Изобретения -в жизнь!



Категории раздела

Мои статьи [82]
Биотопливо [2]
Ветрогенераторы [2]

Наш опрос

Оцените мой сайт
Всего ответов: 201

Статистика


Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0

Каталог статей

Главная » Статьи » Мои статьи

Способ получения синтез-газа и реактор пиролиза для получения синтез-газа (А.с. №2465305)
Изобретение относится к технологии получения синтез-газа, который может быть использован в нефтехимии для получения моторных топлив. Способ включает пиролиз углеводородного сырья, закалку газов пиролиза, утилизацию их тепла, при этом закалку газов пиролиза осуществляют инертным газом до температуры 500-600°С в течение 0,2-1 сек, пиролиз ведут при температуре 800-1600°С в течение 0,1-0,5 сек в жидкометаллическом теплоносителе. В качестве углеводородного сырья могут быть использованы метансодержащий и углекислый газы. Реактор пиролиза содержит помещенный в герметичный обогреваемый корпус тигель 1 с крышкой 2 и с жидкометаллическим теплоносителем 3, в который опущена керамическая трубка для подачи уплеводородного сырья. Концентрично керамической трубке установлен керамический стакан 5, днищем 6 прикрепленный к крышке 2, в днище 6 стакана 5 и крышке 2 выполнены сквозные отверстия 7, 8 для подвода закалочного газа в полость стакана 5 над жидкометаллическим теплоносителем 3 и отвода его в смеси с продуктами реакции, а в боковых стенках крышки 2 установлены патрубки 9, 10 для подачи продувочного газа в пространство вокруг стакана над расплавом и отвода его. Технический результат - получение заданного целевого продукта и упрощение аппаратурного обеспечения способа.  
Изобретение относится к способам получения синтез-газа, который может быть использован в нефтехимии для получения моторных топлив.
Известен способ получения синтез-газа, включающий высокотемпературную термическую обработку исходной смеси, содержащей один или несколько углеводородов и соединение с одним или несколькими элементами кислорода, где в качестве исходной смеси используют биогаз или метансодержащий и углекислый газ, а пиролиз исходной смеси проводят в жидкометаллическом теплоносителе при температуре 1420-1800°С. Образующийся синтез-газ выводят из зоны над поверхностью расплава и охлаждают любым известным способом, например, используют котел-парогенератор (см. патент РФ  2322385, С01В 3/32, опубл. 20.04.2008). Однако использование котла-парогенератора для охлаждения трудоемко и усложняет конструкцию.
В качестве прототипа принят способ получения ацетилена путем окислительного пиролиза углеводородного сырья с последующей закалкой полученных газов пиролиза горячей водой и утилизацией их тепла (авт. свид. СССР 1740361, С07С4/74, 11/02, опубл. 15.08.1992. Газы пиролиза закаливают до 800°С водой с температурой 90-100°С, отношение скорости газов и скорости воды 18-30. Тепло газов пиролиза утилизируют после закалки подачей их в трубчатый теплообменник со скоростью 50-70 м/с.
Повышается выход целевого продукта, снижается сажеобразование и потери тепла.
Однако закалка газов водой требует специальных устройств, что усложняет аппаратурное обеспечение способа. Практически невозможно получить химический состав получаемого синтез-газа в нужных пределах.
В качестве прототипа к устройству принята установка для получения пироуглерода (патент РФ  90779, С01В 31/02, опубл. 20.01.2010), включающая реактор пиролиза, содержащий помещенный в обогреваемый корпус тигель с крышкой и с жидкометаллическим теплоносителем, в который опущена керамическая трубка для подачи углеводородсодержащего сырья. Отвод продуктов реакции осуществлен через боковую стенку в накопитель и окружающую среду, охлаждение и закалка газов пиролиза не предусмотрены.
Предлагаемым изобретением решается задача создания способа и установки, реализующих процесс с охлаждением и закалкой отходящих газов. Технический результат-получение заданного целевого продукта при упрощении аппаратурного обеспечения способа.
Этот технический результат достигается тем, что в способе получения синтез-газа, включающем пиролиз углеводородного сырья, закалку полученных газов пиролиза, утилизацию их тепла, закалку газов пиролиза осуществляют инертным газом до температуры 500-600°С в течение 0,2-1 сек; пиролиз углеводородного сырья ведут при температуре 800-1600°С в течение 0,1-0,5 сек; пиролиз осуществляют в жидкометаллическом теплоносителе; в качестве углеродсодержащего сырья используют метансодержащий и углекислый газы;
в реакторе пиролиза для получения синтез-газа, содержащем помещенный в герметичный обогреваемый корпус тигель с крышкой и с жидким теплоносителем, в который опущена керамическая трубка для подачи углеводородного сырья, концентрично трубке установлен стакан, днищем прикрепленный к крышке, в днище стакана и крышке выполнены сквозные отверстия для подвода закалочного газа в полость стакана над расплавом теплоносителя и отвода его в смеси с продуктами реакции, а в боковых стенках крышки установлены патрубки для подачи продувочного газа в пространство вокруг стакана над расплавом и отвода его.
Закалка инертным газом, аргоном или гелием, влияет на количественный выход целевого продукта, особенно при получении ацетилена/этилена, важно остановить закалку именно в нужный пик, а закалку вести с высокой скоростью, т.е. «затормозить» процесс или «остановить» химический состав в нужных пропорциях. Поэтому важен предлагаемый режим закалки.
Предлагаемая установка для реализации способа упрощает его аппаратурное обеспечение. Реактор пиролиза для получения синтез-газа приведен на чертеже (фиг.1).
Он содержит помещенный в герметичный корпус тигель 1 с крышкой 2, с жидким теплоносителем 3, в который опущена керамическая трубка 4 для подачи углеводородсодержащего сырья. Концентрично керамической трубке 4 установлен керамический стакан 5, днищем 6 прикрепленный к крышке 2, в днище стакана 5 выполнены сквозные отверстия 7, 8 для подвода закалочного газа в полость стакана 5 над расплавом теплоносителя и отвода его в смеси с продуктами реакции, а в боковых стенках крышки 2 установлены патрубки 9, 10 для подачи продувочного газа в пространство вокруг стакана над расплавом и отвода его. Нагрев тигля 1 осуществляется индуктором 11.
Способ осуществляют следующим образом.
Подачу исходного сырья (метана СН4 и углекислого газа СO2) осуществляют после продувки системы аргоном или гелием через патрубки 9,10, чтобы исключить образование взрывоопасной смеси вокруг стакана 5. Смесь газов поступает в режиме барботажа в трубку 4, опущенную в тигель, где находится жидкометаллический теплоноситель, имеющий температуру 800-1600°С. Время контакта сырья с расплавом 0,1-0,5 сек. За это время сырье успевает прогреться до температуры расплава и полностью прореагировать. Температуру расплава поддерживают при помощи индуктора 11 промышленной частоты. Образующийся газ, имеющий температуру порядка 900-1000°С выводят в зону над поверхностью расплава жидкометаллического теплоносителя. В эту зону вокруг стакана вводят продувочный газ, чтобы избежать образования взрывоопасного газа. Через отверстие 7 подают закалочный газ, аргон или гелий, который удаляют через отверстие 8 вместе с продуктами реакции Охлаждение продуктов реакции при закалке осуществляют до температуры 500-600°С, чтобы остановить реакции.
В зависимости от процесса продуктами реакции могут быть: водород, этилен, ацетилен, углерод и др. Утилизацию тепла отходящих газов осуществляют в трубчатых теплообменниках известными способами.
Пример осуществления способа.
Систему продували газом аргоном. В эксперименте в качестве исходного сырья использовали смесь газов метана СН 4 и углекислого газа СO2 в разных соотношениях в мас.% СН4 и 75 СO2 до 75 Н4 25 СO2, в среднем 50 СН4 и 50 СO2 . Смесь подавали через керамическую трубку в жидкометаллический теплоноситель с температурой 1000°С в режиме барботажа. Через 0,5 сек образующийся газ выводили в объем стакана 5 над теплоносителем под крышку 2, где их закаливали до температуры 500-600°С в течение 0,2-1 сек, т.е. процесс вели достаточно быстро, что соответствовало скорости охлаждения порядка 1000°С/сек. Фиксировали состав полученной смеси газов с помощью хроматографа. На графике (фиг.2) показан процесс получения синтез-газов в эксперименте в координатах температура процесса - содержание компонентов в мас.%. Видно, что идет быстрое охлаждение газом с температуры 1000°С и в районе температуры 600°С реакции замедляются, а после идет охлаждение с утилизацией тепла в теплообменнике. На графике виден состав равновесной смеси при 700, 600 и 500°С.
Экспериментально установлено, что при температуре ниже 500° и выше 600°С может вызвать в газовой смеси прохождение обратных процессов. Время менее 2 сек сложно зафиксировать с технической точки зрения, а более 1 сек - также может вызвать обратные процессы.
При температуре теплоносителя ниже 800°С пиролиз метана идет очень медленно, выше 1600°С - происходит избыточный перегрев, большие теплопотери. Время менее 0,1 сек не обеспечивает полного прохождения реакции, а более 0,5 сек - реакция закончится и продукты реакции будут находиться лишнее время при температуре реакции.
Изобретение найдет преимущественное применение в экспериментальных установках для изучения процесса пиролиза углеводородсодержащего сырья.

Формула изобретения
1. Способ получения синтез-газа, включающий пиролиз углеводородного сырья, закалку газов пиролиза, утилизацию их тепла, отличающийся тем, что закалку газов пиролиза осуществляют инертным газом до температуры 500-600°С в течение 0,2-1 с.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пиролиз ведут при температуре 800-1600°С в течение 0,1-0,5 с.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что пиролиз осуществляют в жидкометаллическом теплоносителе.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеводородного сырья используют метансодержащий и углекислый газы.
5. Реактор пиролиза для получения синтез-газа, содержащий помещенный в герметичный обогреваемый корпус тигель с крышкой и с жидкометаллическим теплоносителем, в который опущена керамическая трубка для подачи углеводородного сырья, отличающийся тем, что концентрично керамической трубке установлен стакан, днищем прикрепленный к крышке, в днище стакана и крышке выполнены сквозные отверстия для подвода закалочного газа в полость стакана над жидкометаллическим теплоносителем и отвода его в смеси с продуктами реакции, а в боковых стенках крышки установлены патрубки для подачи продувочного газа в пространство вокруг стакана над расплавом и отвода его.

Васильев Виктор Александрович 
Романов Алексей Дмитриевич 

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ)

603950, г.Нижний Новгород, ул. Минина, 24, НГТУ, ОИС
Категория: Мои статьи | Добавил: defaultNick (04.12.2012)
Просмотров: 1480 | Теги: жидкометаллический носитель, реактор пиролиза, сырье, углеводороды, синтез-газ | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0

Вход на сайт

Поиск

Друзья сайта

  • Создать сайт