УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕЗ-ГАЗА

Устройство для получения синтез-газа
Заявляемая полезная модель относится к технологическому оборудованию для получения синтез-газа и может быть использована в нефтехимической отрасли для получения моторных топлив.
Известно устройство 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. Недостатком данного устройства является отсутствие возможности контроля над процессом получения синтез-газа.
В качестве прототипа выбрано устройство для получения синтез-газа (RU 2465305, C10J3/72, 2012), в котором используется реактор пиролиза с помещенным в него герметичным обогреваемым тигелем, оснащённым крышкой и заполненным жидкометаллическим теплоносителем, в который опущена керамическая трубка для подачи уплеводородного сырья. Концентрично керамической трубке установлен керамический стакан днищем и прикрепленный к нему крышкой, 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 его отвода. В качестве углесодержащего сырья используются сырья используют метансодержащий и углекислый газы, для закалки продуктов реакции используется продувочный инертный газ - аргон или гелий.
Недостатком прототипа является малый выхода конечного продукта. Указанный недостаток обусловлен  необходимостью в проведении закалки продуктов реакции, в периодическом режиме работы устройства и в невозможности оперативного контроля режимов работы устройства.
Авторы решали задачу по созданию устройства для получения синтез-газа, лишённого указанного недостатка. Технический результат заключается в повышении выхода готового продукта за счет возможности оперативного контроля режимов работы, а также за счет непрерывного режима работы устройства.
Для решения поставленной задачи, а также для достижения заявленного технического результата предлагается устройство для получения синтез-газа, содержащее первую обогреваемую камеру окисления метана с жидкометаллическим теплоносителем, в который опущена барботажная трубка для подачи метана,  причём первая обогреваемая камера  оснащена газовой линией для отвода продуктов реакции. Отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что оно дополнительно содержит вторую обогреваемую камеру с жидкометаллическим теплоносителем, в который опущена барботажная трубка для подачи воздуха и оснащенную газовой линией для отвода отработанных газов. При этом камеры соединены между собой верхним и нижним трубопроводами,  в верхнем трубопроводе размещен побудитель расхода, а камеры окисления сплава и  окисления метана соединены с газоанализатором.
Дополнительно предлагается в качестве жидкометаллического теплоносителя применить сплав свинец-висмут, например, эвтектического состава.
Дополнительно предлагается в качестве побудителя расхода применить шнековый насос.
Дополнительно предлагается устройство оснастить газовыми фильтрами соединёнными с камерой окисления сплава и с камерой окисления метана.
Также дополнительно предлагается устройство оснастить конденсатором влаги соединённым с камерой окисления метана.
На фиг. 1 представлена функциональная схема заявляемого устройства, на фиг. 2  представлен вертикальный разрез первой и второй камеры, где  1 - первая  обогреваемая камера окисления метана с жидкометаллическим теплоносителем, 2 - барботажная трубка для подачи метана, 3 - газовая линия для отвода продуктов реакции, 4 - вторая обогреваемая камера окислена сплава с жидкометаллическим теплоносителем, 5 - барботажная трубка для подачи воздуха, 6 - газовая линия для отвода отработанных газов, 7 - верхний трубопровод,  8 -  нижний трубопровод, 9 -  побудитель расхода (шнековый насос), 10 - газоанализатор, 11 - сплав свинец-висмут, 12 - газовый фильтр, 13 - конденсатор влаги, 14 - съемная крышка  камеры окисления метана, 15 - съёмная крышка камеры окисления сплава, 16 - уровнемер, 17 - воздушный компрессор, 18 - газовый баллон,  19, 20, 21 и 22 -  электронные измерители расхода газов.
Предлагаемое авторами устройство для получения синтез-газа (Фиг. 1 и Фиг. 2), содержит две камеры: первая камера окисления метана 1 представляет собой обогреваемый сосуд со съемной крышкой 14 из нержавеющей стали, во внутреннем пространстве которого находится расплав свинца, висмута и их оксидов 11, в расплав помещена барботажная трубка 2 из нержавеющей стали, проходящая через съемную крышку 14. Дополнительно к съемной крышке 14  подключена газоотводящая линия 3 для отвода продуктов реакции. В первой  камере окисления метана 1 происходят термохимические жидкофазные металло-оксидные реакции, при которых подаваемый под уровень расплава 11 метан вступает во взаимодействие с растворенными в жидком металле оксидами свинца и висмута с образованием продуктов реакции, главным образом водорода и монооксида углерода. Вторая камера окисления сплава 4 представляет собой обогреваемый сосуд со съёмной крышкой 15 из нержавеющей стали, во внутреннем пространстве которого находится расплав свинца, висмута и их оксидов 11, в расплав помещена барботажная трубка 5 из нержавеющей стали, проходящая через съемную крышку 15. Дополнительно к съемной крышке 15 подключена газоотводящая линия 6 для отвода отработанных газов. Во второй камере окисления сплава происходит окисление свинца и висмута кислородом из подаваемого воздуха посредством его барботажа под уровень расплава 11. Обе камеры 1 и 4 соединены верхним трубопроводом 7 из нержавеющей стали со шнековым насосом 9 и нижним трубопроводом 8 из нержавеющей стали, обеспечивающими циркуляцию сплава 11 между камерами окисления сплава 4 и окисления метана 1.
2
2
2
4
2
Устройство работает следующим образом: в камеры окисления метана 1 и окисления сплава 4 загружают чушки свинца и висмута в соотношении, соответствующему эвтектическому составу (висмут 56,5 %, свинец 43,5 %). Обе камеры герметизируют и производят продувку инертным газом (аргоном), после чего их разогревают до температуры ~ 700 °С. После полного расплавления свинца и висмута в обеих камерах (контроль за уровнем и температурой сплава осуществляют с помощью уровнемеров 16), включают в работу шнековый насос 9 (N = 70% ном.) для организации циркуляции жидкого металлического сплава 11. Затем вводят в работу воздушный компрессор 17 и через барботажную трубку 5 во вторую камеру окисления сплава 4 подают воздух с расходом ~ 100 г/ч. Расход воздуха контролируют при помощи электронного измерителя расхода газа 19. При этом происходит полное «срабатывание» кислорода из подаваемого воздуха за счет частичного окисление свинца и висмута в сплаве. Попадание азота из второй камеры  окисления сплава 4 в первую камеру окисления метана 1 исключается, т.к. обе камеры отделяются друг от друга образовавшимся затвором из жидкого металла. Контроль над концентрацией кислорода и азота, образующихся во второй камере окисления сплава 4,  производят путем отбора проб через газоотводящую линию 6 с помощью газоанализатора 10, а их расход с помощью электронного измерителя расхода газа 20. При достижении необходимого уровня содержания оксидов свинца и висмута в сплаве 11, в камеру окисления метана 1 из газового баллона 18 через барботажную трубку 2 начинают подавать метан с расходом 10 л/ч. Расхода метана контролируют при помощи электронного измерителя расхода газа 21. Периодически (не реже 1 раз в 20 минут) при помощи газоанализатора 10 производят измерения концентрации метана, водорода, монооксида углерода, диоксида углерода на газоотводящей линии 3. Расход продуктов реакции  контролируют при помощи электронного измерителя расхода газа  22. При изменении концентрации метана  на газоотводящей линии 3 менее 10 об. % производят постепенное увеличение расхода барботируемого метана до стабилизации измеряемых концентраций газов. Затем проводят повторение предыдущего этапа до достижения концентрации метана до ~ 20 об. %. При необходимости скорость циркуляции жидкого теплоносителя 11 может быть изменена в большую или меньшую строну от первоначального значения при помощи изменения производительности шнекового насоса 9. Оперативный контроль компонентов полученного продукта переработки и отработанных газов (главным образом Н, О, N, СН, СО, СО) обеспечивается измерением их концентраций при помощи газоанализатора 10. Для очистки газов до их подачи в газоанализатор 10 используются газовые фильтры 12 и конденсатор влаги 13 необходимые для очистки газов от паров и капель, образующихся при испарении жидкометаллического сплава свинца-висмута, их оксидов и жидких продуктов реакции при рабочих температурах 500-800 °С.
Устройство найдет преимущественное применение в экспериментальных установках для изучения процесса получения синтез-газа из углеводородсодержащего сырья.