Реактор гомогенного пиролиза углеводородов

 

ОПИС

ИЗ ОБРЕ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлеио280766 (21) 1093063/23-26 с присоединением заявки ¹(23) ПриоритетОпубликоваио1506.79. Бюллетень ¹22

Дата опубликования описания 1806.79 (51)M. Кл.

В 01 Z 1/00

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий,(53) УДК 66.023.2. ,092, 1: 661,,715 (088.8) (72) Автор изоб )етени я

В.Ф. Попов (71) ЗойвИТФЛь Северодонецкий филиал Государственного института азотной промышленности (54) РЕАКТОР ГОМОГЕННОГО .ПИРОЛИЗА УГЛЕВОДОРОДОВ

Изобретение относится к устройствам для термической переработки углеводородного сырья и предназначено для получения ацетилена из природного газа или ацетилена и этилена из жидких углеводородов.

Известен способ гомогенного пиролиэа углеводородов, заключающийся в том, что йутем непрерывного сжигания топлива с газообразным окислителем в камере сгорания получают горячий дымовой газ (гомогенный теплоноситель)> к нему добавляют жидкий, газообразный или парообразный углеводород, быстро смешивают, а затем про-. дукты реакции подвергают резкому охлаждению (закалке) . К исходному сырью может добавляться водород, углекислый: гаэ или водяной пар.

Известен реактор, содержащий ци,линдрическую камеру сжигания, камеру смешения с отверстиями для впрыска сырья, реакционный канал и закалочное устройство. Для получения дымовых газов топливо и окислитель вводят2 раздельно в камеру сгорания через несколько, касательно расположенных отверстий, находящихся в различных плоскостях, затем дымовые газы с большой скоростью проходят суженный

2 участок зоны смещения, куда через р@ц отверстий впрыскивается углеводородное сырье.

Такие реакторы не обеспечивают полноты сгорания в связи с раздельным введением топлива и окислителя в различных плоскостях камеры сгорания.

Это приводит к снижению эффективности процесса пиролиза и повышенному сажеобраэованию. Кроме того, для смешения сырья с продуктами сгорания в известных конструкциях реакторов используется принцип трубы Вентури.

При.:постройке реакторов на большую производительность такой принцип смешения оказывается неудовлетворительным.

Предлагаемый реактор интенсифицирует процесс смешения и пиролиэа, а также значительно увеличивает единичную производительность реактора. Это достигается тем,. что камера смешения имеет вид кольцевого сопла с торои,цальными полостями в критическом сечении, а камера сжигания выполнена в виде конуса, снабженного в верхней части тангенциальными тоннелями и эжекционными горелками.

Предварительное смешение топлива с окислителем в эжекционных горел249346 ках и последующее сжигание газовой смеси в тоннелях и верхней части корпуса обеспечивает полноту сгорания с получением максимальных температур. в нижней части конуса, куда через кольцевое сопло, снабженное т0роидальными полостями, вдувается лулъсирующий поток углеводородного сырья. Возбуждаемые в реакторе акустические колебания интенсифицируют процессы тепло- и массообмена, а также способствуют коагуляции мельчай- Ю ших частичек сажи и предотвращают ее отложение на внутренних поверхностях реакционного канала.

На фиг. 1 изображен предлагаемый реактор, разрез; на фиг. 2 — разрез 15

A-А фиг. 1.

Рабочее положение, реактора вертикальное. Он состоит из верхней части — кольцевого сопла, средней части — камеры сжигания с реакционным каналом и нижней части - эакалочного устройства.

Сопло реактора содержит корпус 1, снабженный патрубком 2 для подачи углеводородного сырья и охлаждающей рубашкой 3 с распределительными трубками 4. Внутри корпуса концентрически расположены трубы 5 и 6. Внешняя труба 6 в верхней части имеет пат" рубок >, а на нижнем конце несет полый эллиптический вкладыш 8. Кольцевое сопло, образованное стенкой корпуса l и вкладышем 8, снабжено в критическом сечении тороидальными полос тями 9. Для охлаждения корпуса вода поступает в верхний патрубок охлаждаю-85 щей рубашки 3 и через распределительные 9рубки 4 направляется на охлаждае" мую поверхность, а затем, пройдя межтрубное пространство, удаляется по нижнему патрубку рубашки. Для охлаж- 40 дения центральной части сопла вода поступает по трубе 5 и удаляется по патрубку 7.

Камера сжигания, соединенная нижней частью с реакционным каналом 10 45 содержит конус l l тангенциально расположенные горелочные тоннели 12, патрубок 13 для запального устройства и эжекционные горелки. Последние состоят иэ активного сопла 14, приемной камеры с патрубком 15, камеры 16 смешения и охлаждаемого насадка 17.

Конус 11.камеры сжигания и реакционный канал выполняются либо из огнеупорного материала (двуокиси циркония, карборунда и т.п.), либо из жа- 55 ропрочной стали и снабжаются охлаждающей рубашкой.

Закалочное устройство содержит корпус 18 с патрубками 19 и 20 и коллектор с форсунками 21. 60

Реактор работает следующим образом.

Природный или любой другой горю.чий гаэ под давлением через активное сопло 14 эжекторов и приемную 65 камеру поступает в камеру 16 смеше ния. Сюда же по патрубку 15 приемной камеры зжектируется кислород или воздух и за счет высокой турбулентности потоков происходит смесеобраэование. Далее газовая смесь через охлаждаемый водой насадок 17 поступает в горелочные тоннели 12, где она воспламеняется. Насадок 17 стабилизирует фронт воспламенения газовой смеси на входе в тоннели 12 и пре-. дотвращает проскок пламени в горелку. Горение газовой смеси, начавшееся в тоннелях, завершается в конусе 11 камеры сжигания.

Сжигаемые потоки газовой смеси иэ тоннелей 12 поступают тангенциально в верхнюю часть конуса, в результате чего внутри конуса 11 создается вращающийся огненный факел с максимальной температурой в нижней части.

Исходное сырье (жидкие или газообразные углеводороды), предварительно подогретое до 400-.500 С и разбавленное водяным паром, поступает в реактор через патрубок 2, а затем через кольцевое сопло реактора, вдувается в зону максимальных температур.

Тороидальные полости 9 кольцевого сопла выполняют роль резонаторов.

-Попадая на кольцевое лезвие одного иэ резонаторов, поток углеводородных газов возбуждает в нем акустические колебания, которые усиливаются другим резонатором, работающим в противофазе с парами, и излучаются в камеру сжигания и реакционный канал, интенсифицируя процессы тепло- и массообмена между углеводородным сырьем и гомогенным теплоносителем.

В реакционном канале 10 происходит процесс пиролиза. Оптимальная температура реакции поддерживается соотношением углеводородного сырья с водяным паром. На выходе из реакционного канала газы пиролиза подвергаются резкому охлаждению (закалке) путем впрыска воды форсунками 21 .

Охлажденные газы пиролиза удаляются иэ реактора по патрубку 20, а вода с частичками сажи — по патрубку 19.

Для первоначального розжига реакто ра используется запальное устройство., которое вводится через патрубок

13, расположенный на. одном из тоннелей камеры сжигания. Воспламенившаяся газовая смесь поджигает затем все остальные горелки.

Формула изобретения

Реактор гомогенного пиролиза углеводородов для получения ацетилена или этилена, содержащий камеру смешения, камеру сжигания, реакционный канал и эакалочное устройство, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью интенсификации процесса пиролиэа, 49346 камера смешения выполнена в виде кольцевого сопла с тороидальными полостями в критическом сечении, а камера сжигания имеет форму конуса, снабженного в верхней части тенгенциальными тоннелями и эжекционными горелками.

249346

Составитель Н. Лебедева

Редактор Т. Колодцева Техред С. Мигай Корректор A Гриценкб

Заказ 3360/56 Тираж 876 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4