RU2199366C1

RU2199366C1 - Reactor for homogeneous oxidation of natural gas

Info

Publication number: RU2199366C1
Application number: RU2002100244/12A
Authority: RU
Inventors: Р.Ф. Кадыров; ков Н.И. Пресн; Н.И. Пресняков
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Метанол"
Priority date: 2002-01-11
Filing date: 2002-01-11
Publication date: 2003-02-27

Abstract

FIELD: method of homogeneous oxidation of natural gas. SUBSTANCE: reactor includes inlet and outlet chambers with longitudinal cylindrical passages for delivery and discharge of methane- containing gas; outer surface of housing has layers of kaolin wool. EFFECT: enhanced efficiency. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к реактору для гомогенного окисления природного газа. The invention relates to the chemical industry, in particular to a reactor for the homogeneous oxidation of natural gas.

Известен реактор для гомогенного окисления природного газа, содержащий связанные между собой смеситель, реакционную камеру и теплообменник для снижения температуры отходящих газов (патент RU 2162460, 27.01.2001 - аналог и прототип). Known reactor for the homogeneous oxidation of natural gas, containing a connected mixer, a reaction chamber and a heat exchanger to reduce the temperature of the exhaust gases (patent RU 2162460, 01.27.2001 - analogue and prototype).

Недостатком известного реактора является его низкая эффективность в использовании. A disadvantage of the known reactor is its low efficiency in use.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности в пользовании и увеличение выхода получаемого продукта. The technical result of the invention is to increase the efficiency in use and increase the yield of the resulting product.

Достигается это тем, что реактор содержит входную и выходную камеры с продольными цилиндрическими каналами соответственно для подачи метаносодержащего газа и отвода метанолосодержащего газа, внешняя поверхность корпусов которых несет слои, например, каолиновой ваты, причем внутренняя поверхность реакционной камеры выполнена в виде последовательно сопряженных между собой малой цилиндрической, разгонной конической и большой цилиндрической поверхностей, смеситель герметично соединен с входной камерой, цилиндрическая поверхность смесителя установлена с зазором относительно малой цилиндрической поверхности реакционной камеры, в стенке корпуса входной камеры выполнены расположенные под углом к продольной оси сквозной канал для подачи кислорода и форсунки для распыления кислорода и смешивания в необходимой пропорции с метаносодержащим газом, поступающим через канал входной камеры, большая цилиндрическая поверхность корпуса смесителя герметично соединена с корпусом теплообменника, свободный конец которого герметично соединен с корпусом выходной камеры, внутренняя поверхность которой выполнена в виде сопряженных между собой цилиндрической и конической поверхностей, при этом корпусы реакционной и выходной камер выполнены из углеродистой стали, внешняя поверхность которых несет плакировку из углеродистой стали, внутренняя поверхность футерована огнеупорным бетоном, а в качестве теплообменника использован котел-утилизатор. This is achieved by the fact that the reactor contains inlet and outlet chambers with longitudinal cylindrical channels, respectively, for supplying methane-containing gas and discharging methane-containing gas, the outer surface of the shells of which carries layers, for example, kaolin wool, and the inner surface of the reaction chamber is made in the form of successively conjugated small cylindrical, accelerating conical and large cylindrical surfaces, the mixer is hermetically connected to the inlet chamber, the cylindrical surface is mixed the carrier is installed with a clearance of a relatively small cylindrical surface of the reaction chamber, a through channel for oxygen supply and nozzles for spraying oxygen and mixing in the necessary proportion with the methane-containing gas entering through the channel of the inlet chamber are arranged at an angle to the longitudinal axis of the reaction chamber, a large cylindrical the surface of the mixer housing is hermetically connected to the body of the heat exchanger, the free end of which is hermetically connected to the housing of the outlet chamber, internal Thread surface of which is formed as a conjugate between a cylindrical and conical surfaces, wherein the housings of the reaction and outlet chambers are made of carbon steel, the outer surface of which carries plating of carbon steel, the inner surface is lined with refractory concrete, and as a heat exchanger used HRSG.

Диаметр большой цилиндрической поверхности реакционной камеры равен диаметру внутренней цилиндрической поверхности выходной камеры. The diameter of the large cylindrical surface of the reaction chamber is equal to the diameter of the inner cylindrical surface of the outlet chamber.

Реактор имеет расположенные в реакционной камере датчики замера температуры смеси и расположенные на выходе из нее датчики отбора анализа смеси. The reactor has sensors for measuring the temperature of the mixture located in the reaction chamber and sensors for selecting a mixture analysis located at its outlet.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен реактор в сборе, на фиг.2 - увеличенная часть реактора. The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows the reactor assembly, figure 2 is an enlarged part of the reactor.

Реактор для гомогенного окисления природного газа содержат связанные между собой смеситель 1, реакционную камеру 2 и теплообменник 3 для снижения температуры отходящих газов. The reactor for the homogeneous oxidation of natural gas contains interconnected mixer 1, a reaction chamber 2 and a heat exchanger 3 to reduce the temperature of the exhaust gases.

Реактор содержит входную 4 и выходную 5 камеры с продольными цилиндрическими каналами 6, 7 соответственно для подачи метаносодержашего 8 газа и отвода 9 метанолосодержащего газа, внешняя поверхность корпусов которых несет слои 10, например, каолиновой ваты. The reactor contains inlet 4 and outlet 5 chambers with longitudinal cylindrical channels 6, 7, respectively, for supplying methane-containing gas 8 and venting 9 methanol-containing gas, the outer surface of the shells of which carries layers 10, for example, kaolin wool.

Внутренняя поверхность реакционной 2 камеры выполнена в виде последовательно сопряженных между собой малой цилиндрической 11, разгонной конической 12 и большой цилиндрической 13 поверхностей. The inner surface of the reaction chamber 2 is made in the form of consecutively interconnected small cylindrical 11, accelerating conical 12 and large cylindrical 13 surfaces.

Смеситель 1 герметично соединен с входной 4 камерой, цилиндрическая поверхность смесителя 1 установлена с зазором относительно малой цилиндрической 11 поверхности реакционной 2 камеры. The mixer 1 is hermetically connected to the inlet 4 of the chamber, the cylindrical surface of the mixer 1 is installed with a gap of a relatively small cylindrical 11 surface of the reaction chamber 2.

В стенке корпуса входной 4 камеры выполнены расположенные под углом к продольной 14 оси сквозной канал 15 для подачи кислорода (O₂) и, например, 18 форсунок 16 для распыления кислорода и смешивания в необходимой пропорции с метаносодержащим газом, поступающим через канал 6 входной 4 камеры.A through channel 15 for supplying oxygen (O ₂ ) and, for example, 18 nozzles 16 for atomizing oxygen and mixing in the required proportion with the methane-containing gas entering through channel 6 of the inlet 4 of the chamber, are arranged at an angle to the longitudinal axis 14 of the chamber 4 and are provided, which are arranged at an angle to the longitudinal axis 14 .

Большая цилиндрическая 13 поверхность корпуса смесителя 1 герметично соединена с корпусом теплообменника 3, свободный конец 3 которого герметично соединен с корпусом выходной 5 камеры, внутренняя поверхность которой выполнена в виде сопряженных между собой цилиндрической 17 и конической 18 поверхностей. The large cylindrical 13 surface of the housing of the mixer 1 is hermetically connected to the body of the heat exchanger 3, the free end 3 of which is hermetically connected to the housing of the outlet 5 of the chamber, the inner surface of which is made in the form of mating cylindrical 17 and conical 18 surfaces.

Корпусы реакционной 2 и выходной 5 камер выполнены из углеродистой стали, внешняя поверхность которых несет плакировку из углеродистой стали, внутренняя поверхность футерована огнеупорным бетоном 19, а в качестве теплообменника 3 использован котел-утилизатор. The reaction shells 2 and the output 5 of the chambers are made of carbon steel, the outer surface of which is coated with carbon steel, the inner surface is lined with refractory concrete 19, and a recovery boiler is used as heat exchanger 3.

Диаметр большой цилиндрической 13 поверхности реакционной камеры 2 равен диаметру внутренней 17 цилиндрической поверхности выходной 5 камеры. The diameter of the large cylindrical 13 surface of the reaction chamber 2 is equal to the diameter of the inner 17 cylindrical surface of the outlet 5 of the chamber.

Реактор имеет расположенные в реакционной камере 2 датчики 20 замера температуры смеси и расположенные на выходе из нее датчики 21 отбора анализа смеси. The reactor has sensors 20 for measuring the temperature of the mixture located in the reaction chamber 2 and sensors 21 for selecting a mixture analysis located at its outlet.

Функционирует реактор для гомогенного окисления природного газа следующим образом. The reactor operates for the homogeneous oxidation of natural gas as follows.

Время протекания гомогенного окисления природного газа ограничено в данном реакторе (третья ступень) до 2 сек, что обусловлено возможным получением целевых продуктов при более длительном пребывании газа в реакционной камере 2 при температуре 540-560^oС. Происходит распад продуктов в реакции.The duration of the homogeneous oxidation of natural gas is limited in this reactor (third stage) to 2 seconds, which is due to the possible production of the desired products with a longer residence of the gas in the reaction chamber 2 at a temperature of 540-560 ^° C. The products decompose in the reaction.

Регулирование температуры газа в реакторе осуществляет с помощью котла-утилизатора 3, в котором можно менять давление насыщенного пара с 7 кгс/см² до 40 кгс/см², тем самым возможно изменять температуру трубок котла 3 и увеличивать или уменьшать теплосъем с котла, т.е. регулировать температуру газа на выходе из котла 3, при этом обеспечивается одна температура газа по всему выходному потоку.The gas temperature in the reactor is controlled using a recovery boiler 3, in which it is possible to change the saturated steam pressure from 7 kgf / cm ² to 40 kgf / cm ² , thereby it is possible to change the temperature of the tubes of boiler 3 and increase or decrease the heat removal from the boiler, t .e. adjust the temperature of the gas at the outlet of the boiler 3, while one gas temperature is ensured over the entire outlet stream.

В реактор поступает подогретый циркуляционный газ, где он смешивается с кислородом в соотношении ниже предела взрываемости. Heated circulating gas enters the reactor, where it is mixed with oxygen in a ratio below the explosive limit.

Кислород частично окисляет метан, при этом повышается температура газовой смеси до 540-560^oС и образуется метанол, этанол, формалин и некоторые другие продукты.Oxygen partially oxidizes methane, while the temperature of the gas mixture rises to 540-560 ^o C and forms methanol, ethanol, formalin and some other products.

Реакция образования продуктов гомогенного окисления обратима и, как следствие, необходимо проводить быструю "закалку - охлаждение" реакционной смеси с 540-560^oС до 440-450^oС, что осуществляется в котле-утилизаторе 3.The reaction of the formation of products of homogeneous oxidation is reversible and, as a result, it is necessary to carry out a quick "quenching - cooling" of the reaction mixture from 540-560 ^o C to 440-450 ^o C, which is carried out in a waste heat boiler 3.

Заявленная конструкция позволяет проводить описанные технологические операции по гомогенному окислению природного газа. The claimed design allows the described technological operations for the homogeneous oxidation of natural gas.

Таким образом, изобретение повышает эффективность в эксплуатации и увеличивает выход получаемого продукта. Thus, the invention improves operational efficiency and increases the yield of the resulting product.

Промышленная применимость. Industrial applicability.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности, в частности, при производстве метанола. The invention can be used in the chemical industry, in particular, in the production of methanol.

Claims

1. Реактор для гомогенного окисления природного газа, содержащий связанные между собой смеситель, реакционную камеру и теплообменник для снижения температуры отходящих газов, отличающийся тем, что он содержит входную и выходную камеры с продольными цилиндрическими каналами соответственно для подачи метаносодержащего газа и отвода метанолосодержащего газа, внешняя поверхность корпусов которых несет слои, например, каолиновой ваты, причем внутренняя поверхность реакционной камеры выполнена в виде последовательно сопряженных между собой малой цилиндрической, разгонной конической и большой цилиндрической поверхностей, смеситель герметично соединен со входной камерой, цилиндрическая поверхность смесителя установлена с зазором относительно малой цилиндрической поверхности реакционной камеры, в стенке корпуса входной камеры выполнены расположенные под углом к продольной оси сквозной канал для подачи кислорода и форсунки для распыления кислорода и смешивания в необходимой пропорции с метаносодержащим газом, поступающим через канал входной камеры, большая цилиндрическая поверхность корпуса смесителя герметично соединена с корпусом теплообменника, свободный конец которого герметично соединен с корпусом выходной камеры, внутренняя поверхность которой выполнена в виде сопряженных между собой цилиндрической и конической поверхностей, при этом корпуса реакционной и выходной камер выполнены из углеродистой стали, внешняя поверхность которых несет плакировку из углеродистой стали, внутренняя поверхность футерована огнеупорным бетоном, а в качестве теплообменника использован котел-утилизатор. 1. A reactor for the homogeneous oxidation of natural gas, comprising an interconnected mixer, a reaction chamber and a heat exchanger for lowering the temperature of the exhaust gases, characterized in that it contains inlet and outlet chambers with longitudinal cylindrical channels, respectively, for supplying methane-containing gas and discharging methane-containing gas, external the surface of the casings of which carries layers, for example, kaolin wool, the inner surface of the reaction chamber being made in the form of successively conjugated between a small cylindrical, accelerating conical and large cylindrical surfaces, the mixer is hermetically connected to the inlet chamber, the cylindrical surface of the mixer is installed with a gap relative to the relatively small cylindrical surface of the reaction chamber, a through channel for oxygen supply and nozzles arranged at an angle to the longitudinal axis are made in the wall of the body of the inlet chamber for atomization of oxygen and mixing in the required proportion with methane-containing gas entering through the channel of the inlet chamber, a large cylinder The surface of the mixer body is hermetically connected to the body of the heat exchanger, the free end of which is hermetically connected to the body of the outlet chamber, the inner surface of which is made in the form of mating cylindrical and conical surfaces, while the body of the reaction and outlet chambers are made of carbon steel, the outer surface of which carries carbon steel cladding, the inner surface is lined with refractory concrete, and a recovery boiler is used as a heat exchanger.

2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что диаметр большой цилиндрической поверхности реакционной камеры равен диаметру внутренней цилиндрической поверхности выходной камеры. 2. The reactor according to claim 1, characterized in that the diameter of the large cylindrical surface of the reaction chamber is equal to the diameter of the inner cylindrical surface of the outlet chamber.

3. Реактор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что он имеет расположенные в реакционной камере датчики замера температуры смеси и расположенные на выходе из нее датчики отбора анализа смеси. 3. The reactor according to claims 1 and 2, characterized in that it has sensors for measuring the temperature of the mixture located in the reaction chamber and sensors for selecting the analysis of the mixture located at its outlet.