Устройство для производства синтез-газа

Устройство для производства синтез-газа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к устройствам для производства синтез-газа и позволяет повысить надежность и регулировать состав получаемого синтез-газа. Устройство содержит корпус, включающий камеру риформинга и камеру смешения большего диаметра. В камере риформинга размещены трубы с катализатором, а в камере смешения - технологические патрубки для подачи реагентов, при этом отношение расстояния от оси технологических патрубков до основания трубок с катализатором к диаметру окружности, описанной вокруг трубок с катализатором, составляет 0,15-1, технологические патрубки расположены под углом 5 - 15°. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

()9) ())) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

5 АЗ (5)) 4 В 01 3 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

BI ECQQ„"ИДЯ

AATEHTHа- 7 ;,, --,::„ ;. .1

Бl4t&/li,C .:

Н ПАТЕНТ .Ф

3 (р3

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2)) 4028090/23-26 (22) 05.09.86 (31) P 3532413.9 (32) 1).09.85 (33) ВЕ (46) 07.05.89. Бюл. № 17 . (71) УДЕ ГмбХ (ВЕ) (72) Ханс-Йоахим Херборт и Ханс-Дитер Марш (РЕ) (53) 66,071.2 (088.8) (56) Заявка ФРГ № 3244252, кл. В 01 J8/04,,1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА

СИНТЕЗ-ГАЗА (57) Изобретение относится к устройствам для производства синтез-газа

Изобретение относится к устройству для производства синтез-газа при повышенном давлении из углеводородов, в частности природного газа, лигроина и/или нефтепереработки, в части каталитического эндотермического риформинга.

Целью изобретения является повышение надежности и возможности регулирования состава получаемого син- . тез-.газа.

На фиг.! изображен реактор с подвешенными трубами для риформинга, разрез; на фиг.2 — реактор со стояI

Ф щими трубами для риформинга, разрез, на фиг.3 — сечение А-А на фиг.1 и 2;

Ф на фиг.4 — смесительная зона с установленными под углом подводящими

1.и позволяет повысить надежность и ре гулиро вать сос тав получаемо го синтез-газа. Устройство содержит корпус, включающий камеру риформинга и камеру смешения большого диаметра.

В камере риформинга размещены трубы с катализатором, а в камере смешения — технологические патрубки для подачи реагентов, при этом отношение расстояния от оси технологических патрубков до основания трубок с катализатором к диаметру окружности, описанной вокруг трубок с катализатором, составляет 0,15-1, технологические патрубки расположены под .о углом 5-15 . 3 з.п. ф-лы, 5 ил. устройствами, на фиг.5 — подводящее устройство, разрез.

Реактор содержит корпус 1, включающий зону риформинга и зоны окисления и смешения..В зоне риформинга размещены трубы 2, заполненные катализатором, в нижней части которых, в зоне окисления и смешения, установлены сопла 3. Корпус 1 снабжен входной камерой 4, включающей входящий патрубок 5, а также подводящими, устройствами 6, размещенными в зоне . окисления и смешения для подвода окислителя, углеводородов и пара.

OIar, диаметр и расположение сопел

3 имеют большое значение для требующегося расстояния плоскости сопел от плоскости подводящих устройств 6.

1478995

Скорость выхода, диаметр сопел и расположение нодводящих устройств 6 вместе с соотношением диаметра в свету смесительной зоны и диаметра окружности, огибакицей вокруг труб 2 для риформинга, обеспечивают существование потока, обозначенного стрелками. Достаточная протяженность смесительной эоны в осевом направлении является предпосылкой. необходимого времени нахождения реагирующего газа в этой зоне.

Устройство работает следующим образом. 15

Через входной патрубок 5 поступает первое частичное количество углеводородов, перемешанных с паром, во входную камеру 4 и распределяется по заполненным катализатором трубам 2 20 для риформинга. Смесь протекает через эти трубы с поглощением тепла ,.и превращением согласно реакции каталитического парового риформинга.

Риформированный гаэ, получившийся в результате частичной реакции, течет с большой скоростью из сопел 3 в смесительную камеру.

Введенные через подводящие устройства 6 среды, такие как окислитель, углеводороды, могут дополнительно содержать пар, реагируют как между собой, так и с газами окружающей среди.

Направление скорость и масса вве35 денных сред создают в смеснтельной зоне вихревой поток с вертикальной осью и с зоной пониженного давления в его центре. Определенное расположение создающих вихревой поток подводящих устройств 6 к соплам 3 обеспечивает то, что риформированный газ шлюзуется из сопел 3 в нижнюю часть смеситальной камеры, а также то, .что рийормированнкй и окислнтельный 4 газы при непрерывном перемешивании и реакции внутри вытекают по спирали, вблизи от дна смесительной камеры, отклоняются и по спирали текут обратно к направлении снабженной трубами части реактора для того, чтобы в виде

50 синтез-..газа из кольцевого простран» ства 7, образованного стенкой реактора и секцией труб для риформинга, войти s основном радиально вверх в секцию труб.

Кольцевое пространство 7, сужаю1 щееся В зоне не снабженных оболочкой частей 8 труб 2 для риформинга>обеспечивает то, что газы могут втекать в названную форму без препятствий со стороны газов, выходящих из сопел

3. В этой зоне синтез-газ отдает свое тепло трубам 2 для риформинга в основном за счет излучения. После вхождения в трубы-оболочки 9 теплопередача к трубам для риформинга является конвективной. Кольцевые зазоры между трубами-оболочками 9 и трубами 2 для риформинга выбираются такими, что синтез-газ охлаждается эа достаточно короткое время. Уста" новленные при этом скорости потока обеспечивают очень хорошую теплопередачу к трубам 2 для риформинга.

Синтез-газ, по возможности сильно охлажденный, покидает устройство через штуцер 10. Кольцевые зазоры устанавливаются и фиксируются с по" мощью распорных элементов 11, таких, например, как спирали, осепараллельные шины, провода или кулачки. Для того, чтобы добиться по возможности равномерного распределения синтезгаза по всем кольцевым зазорам, трубы 2 для риформинга снаружи и трубы-оболочки 9 внутри, преимущественно в зоне кольцевых зазоров обработаны. Распорные,элементы 11 позволяют

Ф различное расширение трубы-оболочки

9 и трубы 2 для риформинга Они позволяют далее трубам для риформинга по отдельности или всем вместе удаляться после открытия фланца 12 иэ труб-оболочек и вставляться в них соот" ветственно.

Между собой трубы-оболочки имеют опору друг относительно друга по меньшей мере в одной плоскости. Опоры 13 позволяют каждой трубе индивидуально растягиваться, Трубы-оболочки 9 на одной стороне открыты в сторону части парциального окисления, соответственно смесительной камеры и на другой стороне открыты в сторону выпускной камеры 14, Это обеспечивает разгрузку от давления разделительной плиты 15. Разделительная стенка 16 является основа" нием труб 2 для риформинга.

Из-за высоких температур в обеих частях реактора они снабжены надлежащей огнеупорной футеровкой 17, Обращенная к горячему газу сторо,на футеровки, вследствие..восстанавливающей атмосферы газов, должна быть технически свободна от Я О .

1478995 6 мешивании и реакции, текут по спирали е обратно вблизи от периферии смесительной камеры в направлении части реактора, снабженной трубами, для того, чтобы поступить в кольцевое пространство 7, ограниченное стенкой реактора и секцией труб для риформинга га и заполненное катализатором, а также пройти через слой катализатора.

Для того, чтобы защищить оболочку высокого давления в аварийном случа от высоких температур, устройство может снабжаться водяной рубашкой или установкой 111пренклера.

Устройство с камерой окисления и смешения, находящейся внизу, и с подвешенными трубами 2 для риформин (фиг.I) после установления катализаторных pQIBBToK на входе труб для риформинга, может устанавливаться и эксплуатироваться в обратном положении.

Первое частичное количество угле5 водородов, смешанных с паром, подается через входной патрубок 5 во входную камеру 4 и распределяется по заполненным катализатором трубам 2 (фиг,2) . Смесь течет через эти трубы с поглощением тепла и превращением, согласно реакции каталитического парового. риформинга, частичной реакции. Газ, получающийся в результате частичной реакции, течет с высокой скоростью из сопел 3 в смесительную" камеру. Выходная скорость, а также шаг, диаметр и расположение сопел 3 имеют большое значение для требующегося расстояния плоскости сопел 3 от плоскости подводящих устройств 6.

Скорости истечения, диаметр сопел и расположение подводящих устройств 6 совместно с соотношением диаметра в свету смесительной камеры и диаметра огибающей окружности вокруг труб 2

35 для риформинга обеспечивают существование (обозначенного стрелками) потока. Достаточная протяженность смесительной эоны в осевом направлении обеспечивает необходимое время для нахождения реагирующих газов в этой:зоне.

Введенные через подводящие устройства 6 среды окислитель и углеводороды>могут содержать пар, реагируют как между собой, так и с газами окружающей среды.

Направление, скорость и масса введенных сред создают в смесительной камере вихревой поток с вертикаль ной осью и с зоной пониженного давле,ния в его центре. Определенное расположение создающих вихревой поток .подводящих устройств 6 к соплам,3

55 обеспечивает то, что газы из сопел 3 шлюзуются в основном через центр вихревого пото%а в нижнюю часть смесительной камеры при непрерывном переКатализатор создает приближение к равновесию метана, благодаря чему остаточное содержание метана в газе уменьшается еще больше. Кроме тепла, потребляемого для этой реакции, газ передает тепло к расположенным в слое катализатора трубам 2 для риформинга.

Теплоотдача к трубам 2 для риформинга. в этой зоне может согласовываться с требованиями реакции, например, за счет внутренней или внешней изоляции и/или уменьшения диаметра труб соответственно за счет надлежащего выбора шага труб для риформинга, за счет размера первого кольцевого пространства 7 и/или выбранного объема катализатора. Газ, покидающий слой катализатора в кольцевом пространстве с- высокой температурой, протекает через насыпную массу некаталитических частиц, например, наполнительных частиц 18 при дальнейшей отдаче заметного количества тепла трубам 2.

Он входит в виде охлажденного готового газа через стенку 19 с отверстиями в выпускную камеру 14 и выходит оттуда через штуцер 1А.

3а счет выбора надлежащих ло форме и материалу наполнительных частиц может. достигаться как желаемая теплопередача, так и желаемая скорость охлаждения. Следующими возможными средствами для достижения этих целей являются выбор шага труб, использование больших тел вытеснения или применения поверхностей увеличенных труб 2.

Слой катализатора в кольцевом пространстве 7 лежит на наполнительных частицах 18, их несет на себе стенка 19 с отверстиями, которая опирается на трубы 2 риформинга. Можно также расположить эту опору непосредственно на разделительной стенке 16 или на стенке реактора. Трубы 2 для риформинга sa счет по меньшей мере одной перфорированной и секционированной распорной плиты 20 зафиксиро 1478995

30 ваны по их шагу, так что каждая труб а может расширяться индивидуально, Распорную плиту 20 несут на себе наполнительные частицы.

Устройство отличается также тем, что не требуется Аланец 12 аппарата (Аиг,1) ° Катализатор и наполнительные частицы 18 могут отсасываться через люк 21. Катализатор из труб может также выводиться шлюзованием через люк в камере 4,. если решетка катализатора 22 выполнена вынимаемой.

01есть подводящих устройств 6 расположены на одинаковом расстоянии на окружности смесительной камеры так, что напряжение их выходных сопел, показанное направлением газовых струй, образует с направлениями соответствующих радиальных струй, например, радиальной струи, угол Ы.. Газовые струи создают желаемый вихревой поток, обозначенный в основном стрелками (Фиг.З).

Газовые струи с наклоном под углом 25 5 к горизонтали поступают в смесительную камеру. Сопла подводящих устройств 6 образуют плоскость, в которой лежат все горизонтали. Расстояние h между этой плоскостью и плоскостью, образованной соплами 3 на концах труб 2 для риформинга, является важным, В случае необходимости подводящие устройства могут располагаться также не в одной, а в больше плоскостях.

Ведущие к . соплам 23 трубопроводы

24 для окислителя введены отдельно в подводящее устройство 6 (фиг. 5).

Частичное количество углеводородов подводится отдельно через трубопровод

25 к соплу 26. После вхождения в подводящее устройство все трубопроводы

24 и 25 окружены цилиндрической обо45 лочкой, сваренной с образующим стенку сопла дном 27, обращенным..к смесительной камере, и дном 28, а также дном 29. Проходы названных трубопроводов через днища 27-?9 также сварены. Через полое пространство 30, ограниченное оболочкой 31, названными днищами и названными трубопроводами, протекает. вода, которая входит через фланец 32, проходит через разделительную стенку 33 подвергающегоI ся наибольшей температурной нагрузке дна 27 и затем вновь выходит через Аланец 34.

Формула изобретения

1. Устройство для производства синтез-газа при повышенном давлении из углеводородов, в частности природного газа нефти или газа нефтепереработки, содержащее цилиндрический корпус переменного сечения, включающий камеру риформинга с размещенными в ней и обогреваемыми снаружи трубками, на основаниях которых расположен,i катализатор, и.камеру смешения большого диаметра, при этом трубки с катализатором одним концом закреплены в камере риформинга, а свободные-концы размещены в камере смешения, и технологические патрубки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и возможности регулирования состава получаемого синтез-газа, отношение расстояния от оси технологических патрубков до основания трубок с.катализатором к диаметру окружности, опи-. санной вокруг трубок с катализатором, составляет 0,13-1.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что технологические патрубки расположены под углом о к горизонтали 5-15, преимущественно . о от 0 до 10, а к радиусу смесительной камеры в горизонтальной плоскости

1-30, предпочтительно 5-20, при этом технологические патрубки имеют множество отверстий для истечения, шаг между которыми удовлетворяет соотношению t = d + 0,317 h, где

d — диаметр отверстий, h — расстоя,ние от оси патрубка до основания тру бок с катализатором, Ъ

3. Устройство по п. 1, о т л и —. ч а ю щ е е с я тем, что отношение диаметра смесительной камеры к диаметру окружности, описанной вокруг трубок катализатора, составляет 1,1-2.

4. Устройство по п,1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что катализатор в трубках расположен вблизи концов трубок, а сами трубки частично покрыты катализатором °

Г!

478995

1478995

1478995

Составитель Н.Кацовская

Редактор М.Бланар Техред Л.Сердюкова Корректор С.Шекмар

Заказ 2379/58 Тираж 486 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям.при ГКНТ СССР

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

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