ОГОЛОВОК ФАКЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ МЕТАНОЛА

Полезная модель относится к охране окружающей среды и может быть использована на нефтегазовых промыслах и газоконденсатных месторождениях, а также в производстве синтеза метанола и в лакокрасочной промышленности для очистки сбросных газов или сточных вод.
Известно устройство - реактор, используемый для каталитического окисления метанола [Пат. №2332251 RU, В01D 53/86. Опубл.27.08.2008 Бюл.№24], в который подают воздух для создания псевдоожиженного слоя частиц твердого алюмооксидного катализатора с нанесенными оксидными системами магния и хрома; меди и хрома; меди, магния и хрома; оксида железа. С помощью электроподогревателя производят вывод на режим каталитического реактора при температуре (400-500)°C, требуемой для протекания реакции окисления. После стабилизации температурного режима вводят сбросные газы или впрыскивают водный раствор, содержащий метанол. Исходная смесь может содержать до 90% водяного пара.
Недостатками реактора являются: невозможность его использования на оголовке факельной установки из-за возможного перегрева каталитической насадки при сгорании горючего газа; а также наличия электроподогревателя для разогрева катализатора, использование которого требует дополнительных энергозатрат, а также, усложняет конструкцию устройства.
Известно очищающее устройство дымовой трубы [Пат. №2189531 RU, F23J 15/02. Опубл. 20.09.02 Бюл. №26 (II ч.)], содержащее конусообразный насадок, имеющий криволинейные поверхности с направляющими и закручивающими воздушный поток ребрами, конусообразный грязеуловитель, причем, конусообразный насадок выполнен из биметалла, а профиль винтовых канавок имеет вид ласточкина хвоста.
Недостатком этого очищающего устройства является невозможность утилизации метанола, содержащегося в сбросных газовой или пароводяной смесях, из-за отсутствия каталитической насадки.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство представляющее печь для очистки сбросных газов [Пат. №1010404 RU, F23G 7/06. Опубл. 07.04.83. Бюл. №13]. Печь состоит из корпуса с патрубками для ввода загрязненного и вывода очищенного газа, патрубка для отвода конденсата и трубопровода для подачи газа из межтрубного пространства теплообменника-экономайзера в холодильник-конденсатор. Внутри корпуса располагается также теплообменник, камера регулирования температуры каталитического окисления углеводородов с теплоэлектронагревателями и каталитическая насадка.
Недостатками этого устройство являются сложность конструкции и сложность обслуживания при ее размещении на оголовке факельной установки. Кроме этого, наличие теплоэлектронагревателя требует дополнительные энергозатраты.
Новая техническая задача - создание устройства для утилизации метанола, конструкция которого позволяет максимально упростить его установку и эксплуатацию на оголовках факельных установок при обеспечении оптимальных температурных условий работы каталитической насадки.
Для решения поставленной задачи в оголовке факельной установки для утилизации метанола содержащем кожух, с расположенными в нем топочной камерой с горелкой, воздухораспределительным приспособлением и дожигательной каталитической насадкой, кожух установлен с возможностью осевого перемещения относительно горелки, воздухораспределительное приспособление выполнено в виде усеченного конуса или цилиндра и установлено соосно между топочной камерой и горелкой с образованием двух радиальных зазоров: первого - по отношению к горелке и второго - по отношению к кожуху, причем кожух в нижней части на внутренней поверхности имеет направляющие выполненные в виде наклонных пластин, установленных по винтовой линии, а дожигательная каталитическая насадка установлена на кожухе выше топочной камеры. Также, дожигательная каталитическая насадка имеет развитую поверхность.
На фиг.1 показан продольный разрез оголовка; на фиг.2 - сечение А-А, на фиг.3 - сечение Б-Б.
Оголовок факельной установки для утилизации метанола содержит кожух 1, установленный на горелке 2 с зазором 3, образующим поддувало, причем кожух имеет возможность осевого перемещения относительно горелки. Между топочной камерой 4 и горелкой 2 установлено воздухораспределительное устройство 5, в виде усеченного конуса или цилиндра с образованием зазора 6 по отношению к горелке 2 и зазора 7 по отношению к кожуху 1. Кожух на внутренней поверхности имеет направляющие 8 (см. фиг.2) в виде наклонных пластин, установленных по винтовой линии. Выше топочной камеры 4 на кожухе установлена дожигательная каталитическая насадка 9 с каким-либо дополнительным охлаждением, например, которая может быть реализована в виде развитой теплообменной поверхности 10 (см. фиг.3). Подачу утилизируемой смеси, содержащей метанол, осуществляют через патрубок 11 непосредственно в горелку 2. Горючий газ подается в горелку через трубу 12. Температура каталитической насадки контролируется термопарой 13.
Устройство работает следующим образом.
Горючий газ по трубе 12 подается в горелку 2 и поджигается стандартным запальным устройством (на фиг.1 не показано). Благодаря воздухораспределительному устройству 5 в струе газа из горелки создается эжекционный эффект и воздух из зазора 3 засасывается в кожух 1. Часть этого воздуха поступает внутрь воздухораспределительного устройства 5, где он смешивается с горючим газом и утилизируемой смесью, поступающей через патрубок 11. Приготовленная смесь далее эжектируется в топочную камеру 4, где и происходит ее сгорание. Другая часть воздуха, поступающая через зазор 3, благодаря тяге, создаваемой в топочной камере 4 восходящими горячими продуктами сгорания, поступает в кожух 1 на дообогащение кислородом сгораемой смеси. Для более интенсивного перемешивания горючей смеси с воздухом, последний закручивается посредством направляющих 8. Кроме того, воздух, поступающий через зазор 3, пройдя вдоль внутренней поверхности стенки кожуха 1, используется для окисления метанола на каталитической насадке 9.
Оптимальная температура каталитической насадки 9 находится в пределах (400-500)°С и эта температура контролируется термопарой 13. Во избежание перегрева каталитической насадки, предварительно конструктивно выбирают высоту топочной камеры 4 (размер L). В процессе утилизации температуру насадки 9 можно регулировать изменяя зазор 3, путем перемещения кожуха 1 в осевом направлении, и тем самым меняя расход поступающего воздуха: при увеличении зазора воздуха поступает больше в кожух 1, размер L увеличивается и температура насадки будет снижаться. Кроме того, температуру насадки можно регулировать расходом горючего газа в трубе 12 и (или) расходом утилизируемой смеси в трубе 11, т.к. в ней может содержаться до 90% водяного пара, то при увеличении расхода смеси, температура насадки тоже будет снижаться. Сам процесс регулирования можно осуществлять автоматически с использованием ПЭВМ. Для дополнительного охлаждения каталитической насадки может использоваться развитая теплообменная поверхность 10. Из-за интенсивного перемешивания насадки продуктами сгорания из топочной камеры 4, насадка также интенсивно отдает тепло через теплообменную стенку. Продукты сгорания, проходя через каталитическую насадку с оптимальной температурой (400-500)°С, освобождаются от следов метанола и выбрасываются в атмосферу.
Предлагаемый оголовок факельной установки простой по конструкции, позволяет регулировать и поддерживать в автоматическом режиме оптимальную температуру каталитической насадки, тем самым обеспечивать полную утилизацию сбросных газовой или пароводяной смесей, содержащих метанол.