Установка для получения и сжигания синтез-газа

Полезная модель относится к энергосберегающим технологиям, в основном к установкам для преобразования воды в водородсодержащий газ в сочетании среды катализатора в непрерывной тепловой огневой среде, в которых получение газообразного топлива и его реализация сжиганием совмещены в единый цикл, но может быть использована и для накопления водородосодержащего газового топлива.
Известна горелка, содержащая смеситель, выравнивающую камеру и огневой насадок, при этом огневой насадок выполнен в виде водоохлаждаемых труб, установленных с зазором (заявка №97105741 опубл. 27.03.1999 г).
Недостатком данной горелки являются высокий расход топлива и низкая экологичность, обусловленная высоким уровнем образования вредных веществ в процессе горения, ограниченная область применения.
Известен газогенератор для производства энергоносителей, содержащий корпус с внешней и внутренней конструкцией, пространство между которыми используется на технологические потребности, газогенератор имеет камеру горения, камеру подогрева генераторного газа, камеру парогеиерации. (RU Пат. №2303203, МПК C10J 3/86, 2006).
Недостатком данного устройства является низкая экологичность, обусловленная выделением вредных веществ, образуемых в процессе горения, а также низкая эффективность работы (КПД), в виду низкой эффективности сжигания сырья и образование кокса и накипи, а также ориентированность установки на переработку битуминозных (смолистых) топ л ив. древесных чурок, торфа, различных марок угля, горючих сланцев, органических отходов различных производств, в том числе животноводческих комплексов, брикетированных остатков очистных сооружений, твердых бытовых отходов, медицинских отходов и других.
Задачей полезной модели является создание установки для получения и сжигания синтез газа, характеризующейся высокой эффективностью работы (КПД) и экономией сжигаемого углеводородного газа, а также экологичность работы.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение возможности совмещения в единый цикл получения газообразного топлива и его реализацию сжиганием, а также обеспечение минимального уровня эмиссии загрязняющих веществ.
Технический результат достигается тем, что установка для получения и сжигания синтез-газа содержит, размещенный в паровой рубашке корпус, оснащенный патрубком подачи паро-метановой смеси, внутри корпуса размещены камера смешения и реактор, сообщенные между собой посредством воздушного смесителя, расположенного на горизонтальной оси установки, при этом на входе камеры смешения, со стороны патрубка подачи паро-метановой смеси, установлена первая распределительная решетка, на выходе - канал подачи воздуха, сообщенный со смесителем, а внутреннее рабочее пространство камеры смешения заполнено инертным наполнителем, на входе реактора размещена вторая распределительная решетка, по всей длине его центральной части расположено сопло горелки, выполненное в виде трубки Вентури с каналом подвода метана и каналом подвода воздуха на горелку, на выходе из реактора - канал отвода синтез-газа, расположенный у выхода сопла горелки, и запальный элемент, при этом свободное пространство внутри реактора заполнено катализатором.
В качестве инертного заполнителя используют никелевую стружку. В качестве катализатора используют катализатор паровой или пароуглекислотной конверсии углеводородных газов (ГИАП-16).
Размещение корпуса установки в паровой рубашке позволяет охладить реактор, а также обеспечить нагрев водяного пара до рабочей температуры 500-550°С, что исключает необходимость его отдельной дополнительной подготовки перед смешиванием с метаном. Таким образом, в камеру смешения поступает готовая по технологическим параметрам (по температуре) паро-метановая смесь, которая проходя через первую распределительную решетку, подвергается дополнительному перемешиванию, в результате чего происходит насыщение метана водяным паром. Известно, что водяной пар при высоких температурах разлагается на водород и кислород и при смешивании в свободном пространстве с метаном происходит самопроизвольное воспламенение метана. Поэтому с целью исключения возможности воспламенения метана при его смешивании с водяным паром камеру смешения заполняют инертным наполнителем.
Размещение канала подачи воздуха в камере смешения позволяет обеспечить нагрев подаваемого в воздушный смеситель воздуха, за счет температуры паро-метановой смеси (360-380°С), находящейся в камере смешения, что исключает температурный перепад при соединении потока воздуха и потока паро-метановой смеси в воздушном смесителе, расположенном на горизонтальной оси установки для получения и сжигания синтез-газа.
Дополнительная установка второй распределительной решетки на входе реактора обеспечивает равномерное распределение паро-воздушно-метанового потока по всей рабочей площади катализатора, которым заполнено внутреннее рабочее пространство реактора.
Размещение по всей длине центральной части реактора сопла горелки, выполненного в виде трубки Вентури, вокруг которого пространство реактора заполнено катализатором, позволяет обеспечить необходимую температуру для поддержания реакции образования синтез-газа. Использование паро-воздушно-метанового потока и катализатора с целью получения синтез-газа и его последующее сжигание на факеле горелки позволяет обеспечить минимальный уровень эмиссии загрязняющих веществ, так как данный процесс не сопровождается интенсивным сажеобразованием и повышенным образованием диоксида углерода.
Канал подвода метана обеспечивает подачу метана для розжига и первоначального прогрева реактора. Канал подвода воздуха на горелку к соплу горелки необходим для подачи воздуха при розжиге и дальнейшем поддержании горения.
Наличие на выходе реактора, сообщенного с выходом сопла горелки, канала отвода синтез-газа позволят направить полученный на катализаторе в реакторе синтез-газ на факел для сгорания, что позволяет снизить расход метана. В данной установке метан необходим для получения паро-метановой смеси, розжига горелки и начального разогрева реактора до рабочей температуры.
Таким образом, совокупность предложенных признаков позволяет повысить эффективность работы (КПД) установки и обеспечить экономию сжигаемого углеводородного газа (метана), за счет обеспечения возможности совмещения в единый цикл получения газообразного топлива и его реализацию сжиганием, а также обеспечить экологичность работы установки, за сет обеспечения минимального уровня эмиссии загрязняющих веществ.
На фиг. 1 представлена установка для получения и сжигания синтез-газа, которая содержит размещенный в паровой рубашке 1 корпус 2, оснащенный патрубком подачи паро-метановой смеси 3. Внутри корпуса 2 размещены камера смешения 4 и реактор 5, сообщенные между собой посредством воздушного смесителя 6. Воздушный смеситель 6 расположен на горизонтальной оси установки для получения и сжигания синтез-газа.
На входе камеры смешения 4 со стороны патрубка подачи паро-метановой смеси 3, установлена первая распределительная решетка 7. На выходе камеры смешения 4 расположен канал подачи воздуха 8, сообщенный с воздушным смесителем 6, а внутренне рабочее пространство камеры смешения 4 заполнено инертным наполнителем 16.
На входе ректора 5 размещена вторая распределительная решетка 9. На выходе реактора 5 установлен запальный элемент 10 и канал отвода синтез-газа 14, расположенный у выхода сопла горелки 11.В центральной части реактора 5 по всей его длине расположено сопло горелки 11, выполненное в виде трубки Вентури с каналом подвода метана 12 и каналом подвода воздуха на горелку 13. Свободное рабочее пространство внутри реактора 5 заполнено катализатором 15.
Установка для получения и сжигания синтез-газа работает следующим образом. Через канал подвода метана 12 метан подают в сопло горелки 11, выполненное в виде трубки Вентури. С помощью запального элемента 10, размещенного на выходе реактора 5 осуществляют розжиг и разогрев реактора 5.
Водяной пар с температурой 400-450°С подают в паровую рубашку 1 корпуса 2, который проходя по ней, нагревается от реактора 5 до температуры 500-550°С, охлаждая тем самым реактор 5. Далее водяной пар с температурой 500-550°С поступает в установленный на корпусе 2 патрубок подачи паро-метановой смеси 3, в котором происходит одновременно и подача метана. В результате чего поток водяного пара и поток метана начинают частично смешиваться и поступают в размещенную внутри корпуса 2 камеру смешения 4. В камере смешения 4 при прохождении через первую распределительную решетку 7 во внутреннее рабочее пространство камеры смешения 4 заполненное инертным наполнителем 16, позволяющим исключить возможность воспламенения метана, происходит дополнительное перемешивание потока водяного пара и потока метана, в результате чего происходит насыщение метана водяным паром и образование однородной рабочей паро-метановой смеси.
Полученная паро-метановая смесь поступает на выход камеры смешения 4, в расположенный на горизонтальной оси установки для получения и сжигания синтез-газа воздушный смеситель 6, в который по каналу подачи воздуха 8 подают воздух, который проходя по каналу подачи воздуха 8, расположенному в камере смешения 4, прогревается.
Далее полученный паро-воздушно-метановый поток поступает на расположенную в реакторе 5 вторую распределительную решетку 9, где происходит его дополнительное перемешивание и равномерное распределение по рабочему пространству внутри реактора 5, заполненному катализатором 15 паровой (пароуглекислотной) конверсии углеводородных газов (ГИАП-16). Катализатор 15 состоит из оксида никеля, алюминия, кальция, бария, алюминия, и представляет собой цилиндрические кольца серого или светло-серого цвета с размерами 15x6 мм. На катализаторе 15 при температуре 800-900°С происходит получение синтез-газа, которое не сопровождается интенсивным сажеобразованием и повышенным образованием диоксида углерода.
Необходимую температуру для поддержания реакции создает работающее сопло горелки 11, в которое для поддержания горения через канал подвода воздуха на горелку 13 подают воздух. Полученный синтез-газ через канал отдвода синтез-газа 14, размещенный на выходе сопла горелки 11, поступает на факел для сгорания.
Таким образом, совокупность заявленных признаков позволяет достичь желаемый технический результат.