Газогенератор синтез-газа

Полезная модель предназначена для использования в нефтегазохимических производствах в качестве химического реактора парциального некаталитического окисления углеводородного сырья для получения синтез-газа.
Разработка и совершенствование технологий получения синтез-газа для каталитического синтеза целевых химических продуктов (водорода, метанола, диметилового эфира и моторных топлив) является одним из наиболее актуальных направлений развития современной нефтегазохимии. Оно приобретает особую важность при создании малотоннажных транспортабельных химических установок для освоения ресурсов углеводородного сырья, сосредоточенных в мало- и среднедебитных низконапорных нефтегазовых месторождениях, составляющих более 50% всех мировых запасов [1,2].
Важнейшим узлом малотоннажных установок является химический реактор – газогенератор синтез-газа (ГСГ), который должен иметь малые массогабаритные характеристики, высокую надежность, безопасность эксплуатации, высокую ремонтопригодность и технологическое удобство эксплуатации. Названным требованиям удовлетворяют ГСГ, реализующие технологию получения синтез-газа путем некаталитического парциального окисления углеводородного сырья, преимущественно углеводородных газов (УВГ). Подобные ГСГ имеют малые габариты, что позволяет создавать малотоннажные химические производства, в частности метанола, непосредственно в промысловых условиях [3].
Известны технические решения, в которых синтез-газ получают в ГСГ по типу жидкостных ракетных двигателей [4].
1. Арутюнов В.С. Окислительная конверсия природного газа / В.С. Арутюнов // М.: Красанд, 2011. – 590 с.
2. Пост-релиз конференции «Метанол 2016» URL: http://www.newchemistry.ru/printletter.php?n_id=6615 (дата обращения: 09.04.2018).
3. Арутюнов В.С. Арутюнов В.С., Савченко В.И., Седов И.В. О перспективах промысловых газохимических технологий на основе азотсодержащего синтез-газа // НефтеГазоХимия, 2016, №4, с. 14-23.
4. Загашвили Ю.В., Левихин А.А., Кузьмин А.М. Основы проектирования трехкомпонентных газогенераторов синтез-газа // Нефтегазохимия, 2017, №4, с.9-16.).
Такие газогенераторы представляют охлаждаемую блочно-модульную конструкцию на фланцевых прочноплотных соединениях, состоящую из следующих основных элементов: узлов ввода компонентов (УВГ, окислителя и  воды химочищенной), смесительной головки, устройства зажигания, камеры сгорания, испарительной камеры. В смесительную головку ГСГ под давлением подают исходные компоненты – УВГ (преимущественно природный газ) и окислитель (кислород). С выхода смесительной головки УВГ и окислитель в турбулентном режиме течения газов раздельно поступают в камеру сгорания (КС), в которой происходит смешение компонентов и их парциальное окисление – неполное горение УВГ при недостатке окислителя. Инициацию процесса осуществляют с помощью устройства зажигания, снаряженного электроискровой свечой. Продукты парциального окисления, содержащие синтез-газ (монооксид углерода и водород), диоксид углерода, пары воды, азот и следовые количества других балластных газов, а также конденсированную фазу (сажу, смолы), с выхода КС поступают в проточную испарительную камеру (ИК). В ИК впрыскивают химочищенную воду и охлаждают газовую смесь до требуемой температуры. Внутренние стенки всех элементов ГСГ имеют развитое наружное оребрение. Узлы ГСГ охлаждают раздельно, чем достигают возможность независимого изменения режимов охлаждения любой секции. В качестве хладагента используют химочищенную воду. Недостатками подобных ГСГ являются некачественное смесеобразование, повышенное сажеобразование, малый ресурс.
°
Ближайшим аналогом, выбранным в качестве прототипа, является устройство по патенту RU 2408417, B01J 7/00 (2006/01). ГСГ включает следующие основные элементы: узел подачи углеводородного сырья, окислителя и воды, смесительную головку с системой воспламенения, трехсекционную реакционную камеру. Газогенератор синтез-газа изображен на фиг.1 и состоит из смесительной головки 1 и трех соосно и последовательно расположенных секций. Первая секция состоит из охлаждаемого цилиндра - камеры сгорания 2, вторая секция представляет собой охлаждаемую вставку - узел ввода воды 3 - со штуцерами подвода воды, которые устанавливают перпендикулярно оси реакционной камеры, третья секция состоит из охлаждаемого или неохлаждаемого цилиндра -  испарительной камеры 4. Каждая секция имеет цилиндрическую конструкцию, снабженную узлами подвода воды охлаждения. В первой секции осуществляют ввод исходных компонентов (УВГ, окислитель, водяной пар), воспламенение и парциальное окисление газовой смеси при различных соотношениях массовых расходов компонентов окислитель-УВГ в диапазоне от 0,8 до 1,6. Во второй секции в продукты парциального окисления, температура которых может достигать 2200С, вводят химочищенную воду. В третьей секции высокотемпературные продукты парциального окисления охлаждают за счет испарения воды. Конструкция секций выполнена по типу «труба в трубе», и секции охлаждают подачей химочищенной воды в межтрубное пространство. Поступающая через канал ввода вода обеспечивает охлаждение внешней поверхности внутренней стенки секции и одновременно охлаждение внешней стенки.
Существенным недостатком прототипа является некачественное перемешивание парогазовой смеси в испарительной камере, что препятствует оптимальной конверсии синтез-газа при синтезе целевых химических продуктов.
Целью полезной модели является обеспечение гомогенного потока синтез-газа на выходе ГСГ.
Заявляемый технический результат достигают ГСГ, включающим узлы ввода углеводородного сырья, окислителя и воды, смесительную головку с системой воспламенения и трехсекционную реакционную камеру, состоящую из камеры сгорания, узла ввода воды и испарительной камеры, с введением дополнительного элемента – кольца сброса, которое устанавливают в испарительной камере.
Сущность предлагаемого технического решения поясняют фиг. 2 и фиг.3, на которых изображена испарительная камера с кольцом сброса. На фигурах обозначены: 5,11 – цилиндры испарительной камеры, 6 – канал, 7,9 – фланцы, 8 – выступ, 10 – кольцо сброса.
Кольцо сброса 10 представляет деталь с фрезерованными каналами 6 и выступом 8. Его размещают в средней части испарительной камеры, но не менее 25 см после секции узла ввода воды, для чего испарительную камеру разделяют на цилиндры 5 и 11, на которые устанавливают фланцы 7,9. Фиксацию кольца сброса обеспечивают за счет выступа 8 между фланцами 7 и 9.
Парогазовая смесь, состоящая из продуктов парциального окисления и паров воды, проходя через фрезерованные каналы 6 кольца сброса, турбулизируется и перемешивается, вследствие чего на выходе ГСГ получают гомогенный поток газа.