УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА, МОНООКСИДА УГЛЕРОДА И ЭТИЛЕНА

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области переработки нефтезаводского газа, а именно к устройству, позволяющему одновременно получать газовые смеси, содержащие водород, монооксид углерода и этилен.
Уровень техники
Смесь этилена, моноксида углерода и водорода является сырьем для получения ценных нефтехимических продуктов [Горбунов Д.Н. и др. Оксо-процессы с участием этилена (обзор) / Нефтехимия, 2017, Т. 57, №6, с. 759-762].
Из уровня техники [патент RU 177152 U1, опубл. 12.02.2018] известно устройство для получения синтез-газа, изготовленное из толстостенной нержавеющей стали, которое содержит два расположенных напротив друг друга матричных блока, каждый из которых состоит из входной камеры и камеры сгорания, разделенных последовательно расположенными металлическим диском с отверстием диаметром 100-200 мм и матрицей из газопроницаемого материала, а также металлического экрана с центральным отверстием диаметром 30-50 мм, при этом металлический экран расположен после камеры сгорания.
Данное устройство предназначено для реализации процесса сжигания богатых метанокислородных смесей и получения синтез-газа (смесь водорода и монооксида углерода) без содержания азота. Однако в таком устройстве нельзя получить продукты, содержащие этилен.
При этом из уровня техники [Озерский А.В. и др. Получение этилена, СО и водорода оксикрекингом компонентов нефтезаводских газов / Журнал прикладной химии, 2018, Т. 91, №12, с. 1790-1800] известно техническое решение, в соответствии с которым реализуется переработка нефтезаводских газов с получением газовых смесей, содержащих этилен, монооксид углерода и водород.
Однако данное техническое решение предусматривает использование нескольких отдельных реакторов: этилен получают в реакторе оксикрекинга нефтезаводских газов, а водород и монооксид углерода - в матричном конверторе. При этом для проведения оксикрекинга необходим нагрев реактора.
Раскрытие сущности полезной модели
В настоящей полезной модели решается задача снижения энергозатрат на получение смеси этилена, монооксида углерода и водорода, за счет использования тепла матричной конверсии для проведения оксикрекинга.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в возможности одновременного получения этилена, оксида углерода и водорода из нефтезаводских газов в автотермическом режиме без использования энергии извне в одном реакторе.
Указанный технический результат достигается за счет создания реактора, позволяющего одновременно проводить процесс оксикрекинга и матричной конверсии нефтезаводских газов.
Более подробно, технический результат достигается тем, что устройство для получения водорода, монооксида углерода и этилена изготовлено из толстостенной нержавеющей стали и содержит два отдельных расположенных напротив друг друга матричных блока, каждый из которых состоит из входной камеры и камеры сгорания, разделенных матрицей из газопроницаемого материала, при этом между указанными матричными блоками расположен металлический проточный реактор оксикрекинга.
Краткое описание чертежа
На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства, где:
1 - смеситель
2 - фланцы
3 - цилиндрический корпус
4 - входные камеры
5 - газопроницаемые матрицы
6 - камеры сгорания
7 - трубопровод
8 - смеситель оксикрекинга
9 - реактор оксикрекинга.
Осуществление полезной модели
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Исходный нефтезаводской газ (поток I), смешиваясь с воздухом (поток II) в смесителе 1, подается через фланцы 2 цилиндрического корпуса 3 во входные камеры 4, где нагревается до температуры 100-200°С. Затем исходная смесь, пройдя через газопроницаемые матрицы 5 диаметром 250-300 мм, поступает в камеры сгорания 6, где протекает ее горение. За счет локализации фронта пламени на поверхности газопроницаемой матрицы и рекуперации тепла через тело газопроницаемой матрицы к исходному газу температура конверсии (горения) составляет 800-900°С. Получаемый синтез-газ, содержащий водород и монооксид углерода, выходит через трубопровод 7, расположенный в верхней части конвертера. Розжиг газовоздушной смеси в каждой из камер сгорания осуществляется электродом зажигания, подключаемым к трансформатору розжига.
Пуск конвертера происходит в ручном режиме, который запускается при помощи специально разработанного программного обеспечения (ПО). После активации команды запуска задается расход воздуха для продувки камеры сгорания генератора. После этого по команде системы управления (СУ) на регуляторе расхода задается расход нефтезаводского газа, соответствующий удельной тепловой нагрузке горелки. То есть коэффициент избытка окислителя (α) при розжиге горелки равен 1, что соответствует стехиометрии реакции полного окисления компонентов нефтезаводского газа. Одновременно с подачей нефтезаводского газа подается питание на трансформатор розжига, что сопровождается искровой генерацией на запальном электроде. После стабилизации температуры внутри камер понижается исходное соотношение воздух/нефтезаводской газ до значения а равное 0,34-0,36.
После достижения необходимого значения а в смеситель оксикрекинга 8 подается нефтезаводекой газ (поток III) и воздух (поток IV). Газовоздушная смесь подается в металлический проточный реактор оксикрекинга 9, который располагается внутри матричного конвертора между двумя камерами сгорания 6. Температура внутри реактора оксикрекинга 9 составляет 700-800°С. Продуктовый газ оксикрекинга, содержащий этилен (поток V) смешивается с продуктами матричной конверсии и выходит через трубопровод 7 (поток VI).
Остановка конвертера производится вручную с панели ПО. Эта команда обеспечивает сначала прекращение подачи воздуха, а затем прекращение подачи нефтезаводского газа. После чего производится продувка установки воздухом.
Таким образом, предлагаемая конструкция устройства позволяет в одном реакторе одновременно получать смесь этилена, моноксида углерода и водорода в автотермическом режиме без использования энергии извне.