Установка для получения водородсодержащего газа

 

Изобретение может быть использовано при производстве аммиака, метанола и позволяет повысить взрывои пожаробезопасность при аварийной разгерметизации оборудования. Установка содержит конвертор углеводородов с подводящими и отводящими трубопроводами конвертируемого газа и систему парообразования в виде парогенератора и паросборника, снабженную подводящими и отводящими трубопроводами , подключенные к источнику тепла в виде ядерного реактора, При этом трубопроводы конвертируемого газа размещены внутри трубопроводов системы парообразования и выполнены с соотношением площадей сечений, обратно пропорциональным плотностям сред, и отношением диаметров трубопроводов, равным или большим. Кроме того, паросборник размещен над конвертором и снабжен клапанами выпуска воды, ориентированными в направлении конвертора и связанными с установленными на нем датчиками загорания. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. 1 табл. На опорах 1 и 2 размещены соответственно конвертор 3 углеводородов и парогенератор 4, соединенные трубопроводами 5 и 6 с -источником тепла в виде ядерного реактора (не показано) и трубопроводом 7 теплоносителя между собой. На опоре 2 установлен компрессор 8 для циркуляции теплоносителя . К конвертору 3 подключены подводящий 9 и отводящий 10 трубопроводы конвертируемого газа Парогенератор 4 соединен подводящим 11 и отводящим 12 трубопроводами с паросборником 13 и образует вместе с ним систему парообразования . & О со N CJ

CQiQ3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (I>s В 01 J 8/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОГКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4661809/26 (22) 13.03.89 (46) 15.03,91. N- 10 (71) Государственный научно-исследовательский и проектный институт азотной промышленности и продуктов органического синтеза и Московский инженерно-строительный институт им. В. В. Куйбышева (72) Е. П, Евланников, В. Б. Николаевский.

М. И. Стрижевский, Л. В. Узенева, В. Н. Федотов и С. l0. Чернявский (53) 66.623(088.8) (56) Лейбуш А. Г. и др. Производство технологического газа для синтеза аммиака и метанола из углеводородных азов. М . Химия, 1971, с. 151-154.

Сявриков А. Я.. Гохгут Л. Ф. и др Вопросы атомной науки и техники. Сер. атомноводородная энергетика и технология, 1987, вып. 1, с. 22-26. (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧEÍÈß ВОДОРОДСОДЕ Р КАЩ ГO ГАЗА

Изобретение относится к конструкции установок для получения водородсодержащего газа путем паровой конверсии углеводородов и может быть использовано в производствах аммиака, метанола и других областях химической и нефтехимической промышленности.

Целью изобретения является повышение взрыво- и пожаробезопасности при аварийной разгерметизации оборудования.

На чертеже приведена схема предлагаемой установки.

„„. Ы„„1634310 А1 (57) Изобретение может быть использовано при производстве аммиака. метанола и позволяет повысить взрыво- и пожаробезопасность при аварийной разгерметизации оборудования. Установка содержит конвертор углеводородов с подводящими и отводящими трубопроводами конвертируемого газа и систему парообразования в виде парогенератора и паросборника, снабженную подводящими и отводящими трубопроводами, подключенные к источнику тепла в виде ядерного реактора, При этом трубопроводы конвертируемого газа размещены внутри трубопроводов системы парообразования и выполнены с соотношением площадей сечений, обратно пропорциональным плотностям сред, и отношением диаметров трубопроводов, равным или большим 7.

Кроме того, паросборник размещен над конвертором и снабжен клапанами выпуска воды, ориентированными в направлении конвертора и связанными с установленными на

HPì датчиками загорания. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1 табл, На опорах 1 и 2 размещены соответственно конвертор 3 углеводородов и парогенератор 4, соединенные трубопроводами 5 и 6 с источником тепла в виде ядерного реактора (не показано) и трубопроводом 7 теплоносителя между собой, На опоре 2 установлен компрессор 8 для циркуляции теплоносителя. К конвертору 3 подключены подводящии 9 и отводящий 10 трубопроводы конвертируемого газа. Парогенератор 4 соединен подводящим 11 и отводящим 12 трубопроводами с паросборником 13 и образует вместе с ним систему парообразования.

1634310

Трубопроводы 9 и 10 конвертируемого газа размещены внутри трубопроводов 11 и

12 системы парообразования.

Трубопроводы системы парообраэования и конвертируемого газа выполнены с отношением площадей сечений, вычисленным по формуле, полученной в результате теоретических и эксперимент тальных исследований

Sn n mn Z 2) 2

1 — — — — — Т e-, (1) н где Sn — площадь сечения трубопровода системы парообразования;

Sr — площадь сечения трубопровода конвертируемого газа;

mn — молекулярный вес пара; п — молекулярный вес конвертируемого газа;

Zn — молярная концентрация пара в трубопроводе системы парообразования (Zn= 1)

ZHg — молярная концентрация водорода

s трубопроводе с конвертируемым газом; рл — плотность пара в трубопроводе системы парообразования; р — плотность конвертируемого газа;

Zn — молярная концентрация пара в смеси конвертируемый газ — пар — воздух при струйном истечении;

2н — молярная концентрация водорода в смеси конвертируемый газ — пар — воздух при струйном истечении.

Отношение площадей сечений трубопроводов системы парообраэования и конвертируемого газа обратно пропорционально плотностям сред в этих трубопроводах, Указанные трубопроьоды мо у; быть расположены друг относительно друга коаксиально, Для круглых сечений трубопроводы сис1емы парообраэования и конвертируемого газа выполнены с отношением диаметров

Ор/Dr 7 Dn/Dr

На трубопроводе 9 установлен с леситель 14 природного газа с паром соединенный трубопроводом 15 с паросборником

13. Паросборник 13, имеющий патрубок

16 входа питательной воды, размещен над конвертором 3 и снабжен клапанами 17 выпуска воды. ориентированными в направлении конвертора 3. Клапаны 17 связаны с установленными на конверторе 3 датчиками

18 загорания помощью цепей 19 управления, Парогенератор 4 может иметь пароперегревающую секцию.

Установка работает следующим образом, Теплоноситель, например гелий с температурой 900 С поступает от ядерного реактора по трубопроводу 5 в конвертор 3 углеводородов, где отдает тепло конвертируемому газу, и затем с температурой

700 С по трубопровду 7 — в парогенератор

4. Охлажденный теплоноситель возвращается в ядерный реактор по трубопроводу б компрессором 8. Природный газ смешивается с водяным паром, производимым в системе парообразования, в смесителе 14 и подается по трубопроводу 9 в конвертор

3, где протекает каталитическии процесс паровой кон ерсии углеводородов с образованием водородсодержащего газа, который отводится по трубопроводу 10.

Питательная вода из паросборника 13 проходит по кольцевому зазору, образованному трубопроводами 10 и 12 и поступает в парогенератор 4. Пар из парогенератора 4 проходит по кольцевому зазору, образованному трубопроводами 9 и 11, и направляется в паросборник 13. Возможно заполнение паром и межтрубного пространства, образованного трубопроводами 10 и 12.

При аварийной разгерметизации трубопроводов 9 и 10 конвертируемого газа горючие газы метан, водород и оксид углерода поступаютв водо- или паропровод, или в зависимости от величины давления сред, пар поступает в конвертируемый газ, В любом случае обеспечивается взрывобе ппасность установки ввиду отсутствия контакта горючих газов с воздухом.

При наиболее оспасной аварии — одновременном полном поперечном разрыве трубопроводов 9 и 11 или 10 и 12 вместе с истечением в атмосферу взрывоопасных газов происходит истечение водяного пара с образованием неззрывоопасной парогазовоэдушной смеси. Невзрывоопасность парогазовоздушной с леси обеспечивается соотношением расходов вытекающих пара и горючих газов, определяемым размерами проходных сечений наружного и внутреннеla трубопроводов О, 70 .

При этом пар смешивается с конвертируемым газом в истекающей струе в таком соотношении. что; и всех представляющих практический интерес режимах работы установки газовая смесь не может воспламеняться.

В таблице приведены значения отношений концентраций пар — водород в смеси с воздухом при аварийном струйном истечении в атмосферу конвертированного газа и пара при различных отношениях On/Dr u равенстве рабочих давлении в трубопрого16343 10 дах, определяемом необходимостью их дальнейшего смешения. В качестве критерия . невоспламеняемости принято усло2п

1 вие — ) 13,5, полученное путем анализа

Z4 воспламеняемости смесей водородсодержащего конвертируемого газа с паром.

Температура сред в трубопроводах принята одинаковой.

Из данных тиблицы видно. что при отношении диаметров трубопроводов системы парообразования и конвертируемого газа равным или больше 7 обеспечивается невоспламеняемость парогазовоздушной смеси, образующейся при аварийном полном поперечном разрыве трубопроводов.

Верхний предел соотношения диаметров трубопроводов определяется в каждом конкретном случае, исходя из технико-экономических показателей.

Для представляющих практический интерес режимов работы установки соотношение диаметров выше 9 нецелесообразно.

При нарушении герметичности конвертора 3 углеводородов, выходе в атмосферу и возгорании горючих газов сигнал от датчиков 18 загорания по цепям 19 управления поступает к клапанам 17 выпуска воды, vcтановленным на паросборнике 15 и ориен- 30 тированными в направлении конвертора.

При открытии клапанов 17, вода в мелкодисперсном состоянии и пар под действием давления в паросборнике 15 создают облако вокруг конвертора 3, обеспечивающее затухание пламени.

Предлагаемая установка обеспечивает повышение вэрыво- и пожаообеэопасности по сравнению с известной. Указанный эффект достигается не путем введения дополнитель- 40 ных узлов и приспособлений. а использованием имеющихся узлов по двойному назначению. Технологические паропроводы используются в качестве дополнительной защитной оболочки трубопроводов с горючими газами и как средство для устранения возможности загорания этих газов при аварийном истечении в атмосферу.

Выполнение трубопроводов с предлагаемым соотношением размеров приводит к достижению нового эффекта, а именно к образованию невзрывоопасных парогазовоздушных смесей при аварийной разгерметизации трубопроводов.

Паросборник также приобретает новую функцию как средство пожаротушения.

Формула изобретения

1. Установка для получения водородсодержащего газа путем паровой конверсии углеводородов. содержащая конвертор с подводящими и отводящими трубопроводами конвертируемого газа и систему парообразования в виде парогенератора и паросборника. снабженную подводящими и отводящими трубопроводами, подключенные к источнику тепла, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения взрыво- и пожаробезопасности при аварийной разгерметизации оборудования, трубопроводы конвертируемого газа размещены внутри трубопроводов системы парообраэования, выполнены с соотношением площадей сечений обратно пропорциональным плотностям сред и отношением диаметров трубопроводов, равным или большим 7.

2. Установка по и. 1, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что паросборник размещен над конвертором и снабжен клапанами выпуска воды, ориентированными в направлении конвертора и связанными с установленными на нем датчиками загорания.

Составитель А.Телесницкий

Редактор Ю.Середа Техред М.Моргентал Корректор А.Осауленко

Заказ 713 Тираж 343 Подписное

В ИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

Н

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

Производственно-издательский комбинат™Патент". r, Ужгород, ул.Гагарина, 101