Способ автотермической каталитической конверсии углеводородов и установка для его осуществления

 

Изобретение относится к технологии автотермической конверсии газообразных углеводородов и к структурным схемам установок на основе реактора автотермической конверсии для получения восстановительных атмосфер. С целью повышения восстановительной способности конвертированного газа в способе автотермической каталитической конверсии углеводородов, включающем разделение исходного воздуха на два потока, первый из которых смешивают с исходными углеводородами, а второй подают на смешение с продуктами окисления углеводородов и направляют полученную смесь в каталитическую зону, продукты окисления углеводородов подают в центральную часть каталитической зоны по оси реактора, а второй поток воздуха подают в периферийную часть зоны, причем коэффициент расхода первого потока воздуха выбирают в соответствии с условием α > α₁> α_c, где α - общий коэффициент расхода воздуха, a₁ - коэффициент расхода первого потока воздуха, α_c - коэффициент расхода воздуха на границе сажеобразования. 2 с.п. ф-лы, 4 табл., 1 ил.

Изобретение относится к технологии автотермической конверсии газообразных углеводородов и к структурным схемам установок на основе реактора автотермической конверсии для получения технологических восстановительных атмосфер. Целью изобретения является повышение восстановительной способности конвертированного газа. П р и м е р 1. Установка (см. чертеж) имеет реактор с камерой 1 катализа шахтного типа, заполненной катализатором. На входе в нее по оси расположен патрубок 2 ввода первичной смеси с подключенными к нему линиями 3 и 4 подвода углеводородного газа и первичного воздуха. По периферии камеры 1 расположен кольцевой коллектор 5 с отверстиями 6, ориентированными вдоль внутренней стенки футеровки 7 в сторону выхода, с подключенной к нему линией 8 подвода вторичного воздуха, имеющей регулировочный вентиль 9. Отверстия 6 для выпуска воздуха из коллектора 5 могут быть щелевыми (вплоть до кольцевой щели). Линии 4 и 8 являются ответвлениями линии подачи воздуха 10. На выходе из реактора расположен штуцер 11, соединенный с линией 12 отвода конвертированного газа. На линии 12 установлены датчики 13 сажи и 14 концентрации остаточного метана в продуктах конверсии, подключенные к входам управляющего блока 15, выход которого подключен к исполнительному механизму 16 вентиля 9 на линии 8 вторичного воздуха. П р и м е р 2. Установка работает следующим образом. В камеру катализа 1 через патрубок ввода первичной смеси 2 подают по линии 3 углеводородный газ, по линии 4 первый поток воздуха, второй поток воздуха при неизменном общем количестве подаваемого воздуха подают в кольцевой коллектор 5 с отверстиями 6, ориентированными вдоль внутренней стенки футеровки 7, по линии 8, регулируя соотношение подачи воздуха между двумя потоками с помощью вентиля 9. Весь поток воздуха до деления на два потока подают по линии 10. Компоненты первичной смеси реагируют на катализаторе в камере катализа 1 с выделением тепла. Второй поток воздуха проникает через отверстия 6 вдоль стенки футеровки 7 и частично окисляют продукт конверсии первичного потока и остаточный метан, проскакивающий в пристенном слое. Продукты окисления вторым потоком воздуха по ходу газа постепенно перемешиваются с основным потоком, образуя к выходу через штуцер 11 однородную газовую смесь, выходящую из камеры катализа по линии 12. Дополнительное тепло, выделяемое при окислении реагирующей смеси избыточным воздухом, повышает температуру в пристеночном слое и выравнивает температурную кривую в горизонтальных сечениях катализатора. Состав конвертированного газа анализируют датчиками 13 и 14, сигналы от которых подают в блок 15, в котором сравнивают сигнал датчика 13 с заданным нулевым уровнем концентрации сажи и при превышении этого уровня на исполнительный механизм 16 подают сигнал, ведущий к снижению расхода вторичного воздуха. При отсутствии сажи регулирование расхода вторичного воздуха ведут по сигналу датчика 14 путем экстремального регулирования в пределах α>α₁>α_c П р и м е р ы 3-8 способа автотермической каталитической конверсии углеводородов осуществлены на лабораторной установке при постоянном режиме работы реактора со следующими параметрами: Расход воздуха V_в 132 дм³/ч; расход природ. газа V_r 46 дм³/ч; общий коэффициент расхода воздуха α 0,30; объемная скорость (по природному газу) W 400 ч^-1; температура нагрева исходных веществ перед входом в реакционную зону 500^оС. Результаты осуществления способа в примерах 3-8 приведены в табл.1, где Г_общ., В_общ. и В₂ соответственно общие расходы природного газа, воздуха и расход вторичного воздуха, дм³/ч Δt₁, Δt₂, Δt₃ показания дифференциальных термопар соответственно в верхнем, среднем и нижнем участках реакционной зоны, ^оС, в графе "сажа" знак "+" означает наличие сажи, знак "-" ее отсутствие, СН₄ концентрация остаточного метана в конвертированном газе, от объема сухого газа, α общий коэффициент расхода воздуха; α₁ коэффициент расхода воздуха в первичной смеси. П р и м е р 3 осуществлен в соответствии с описанием способа-прототипа, весь воздух в смеси с природным газом подают на катализатор с температурой 500^оС, второй поток воздуха не подают. В примере 4 постепенно, начиная с нуля, увеличивают подачу второго потока воздуха до появления сажи (знак "+" в графе сажа). В примере 5 уменьшают подачу второго потока воздуха до исчезновения сажи. В примерах 6-8 устанавливают промежуточные значения В₂. Из табл. 1 следует, что подача второго потока воздуха во всех примерах снижает концентрацию остаточного метана, причем в числе бессажевых примеров существует оптимальный по В₂ (пример 6), параметры которого соответствуют условиям проведения процесса в соответствии с изобретением. Это подтверждено данными табл.2, в которой для примеров 3-8 приведены полные составы функции, рассчитанные по составу: П_н процент конверсии и (СО + Н₂), (СО₂ + Н₂О) восстановительная способность атмосферы. Из табл. 2 следует, что в примере 6 достигнута максимальная глубина превращения и обеспечено наибольшее повышение восстановительной способности конвертированного газа. Примеры 9 и 10 осуществлены на опытно-промышленной установке автотермической воздушной конверсии произ- водительностью 150 нм³/час. Результаты примеров осуществления сведены в табл. 3 и 4. Расходы газа и воздуха представлены в нм³/час. П р и м е р 9. Осуществлен на опытно-промышленной установке, конструкция которой выполнена согласно прототипу. Из табл.4 следует, что применение изобретения взамен прототипа позволяет повысить восстановительную способность атмосферы с 5,6 до 9,8 при соответствующем увеличении глубины конверсии с 90,4% до 93,3%

Формула изобретения

1. Способ автотермической каталитической конверсии углеводородов с получением технологической восстановительной атмосферы, включающий разделение исходного воздуха на два потока, первый из которых смешивают с исходными углеводородами, а второй подают на смешение с продуктами окисления углеводородов и направляют полученную смесь в каталитическую зону, отличающийся тем, что, с целью увеличения восстановительной способности целевого продукта, смешение второго потока воздуха с продуктами окисления углеводородов осуществляют путем подачи продуктов окисления углеводородов в центральную часть каталитической зоны по оси реактора, а воздуха в периферийную часть зоны, причем коэффициент расхода первого потока воздуха выбирают в соответствии с условием
α < α₁< α_c,
где α общий коэффициент расхода воздуха;
a₁ коэффициент расхода первого потока воздуха;
α_c коэффициент расхода воздуха на границе сажеобразования. 2. Установка для автотермической каталитической конверсии углеводородов с получением технологической восстановительной атмосферы, включающая футерованную камеру катализа, штуцеры ввода первого и второго потоков воздуха и углеводородов и вывода продукта, кольцевой коллектор со штуцером ввода второго потока воздуха, снабженный отверстиями, отличающаяся тем, что, с целью увеличения восстановительной способности целевого продукта, штуцер ввода углеводородов и первого потока воздуха расположен в центре камеры катализа, а штуцер ввода второго потока воздуха расположен по периферии камеры катализа со стороны воздуха, и отверстия коллектора ориентированы вдоль внутренней стенки футеровки в сторону выхода целевого продукта.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3