интервалов полностью подтверждена.

Преимуществами предложенного реактора для получения контролируемых атмосфер является улучшение качества контролируемой атмосферы по содержанию в ней следов метана и окислов азота; уменьшение габаритов камер сгорания (длины в 5-8 раз, диаметра в 3-4 раза); увеличение производительности процесса на единицу реакционного объема; улучшение экологии за счет снижения в промышленных выбросах окислов азота.

Похожие патенты SU1720185A1

название год авторы номер документа
ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЬ И СПОСОБ ЕГО РАБОТЫ 2001
  • Кириллов В.А.
  • Кузин Н.А.
  • Куликов А.В.
  • Лукьянов Б.Н.
  • Захарченко В.Б.
  • Ермаков Ю.П.
  • Никифоров В.Н.
  • Козодоев Л.В.
RU2206835C2
КАТАЛИТИЧЕСКИЙ РЕАКТОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕЗ-ГАЗА 2001
  • Кириллов В.А.
  • Кузин Н.А.
  • Куликов А.В.
  • Лукьянов Б.Н.
  • Захарченко В.Б.
  • Ермаков Ю.П.
  • Никифоров В.Н.
  • Козодоев Л.В.
RU2208475C2
СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2010
  • Савицкий Анатолий Иванович
  • Петров Петр Петрович
  • Савенков Анатолий Митрофанович
  • Лапушкин Николай Александрович
RU2488013C2
СПОСОБ ОБОГАЩЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА ВОДОРОДОМ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2023
  • Павлов Григорий Иванович
  • Демин Алексей Владимирович
  • Кочергин Анатолий Васильевич
  • Накоряков Павел Викторович
  • Абраковнов Алексей Павлович
RU2807901C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШИХТЫ ДЛЯ ГАЗОПРОНИЦАЕМЫХ ПЕРЕГОРОДОК 1990
  • Васильев С.З.
  • Полевой П.П.
  • Артемьев В.Д.
  • Носач В.Г.
  • Маергоиз И.И.
  • Пушкарев Л.И.
  • Чмель В.Н.
  • Родионов В.Н.
RU1676219C
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДА И ВОДОРОДА ИЗ УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА 2008
  • Жерлицын Алексей Григорьевич
  • Шиян Владимир Петрович
  • Медведев Юрий Васильевич
RU2390493C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕЗ-ГАЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2007
  • Плаченов Борис Тихонович
  • Барунин Анатолий Анатольевич
  • Винокурова Александра Анатольевна
  • Киселев Алексей Петрович
  • Филимонов Юрий Николаевич
RU2361809C2
ИНТЕГРАЛЬНЫЙ РЕАКТОР (ВАРИАНТЫ), СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ, СПОСОБ ОДНОВРЕМЕННОГО ПРОВЕДЕНИЯ ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИХ И ЭНДОТЕРМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ (ВАРИАНТЫ) 2002
  • Тонкович Анна Ли И.
  • Перри Стивен Т.
  • Фитцжеральд Син П.
  • Робертс Гэри Л.
RU2290257C2
СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2003
  • Кириллов В.А.
  • Кузин Н.А.
  • Бобрин А.С.
  • Ермаков Ю.П.
  • Собянин В.А.
  • Садыков В.А.
  • Золотарский И.А.
  • Кузьмин В.А.
  • Боброва Л.Н.
  • Тихов С.Ф.
  • Павлова С.Н.
  • Пармон В.Н.
  • Бризицкий О.Ф.
  • Терентьев В.Я.
  • Христолюбов А.П.
  • Сорокин А.И.
  • Емельянов В.К.
RU2240437C1
ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ И СПОСОБ ЕГО РАБОТЫ 2001
  • Кузин Н.А.
  • Кириллов В.А.
  • Захарченко В.Б.
  • Ермаков Ю.П.
  • Бобрин А.С.
  • Лукьянов Б.Н.
  • Куликов А.В.
  • Никифоров В.Н.
  • Козодоев Л.В.
RU2209378C2

Иллюстрации к изобретению SU 1 720 185 A1

Реферат патента 1995 года РЕАКТОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИХ КОНТРОЛИРУЕМЫХ АТМОСФЕР

Изобретение относится к реакторам для получения контролируемых атмосфер, применяемых в химии, нефтехимии, машиностроении, позволяет повысить качество экзотермической контролируемой атмосферы за счет снижения содержания следов метана и окислов азота, снижения габаритов и повышения производительности реактора. Реактор для получения экзотермических контролируемых атмосфер содержит металлический корпус, выполненный с отверстием отвода продуктов конверсии и патрубком подвода исходной смеси углеводородного газа с воздухом. Он снабжен реакционной камерой с газопроницаемыми стенками, размещенной внутри корпуса и состыкованной с камерой стабилизации, размещенной вне корпуса и выполненной в виде металлического футерованного патрубка с водоохлаждаемой рубашкой, при этом выходное отверстие отвода продуктов конверсии совмещено с отверстием ввода этих продуктов в камеру стабилизации, а газопроницаемая стенка выполнена со сквозными криволинейными каналами переменного сечения. 1 табл. 2 ил.

Формула изобретения SU 1 720 185 A1

РЕАКТОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИХ КОНТРОЛИРУЕМЫХ АТМОСФЕР, содержащий металлический корпус с отверстием отвода продуктов конверсии и патрубком подвода исходной смеси углеводородного газа с воздухом, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности реактора за счет снижения содержания следов метана и окислов ацетата, он снабжен реакционной камерой с газопроницаемыми стенками, размещенной внутри корпуса, и состыкованной с ней камерой стабилизации, расположенной вне корпуса и выполненной в виде металлического футерованного патрубка с водоохлаждаемой рубашкой, при этом выходное отверстие отвода продуктов конверсии совмещено с отверстием ввода этих продуктов в камеру стабилизации, газопроницаемая стенка выполнена со сквозными криволинейными каналами переменного сечения, среднее расстояние между которыми соотносится к толщине стенки как 1:(4-20), отношение внутреннего объема реакционной камеры к объему камеры стабилизации составляет как 1: (0,4-1,9), а в среднем поперечном сечении реакционной камеры отношение площади зазора между корпусом и газопроницаемыми стенками к живому сечению реакционной камеры составляет не менее 1:1,5.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1995 года SU1720185A1

Васильев С.З
и др
Установка экзогаза, М.: Энергия, 1977, с.14, рис
Приспособление для точного наложения листов бумаги при снятии оттисков 1922
  • Асафов Н.И.
SU6A1

SU 1 720 185 A1

Авторы

Васильев С.З.

Полевой П.П.

Артемьев В.Д.

Носач В.Г.

Маергойз И.И.

Пушкарев Л.И.

Чмель В.Н.

Родионов В.И.

Даты

1995-09-20Публикация

1990-03-20Подача