| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2119888
СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ СИНТЕЗ-ГАЗУ
Ім'я винахідника: Генкін В.М .; Генкін М.В.
Ім'я патентовласника: ТК СИБУР НН
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1998.02.10
Винахід відноситься до технології переробки вуглеводневої сировини, зокрема до отримання синтез-газу з газоподібного вуглеводневої сировини. Синтез-газ отримують шляхом парціального окислення суміші вуглеводневої сировини з повітрям при відношенні кількості кисню в суміші до кількості вуглеводневої сировини альфа = 0,5-0,8. Суміш стискають поршнем в обсязі циліндра двигуна внутрішнього згоряння компресійного типу до виникнення самозаймання та отримання температури 1300-2300 o C на період 10 -3 -10 -2 c. Процес окислення активізують подачею продуктів парціального окислення в кількості 10-20 об.% До вихідної сировини, введеному в кількості 90-80 об.%, Розширюють і охолоджують продукти процесу при русі поршня до нижньої мертвої точки, виводять продукти процесу, що містять синтез-газ , з реакційного об'єму при русі поршня до верхньої мертвої точки, вводять нову порцію робочої суміші при русі поршня до нижньої мертвої точки. Цикл повторюють з частотою, що перевищує 350 циклів на хвилину. Винахід дозволяє підвищити продуктивність процесу.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до технології переробки вуглеводневої сировини, зокрема до отримання синтез-газу з газоподібного вуглеводневої сировини.
Відомі різні способи окислення вуглеводневої сировини, наприклад метану, для отримання синтез-газу:
СН 4 + 0,5 О 2 = СО + 2Н 2,
де СО + 2Н 2 - синтез-газ.
Відомий спосіб отримання синтез-газу, що включає спалювання суміші вуглеводневої сировини з повітрям, збагаченим киснем, при альфа = 0,5-0,8 або НЕ збагаченим киснем повітрям при альфа = 0,827-1,2 (альфа - кількість повітря, необхідне для спалювання вуглеводню, визначається з відношення кількості кисню до кількості вуглеводневої сировини) і вибуховий парціальне окиснення вуглеводнів в обсязі циліндра двигуна внутрішнього згоряння, розширення і охолодження продуктів процесу при русі поршня двигуна до нижньої мертвої точки, виведення продуктів процесу, що містять синтез-газ, з реактивного обсягу при русі поршня до верхньої мертвої точки, введення нової порції робочої суміші при русі поршня до нижньої мертвої точки. При цьому в якості вуглеводневої сировини використовується багатий газ коксових виробництв, що містить, в основному, окис вуглецю, метанову і етиленової фракції. У циліндри двигуна внутрішнього згоряння подають суміш повітря з зазначеним сировиною, а вибухового парціальному окисленню передує примусове займання суміші. Питома продуктивність процесу щодо вуглеводневої сировини становить близько 700 кг / м 3 на годину. В даному випадку отримання синтез-газу поєднується з виробленням електроенергії. (Казарновський Я. С., Дерев'янко І.Г., Снежинськ І., Кобозев Н.І. "Вибухова конверсія метану", М., Праці ГИАП, т.VIII, 1957, с.89-105).
Використання в зазначеному способі не природного газу, а продукту його переробки - багатого газу коксових виробництв, прив'язує виробництво синтез-газу до коксівним виробництвам.
Крім того, при здійсненні способу з використанням незбагаченого повітря при альфа = 0,827-1,2 в продуктах процесу вміст СО 2 в 1,5-2 рази більше, ніж СО, вміст водню не задовольняє вимогу синтезу, а при альфа> 1 водень взагалі Відсутнє. Так, наприклад, при роботі на незбагаченому повітрі при альфа = 0,827 відношення Н 2 / СО становить 0,76 і ні в одному прикладі не досягає значення 2,0.
При здійсненні способу на повітрі, збагаченому киснем, при альфа = 0,5-0,8 (вміст кисню 29 і 50% відповідає зазначеним альфа) співвідношення Н 2 / СО не відповідає вимогам каталітичного синтезу (в ряді випадків менше одиниці). При альфа = 0,8 вміст СО 2 дорівнює змісту СО.
Найбільш близьким до пропонованого є спосіб отримання синтез-газу, що включає попереднє змішування вуглеводневої сировини з повітрям до альфа = 0,5-0,8, активізацію процесу окислення сировини нагріванням отриманої суміші до температури 200-450 o С, подачу нагрітої суміші в об'єм циліндра двигуна внутрішнього згоряння компресійного типу при русі поршня до нижньої мертвої точки, здійснення парціального окислення вуглеводнів при стисненні суміші в об'ємі циліндра рухом поршня до верхньої мертвої точки до її самозаймання та отримання температури 1300-2300 o с на період 10 -3 - 10 -2 с , охолодження продуктів процесу розширенням їх при русі поршня до нижньої мертвої точки, виведення продуктів процесу, що містять синтез-газ, з циліндра двигуна при русі поршня до верхньої мертвої точки, введення нової порції робочої суміші при русі поршня до нижньої мертвої точки, повторення циклу з частотою, що перевищує 350 циклів в хв (патент N 2096313, "Спосіб отримання синтез-газу", 1997). Винахід вирішує задачу створення способу отримання синтез-газу, придатного для подальшої каталітичної переробки. Використання описаного способу дозволило отримати синтез-газ у відомих випускаються промисловістю двигунах внутрішнього згоряння після їх невеликій модифікації. При цьому останні працюють за типом компресійного двигуна, т. Е. З запалюванням від стиснення при зовнішньому сумішоутворення.
Використання в способі в якості сировини метану, етану та інших газоподібних вуглеводнів, одержуваних, зокрема, при виділенні широкої фракції легких вуглеводнів з попутних нафтових газів, дозволяє поліпшити екологічну обстановку в районах видобутку і переробки нафти. При цьому питома продуктивність в пропонованому способі в 2,5-3 рази вище, ніж в аналогу і досягає 1400-2000 кг / м 3 на годину.
Проте активізація процесу окислення вуглеводневої сировини, що включає попереднє нагрівання суміші до 200-450 o С, створює умови надходження газу в робочу ємність з досить низькою щільністю, викликаючи тим самим обмеження підвищення продуктивності способу.
Крім того, досить висока температура попереднього нагрівання викликає додаткові енергетичні витрати, а й сприяє додатковому зносу деталей, що труться циліндра, знижуючи тим самим ресурс двигуна.
Пропонований винахід вирішує задачу подальшого підвищення продуктивності.
Суть винаходу полягає в тому, що при отриманні синтез-газу здійснюють парціальний окислення суміші вуглеводневої сировини з повітрям при альфа = 0,5-0,8 (альфа - відношення кількості кисню до кількості вуглеводневої сировини), стиснення суміші поршнем в обсязі циліндра двигуна внутрішнього згоряння компресійного типу до виникнення самозаймання та отримання температури 1300-2300 o с на період 10 -3 - 10 -2 с, активізацію процесу окислення подачею продуктів парціального окислення в кількості 10-20 об.% до вихідної сировини, введеному в кількості 90-80 про.%, розширення та охолодження продуктів процесу при русі поршня двигуна до нижньої мертвої точки, виведення продуктів процесу, що містять синтез-газ, з реакційного об'єму при русі поршня до верхньої мертвої точки, введення нової порції робочої суміші при русі поршня до нижньої мертвої точки , повторення циклу з частотою, що перевищує 350 циклів на хвилину.
Новизна винаходу полягає в активізації процесу парціального окислення вуглеводневої суміші з повітрям введенням в робочий об'єм циліндра двигуна продуктів парціального окислення в зазначених вище співвідношеннях.
Тут, як і в прототипі, при альфа, меншому 0,5, відбувається інтенсивне сажеобразование, що погіршує якість синтез-газу, а при альфа, більшому 0,8, в газах вміст СО 2 стає більше, ніж СО, що і знижує якість синтез-газу.
Нижня межа температури проведення парціального окислення 1300 o С обрана з міркувань забезпечення глибокого протікання парціального окислення вуглеводневої сировини.
Верхня межа температури проведення парціального окислення 2300 o С обрана щоб уникнути сажоутворення при нижніх значеннях заявляється альфа.
Частота циклу повинна перевищувати 350 циклів на хвилину, так як при більш повільному стисканні займання суміші не відбувається.
При здійсненні парціального окислення при зазначених температурах за період менше 10 -3 с потрібно таке збільшення числа оборотів двигуна, при яких інерційні навантаження зростають вище допустимих по міцності міркувань.
При здійсненні парціального окислення при зазначених температурах за період більше 10 -2 с знижується вихід цільового продукту.
Наведені значення концентрації продуктів парціального окислення, що вводяться в реакційний об'єм для повторної переробки, обумовлений вимогою підвищення продуктивності.
При концентрації продуктів переробки менше 10% при забезпеченні альфа = 0,5-0,8 вихідної суміші вуглеводневої сировини з повітрям не буде забезпечене досягнення температури самозаймання та нагріву робочої суміші до необхідних температур, а при концентрації їх, що перевищує 20%, знижується продуктивність.
Спосіб здійснюють наступним чином.
1. Попередньо змішують вуглеводневу сировину з повітрям до альфа = 0,5-0,8.
2. 90-80 об.% Вихідної сировини і 10-20 об.% Продуктів парціального окислення подають в обсяг циліндра двигуна внутрішнього згоряння компресійного типу при русі поршня до нижньої мертвої точки.
3. Здійснюють хімічні реакції при стисненні суміші в об'ємі циліндра рухом поршня до верхньої мертвої точки до її самозаймання та отримання температури 1300-2300 o С на період 10 -3 - 10 -2 с.
4. Охолоджують продукти процесу, розширюючи їх при русі поршня до нижньої мертвої точки.
5. Виводять продукти процесу з циліндра двигуна при русі поршня до верхньої мертвої точки.
6. Цикл повторюють з частотою, що перевищує 350 циклів в хв.
7. Використовують кінетичну енергію механізму руху двигуна для отримання енергії в генераторі, пов'язаному з валом двигуна.
При попаданні суміші вуглеводневої сировини з повітрям і продуктів переробки в робочий об'єм і досягненні при стисненні суміші умов протікання реакцій:
СН 4 + 0,5 О 2 = СО + 2Н 2,
СО + 0,5 О 2 = СО 2,
Н 2 + 0,5 О 2 = Н 2 О,
СН 4 = з (сажа) + 2Н 2 газ.
Ці реакції мають енергії активації відповідно: 29,22; 23,18; 19,15; 50,38 кДж / м, тепловий ефект +35,71, +242, +283,2, -74,9 кДж (Білер І.В. та ін. Метод імпульсного стиснення і його застосування в хімічній технології. Оглядово-інформаційний матеріал . - М .: Інститут нафтохімічного синтезу ім.А.В. Топчиева, 1997).
З наведених даних видно, що завдяки наявності в робочій суміші водню і окису вуглецю відбуваються реакції зі значним виділенням тепла вже на початкових етапах процесу і відпадає необхідність попереднього нагрівання вуглеводневої сировини з повітрям до 200-450 o С. Іншими словами, використовуючи більш високу цетанове число водню в порівнянні з метаном (відмінність в 10 разів), вдається реалізувати роботу компресійного двигуна, не вдаючись до заходів початкового нагріву.
Спосіб отримання синтез-газу пояснюється кресленням, на якому зображена схема установки.
Установка містить заснований на двигуні внутрішнього згоряння компресійного типу хімічний реактор стиснення, що включає циліндр 1, що представляє собою замкнутий реакційний обсяг, в якому розміщений поршень 2, впускний клапан 3 для підведення робочої суміші, розміщений в зоні верхньої мертвої точки циліндра 1, пов'язаного трубопроводом зі змішувачем 4, випускний клапан 5, розташований в зоні верхньої мертвої точки циліндра 1 для відводу продуктів процесу.
Поршень 2 циліндра 1 з'єднаний з кривошипно-шатунним механізмом 6. З валом кривошипа 6 пов'язаний електродвигун 7.
Установка має і систему підготовки робочої суміші з вуглеводневої сировини з повітрям і продуктів переробки парціального окислення метану, що включає дозуючі і вимірювальні пристрої.
РОБОТА УСТАНОВКИ І ЗДІЙСНЕННЯ СПОСОБУ ВІДБУВАЄТЬСЯ наступним чином
У змішувач 4 подають вуглеводневу сировину і повітря в заданих співвідношеннях, а й продукт парціального окислення в концентрації, зазначеної вище. Отриману суміш через клапан 3 подають в циліндр 1, в якому за допомогою руху поршня 2 до верхньої мертвої точки суміш стискають до температури її самозаймання та отримання температур 1300-2300 o С і на період часу 10 -3 - 10 -2 с, при яких відбувається окислення і термічне розкладання робочої суміші.
При русі поршня 2 в циліндрі до нижньої мертвої точки відбувається розширення продуктів процесу, охолодження їх і гарт, причому теплова енергія цих продуктів перетворюється в механічну енергію механізму руху. При подальшому русі поршня 2 до верхньої мертвої точки продукти процесу виводять з циліндра 1 через випускний клапан 5. Подача в циліндр 1 свіжої робочої суміші відбувається під час руху поршня 2 до нижньої мертвої точки і відкритті впускного клапана 3. Зворотно-поступальний рух поршня 2 в циліндрі 1 здійснюють з частотою не менш 350 циклів в хв.
Приклади здійснення способу отримання синтез-газу наведені в таблиці.
Спосіб здійснено на установці, що включає модифікований двигун внутрішнього згоряння компресійного типу Г98 (6ГЧН36 / 45) з робочим об'ємом 45 л, переробний вуглеводневу сировину.
Як видно з таблиці, продуктивність способу, реалізованого за пропонованого винаходу, досягає більш високих значень. Питома продуктивність способу 2500 кг / м 3 на годину.
Крім того, відсутність попереднього нагрівання дозволяє виключити додаткові енергетичні витрати і підвищити ресурс двигуна.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Спосіб отримання синтез-газу, що включає парціальний окислення вуглеводневої сировини в суміші з повітрям, при відношенні кількості кисню до кількості вуглеводневої сировини альфа = 0,5 - 0,8, в процесі стиснення суміші поршнем в обсязі циліндра двигуна внутрішнього згоряння компресійного типу до виникнення самозаймання і отримання температури 1300 - 2300 o C на період 10 -3 - 10 -2 с, активізацію процесу окислення, розширення та охолодження продуктів процесу при русі поршня двигуна до нижньої мертвої точки, виведення продуктів процесу, що містять синтез-газ, з реакційного об'єму при русі поршня до верхньої мертвої точки, введення нової порції робочої суміші при русі поршня до нижньої мертвої точки, повторення циклу з частотою, що перевищує 350 циклів на хвилину, що відрізняється тим, що процес парціального окиснення вуглеводневої суміші з повітрям активізують введенням в робочий об'єм циліндра двигуна продуктів парціального окислення в кількості 10 - 20 об.% при 90 - 80 об.% вихідної суміші.
Версія для друку
Дата публікації 02.03.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.