РЕАКТОР ПАРОВОЙ И ПАРОУГЛЕКИСЛОТНОЙ КОНВЕРСИИ ЛЕГКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГАЗА, СОДЕРЖАЩЕГО ВОДОРОД И ОКИСЬ УГЛЕРОДА
REACTOR FOR VAPOR AND VAPOR-CARBONIC ACID CONVERSION OF LIGHT HYDROCARBONS FOR PRODUCTION OF GAS CONTAINING HYDROGEN AND CARBON OXIDE

Изобретение относится к газохимии, в частности к получению газа, содержащего водород и оксид углерода.
Известен реактор для получения синтез-газа, содержащий перфорированную газораспределительную трубку со слоем катализатора в виде спеченных с трубкой газопроницаемых плоских и гофрированных лент (Патент РФ №2208475).
Недостатками известного устройства является невозможность замены катализатора, низкая эффективность процесса из-за отсутствия возможности регулирования и выдерживания температур в узком диапазоне заданных значений.
Известен реактор для проведения экзотермической газофазной реакции, включающий цилиндрический корпус с входными и выходным патрубками, систему перфорированных теплообменных и газораспределяющих трубок (Патент РФ №2031702).
К недостаткам реактора следует отнести низкую теплообменную эффективности вследствие малоразвитой теплообменной поверхности и высокого сопротивления прохождению газа через отверстия и зазоры в трубках. В результате эффективность процесса реакции падает из-за трудностей с поддержанием нужных температур.
Наиболее близким к изобретению техническим решением служит реактор для получения газа, содержащего водород и окись углерода, включающий разделенный на зону смешивания реакционных газов и заполненную катализатором зону реакции вертикально расположенный цилиндрический корпус с патрубком для ввода исходных продуктов, ведущих в зону смешивания и выводящим патрубком (Публикация заявки на изобретение РФ №94016360/26 от 27.04.1996).
Недостатком прототипа является низкая эффективность процесса реакции из-за недостаточно равномерного смешивания исходных газов и отсутствия возможности поддержания достаточно узкого диапазона заданных температур в разных зонах реактора.
Задачей, решаемой настоящим изобретением, служит создание компактного реактора, обеспечивающего достижение технического результата, выражающегося в обеспечении заданных узких диапазонов температур в разных зонах реактора и повышении равномерности смешивания исходных газов.
Технический результат достигается тем, что реактор снабжен, по меньшей мере, двумя нагревателями, размещенными вокруг корпуса в нижней и верхней его частях, перфорированной перегородкой, разделяющей зоны смешивания газов и зону каталитической конверсии, а также патрубком подачи воды и соединенным с ним винтовым каналом, примыкающим к внутренней поверхности корпуса в нижней его части.
Указанные отличительные признаки существенны.
Нагрев реактора до нужной температуры осуществляется электронагревателями, расположенными на внешней поверхности кожуха реактора. Нагревателей должно быть не менее двух, так как температура в реакторе в зоне смешения и до нее не должна превышать 600-650°С. А температура в зоне катализатора должна быть 800-950°С. Поэтому нагреватель нижней части реактора греет ее до 600-650°С, а один или несколько нагревателей верхней части реактора должны нагревать его до температуры 800-950°С. При этом канал подачи воды и водяного пара, расположенный по винтовой спирали на внутренней поверхности корпуса реактора, обеспечивает равномерный нагрев подаваемой отдельно воды, которая, превращаясь в перегретый пар, также обеспечивает равномерность распределения нагрева и управляемый теплоперенос.
Реактор (см. фиг.1) состоит из корпуса 1, расположенного вертикально и разделенного перфорированной перегородкой 2 на зону смешивания реакционных газов 3 и зону реакции 4 со слоем катализатора 5. Реактор снабжен впускным патрубком 6 для подачи смеси углеводородного газа и углекислого газа и впускным патрубком 7 для подачи воды и выпускным патрубком 8 для отвода продуктов реакции. Вокруг корпуса 1 расположены нижний нагреватель 9 и в верхней части корпуса - нагреватель 10. Кроме того, входной патрубок 7 соединен с винтовым каналом 13, примыкающим к внутренней поверхности корпуса 1. Внутри корпуса расположен чехол 11 для термопары. В нижней части зоны смешения размещен конический распылитель 12.
Реактор работает следующим образом.
Смесь углеводородного газа и диоксида углерода подается через входной патрубок 6 и конический распылитель 12 в зону смешения 3. Направление подачи смеси в зону смешения - под углом к оси. Температура смеси углеводородного газа и диоксида углерода на входе в зону смешения не должна превышать 500°С, в противном случае начнется коксование.
Вода подается через патрубок 7 по винтовому каналу 13 в зону смешения 3. Проходя по винтовому каналу 13, вода выкипает, а образовавшийся перегретый пар нагревается до температуры порядка 650-750°С. Доведение температуры смеси углеводородных газов и диоксида углерода до нужной температуры 600-650°С осуществляется за счет тепловой энергии перегретого пара. Из зоны смешения 3 реакционный газ (смесь углеводородного газа, диоксида углерода и паров воды) подается через перфорированную перегородку 2 непосредственно в слой катализатора 5. Реакция конверсии (риформинга) протекает в зоне реакции 4.
Полученный в результате конверсии газ (смесь водорода и окиси углерода) отводится через выпускной патрубок 8.
Реактор данной конструкции обеспечивает протекание реакции конверсии при оптимальных режимах, что обеспечивает высокий выход конечных продуктов.