СПОСОБ ЗАЖИГАНИЯ ГАЗОВОГО ПОТОКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF BURNING GAS STREAM AND DEVICE FOR IMPLEMENTING SAID METHOD

Изобретение относится к области химической технологии и, в частности, может быть использовано для зажигания газового потока, содержащего метан и хлор, при инициировании процесса хлорирования природного газа при производстве хлорметанов.
Известен способ зажигания газового потока, содержащего метан и хлор, взятых в молярном соотношении метана к хлору, равном 5:1, путем его контактирования с бетонной облицовкой стальной трубы, обогреваемой газовой горелкой (Ф.Азингер. Парафиновые углеводороды. Химия и технология. М.: ГОСТОПТЕХИЗДАТ, 1959, стр.168).
Более современный способ зажигания газового потока, содержащего метан и хлор, заключается в контактировании указанного газового потока с нагретой поверхностью насадки (столбика) из кислотоупорного шамотного кирпича, разогретой с использованием горелки. Сама насадка (столбик) и горелка для разогревания насадки расположены непосредственно в реакционном объеме (И.И.Юкельсон. Технология основного органического синтеза. М., Химия, 1968, стр.273-275).
Известный способ зажигания газового потока, содержащего метан и хлор, имеет недостатки, он достаточно сложен, громоздок и ограничивает реакционные объемы хлораторов.
Техническая задача настоящего изобретения - упрощение зажигания газового потока, содержащего метан и хлор, и полное использование реакционного объема хлораторов.
Решение поставленной технической задачи заключается в том, что в способе зажигания газового потока, содержащего метан и хлор, путем его контактирования с нагретой поверхностью, согласно изобретению нагретой поверхностью служит турбулентная неизотермическая газовая струя, содержащая метан.
Турбулентную неизотермическую газовую струю, содержащую метан, формируют пропусканием нагретого газа, содержащего метан, через сопло с линейной скоростью 100-200 м/с.
В качестве газа, образующего турбулентную неизотермическую струю, используют природный газ.
Природный газ предварительно разогревают до температуры 400-500°С.
После зажигания газового потока, содержащего метан и хлор, разогрев природного газа отключают.
В устройстве для зажигания газового потока, содержащего метан и хлор, включающем горелку с каналом для его подачи, согласно изобретению горелка содержит дополнительный канал для подачи разогретого газа, содержащего метан, а на трубопроводах подвода газов к каналам горелки установлены регулирующие запорные устройства.
Дополнительный канал для подачи разогретого газа, содержащего метан, представляет собой цилиндрическую трубу, торец которой оборудован соплом, а сама труба расположена по оси горелки.
Канал для подачи газового потока, содержащего метан и хлор, выполнен в виде кольцевой камеры, охватывающей дополнительный канал для подачи разогретого газа, содержащего метан, причем торцевой срез кольцевой камеры выступает наружу за выходное отверстие сопла дополнительного канала, а торцевой срез кольцевой камеры оборудован основным рабочим соплом.
Между дополнительным каналом для подачи разогретого газа, содержащего метан, и регулировочным запорным устройством размещен подогреватель газа.
Сущность изобретения поясняется чертежом.
Устройство для зажигания газового потока, содержащего метан и хлор, включает горелку (1) с основным кольцевым каналом (2) для подачи газового потока, содержащего метан и хлор. Основной кольцевой канал (2) заканчивается основным рабочим соплом (3). Горелка (1) включает в себя дополнительный канал (4) для подачи разогретого метана, расположенный по оси горелки (1). Дополнительный канал (4) заканчивается дополнительным соплом (5). На трубопроводах подвода газов к каналам горелки установлены регулирующие запорные устройства (7-9). Между регулирующим запорным устройством (9) и дополнительным каналом (4) размещен нагреватель (6).
Природный газ через регулирующее запорное устройство (9) поступает в нагреватель (6), откуда через канал (4) выбрасывается через сопло (5). Вытекающая струя газа приобретает свойства неизотермической турбулентной струи. На поверхности раздела струи со средой, истекающей из кольцевого канала (2) и представляющей собой газовую смесь природного газа и хлора, возникают вихри, беспорядочно движущиеся вдоль нагретой поверхности газовой струи, содержащей метан. Между струей нагретого природного газа и окружающей средой холодной газовой смеси хлора и природного газа происходит обмен конечными массами газа. Хлор, попадая в нагретый газ, диссоциирует на свободные атомы хлора, инициирующие цепную радикальную реакцию хлорирования метана, сопровождающуюся выделением большого количества тепла.
После зажигания газового потока, содержащего метан и хлор, сопровождающегося протеканием экзотермической реакции хлорирования (тепловой эффект реакции хлорирования около 25 ккал на 1 моль хлора), нагреватель (6) отключают, и процесс хлорирования идет самостоятельно. При этом обеспечивается полное использование всего объема реактора хлорирования метана.
Предложенный способ зажигания газового потока и устройство для его осуществления позволяют отказаться как от малопроизводительного способа зажигания газового потока хлора и метана, когда разогреву подвергался весь реактор, облицованный бетоном, с использованием наружной горелки, так и от зажигания газового потока хлора и метана разогретой кирпичной насадкой, специальной горелкой, расположенной непосредственно в реакторе.
Таким образом, предложенный способ позволяет упростить зажигание газового потока, содержащего метан и хлор, отказаться от сложного громоздкого оборудования, осуществить полное использование реакционного объема хлоратора и, кроме этого, позволяет регулировать процесс хлорирования метана за счет поддержания оптимальной температуры процесса.