Реактор для получения синтез-газа и способ его получения

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„.SU„„1634127 (ц) В 01 J 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4355034/26 (22) 17. ) 2. 87 (31) 8617926 (32) 18.12.86 (33) FR (46) 07.03.91. Бюл.li 9. (71) Энститю Франсэ Дю Петроль (FR) (72) Поль Гато, Мишель Мот, Ален Фегье и Эдмон Пертюис (FR) (53) 66.023(088.8) (56) Патент СНА li. 4618451, кл. 252-373, 1985. (54) РЕАКТОР ДПЯ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕЗ"

ГАЗА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ. Изобретение относится к способу и устройству, работающему по пламенному методу, для получения синтез-газа, Целью изобретения является интенсификация процесса.

На фиг.l представлен реактор, включающий цилиндрическую нористук стенку, продольный разрез; на фиг.2— реактор, состоящий из двух частей, продольный разрез, на фиг.3 — реактор, состоящий иэ нескольких реакционных эон, со стенками из пористого материала, продольный разрез; на фиг.

4 — разрез А-А на фиг.31 на фиг.5— пористый элемент в виде нескольких блоков; на фиг.6 — пбристый элемент с перегородкой; на фиг.7 - разрез

Б-Б на фиг.6.

Реактор 1 содержит горелку (форсунку) 2, которая может состоять иэ нескольких труб 3. Некоторые иэ этих труб могут служить для введения окис2 (57) Иэобретение 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 крайией мере часть реактора. 2 с. и 8 s.ï.ô-лы, 7 ил. ляющего газа, содержащего кислород, а другие — для введения горючего.

Трубы 3 (фиг.)) 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 гаэ) 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

1634127

50 исключаю гся, так как они уменьшают эффективность канн< рсии (заморажиИ ванне реакций) и могут приводить к накоплении углер,па. B данном слудля загрузки горелки метаном и кислородом °

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

Реактор работает следуюг(им образом.

Кислород, поступающий по трубопроводу 11 попадает в зону 12 и проходит через паристую стенку, подавая таким образом через нее кислород.

Кислород проникает в реакционнуи зону 9 и участвует в реакции для достижения полной конверсии метана в

СО, Н, СО и Н !1. 15

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. Наппример, пористасть 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 Форс упки 2 пористая стенка может быть продолжена за счет гер. метичной 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 бьггь реализовано либо за счет трубопровода 6 горелки, либо за счет трубопровода 11 загрузки зоны 12. 45

Внутренние стенки корпуса могут бьггь предпочтительно покрыты защитным, противоизлучаишим слоем 14 или тепловой защитой.

Это устройство имеет несколько преимуществ. Газ, который проходит через пористую стенку, нагревается и таким образом охлаждаст эту стенку. Тем не менее, при получении синтез-.газа слишком холодные стенки 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 теплообменов, 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 реак" тора 20, которая охватывает верхний конец 18 вьггянутого элемента 16 и ограничена наружной стенкой 21 вытянутого элемен".à 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 элкентов из первой части реактора.

Это отверстие расположено по оси

24 горелки, которая также представляет собой ось реактора.

Выходящий из отверстия 19 поток отклоняется s сторону куполом 23 на

180 и движется во вторую часть реак16341 7

30 тор» 20, следуя вдоль внутренней с гс ики вытянутого элемента 16 для выхола по трубопроводам 25.

Купол 23, который представляет со-.

5 бой экраиирующую стенку, ныполнен иэ пористого материала, в известных случаях огнеупорного, и служит для ввода другой части окисляющего газа по трубопроводу 26 форсунки.

Поверхность 27 купола 23, 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 н 20 наружный корпус 31, который охватывает весь реактор, вкл чая трубопроводы 30 для ввода кислорода, трубопроводы 25 для вывода потока в камеру для форсунки 2. 25

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

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

Согласно этому способу реализации сажа, выходящая иэ первого реактора, собирается на пористой стенке в форме купола.

Слой саки увеличивается за счет коалесценции, и фактически сажа мо- 40 жет быть более легко собрана на этой стенке.

В пористом куполе 23, контактирующем с реактором, проходящий его кислород предварительно подогревается, 45 что позволяет осуществлять дополнительное окисление собранной на внутренней стороне купола сажи. Также можно принимать но внимание каталитическое ноздейстние пористого матерна- 50 ла, который может включать, например, циркон.

Сажа задержинается на пористой стенке, повторно сжигается за счет окислителя, который просачивается сквозь поры. Тем не менее, форма реактора (фиг,1) неблагоприятна для сцепления. Форма реактора, представленная на фиг.2, более эффективна, причем сака попадает на с тс ику пс— верхности 27 череч отверстие 19, ио часть сажи поднер(ается опасности быть увлеченной с элюентами.

Способы реализации пористой стенки облегчают сцепление саки и IIIIncледствии ее удаление за счет окисления благодаря окислителей, проникающему череэ эти пористые стенки.

Согласно этим способам реализации увеличивается соотношение поверхность/объем.

Пористый элемент 35 (фиг.3) 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 Аорму каналов, точнее труб. Вторичные каналы 37 могут загружаться дополнительным окислителем через камеру 38 загрузки, ограниченную корпусом 39, окружающим другой корпус 40, в котором располокен пористый элемент 35. Корпус 40 имеет отверстия 41 для загрузки вторичных каналов 37.

Сака, которая отлагается на стенках первичных каналов 36, окисляется окнслителем, проходящим иэ вторичных каналов 37.

Пористь.й элемент 35 может быть моноблочным или многоблочным, что облегчает промьш леиную реализацию.

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

Вторичные каналы реализуются эа 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 иэ 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.

1634127 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.

1О

Каналы могут быть смещены и иметь ра з личные диаме т ры.

Формула изобретения

1. Реактор для получения синтезгаэа, включающий вертикальный корпус, средства для ввода окислителя и горючего и вывода готового продукта, 20 отличающийся 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— ю щ и Й с я тем, что пористая стенка выполнена в виде цилиндрического стакана с укрепленным на открытом торце средством для ввода горючего и части окислителя, при этом порис- 35 тый стакац снабжен трубопроводом для вывода продуктов.

3. Реактор по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю шийся тем, что днище пористого цилиндра выполнено частично пористым для подвода части окислителя.

4. Реактор по пп.l-3, о т л и— ч а ю шийся тем, что пористь|е

"таканы установлены концентрично, при этом наружный стакан своими цилиндрическими стенками плотно примыкает к внутренней стенке реактора.

5. Реактор по пп.1-4, и т л и— ч а ю шийся тем, что пористая стенка выполнена из материала, обладающего каталитическими свойствами, например циркона.

6. Реактор по пп.1-5, о т л и— ч а ю щ и v. с я тем, что пористые стенки выполнены иэ моноблоков.

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

S, Реактор по п.7, о т л и ч а— ю шийся 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, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью интенсификации процесса, вводят дополнительный поток окисляющего газа.

10. Способ по п.9 о т л и ч а юшийся тем, что дополнительный поток окисляющего газа содержит кислород и водяной пар.

Ih) il27

Фиг.!

Риг 2

37

36

У

1634127

Д

Риг б

Ю .7

Составитель k.Кацовская

ТехредЛ.Олийнык Корректор H.Påâñêàÿ

Редактор И,ВЬакова

Заказ 624 Тираж 322. . Подписное

ВЯИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ CCCF

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

ПроизводствеHH0-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101