UA148412U - THERMOCHEMICAL REACTION APPARATUS - Google Patents

Abstract

Термохімічний реакційний апарат має змійовик, є моноблочною конструкцією, камера теплообміну має окремий змійовик підігріву окисника, окремий змійовик підігріву водного дистиляту, датчики тиску, датчики температури газифікації, газоаналізатор, основний змійовик підігріву речовини, перпендикулярно основному змійовику встановлені перегородки, а камера газифікації має вогнетривку насадку.The thermochemical reaction apparatus has a coil, is a monoblock design, the heat exchange chamber has a separate coil of oxidant heating, a separate coil of water distillate heating, pressure sensors, gasification temperature sensors, gas analyzer, main coil of heating substance, perpendicular to the main .

Description

Корисна модель належить до підприємств хімічної промисловості та використовується для одержання синтез-газу, технологічного тепла промислового і побутового використання, захисних атмосфер при хіміко-термічній обробці металу, утилізації відходів горючих газів, газифікації палив, отриманні водяного дистиляту, утилізації водної дистилятної фракції з вмістом горючих речовин в тому числі токсичних, при цьому жоден з реагентів, які надходять на даний процес, не повинен містити галогенів та має бути відсутня зольність. Експлуатація даного устаткування передбачається в умовах малих виробництв або малих підприємств.The useful model belongs to enterprises of the chemical industry and is used for obtaining synthesis gas, technological heat for industrial and domestic use, protective atmospheres during chemical and thermal treatment of metal, disposal of waste combustible gases, gasification of fuels, obtaining water distillate, disposal of water distillate fraction with combustible content substances, including toxic ones, while none of the reagents entering this process should contain halogens and should be free of ash. The operation of this equipment is expected in the conditions of small productions or small enterprises.

Термохімічний реакційний апарат (дали по тексту - апарат) не має фундаменту і кріпиться в зручному для експлуатації місці відповідно до чинних нормативів техніки безпеки.The thermochemical reaction apparatus (referred to as the apparatus in the text) has no foundation and is mounted in a place convenient for operation in accordance with current safety regulations.

Відомі конструкції термохімічних реакторів (газогенераторів) розраховані для роботи в умовах великих виробництв з великим об'ємом газифікованого рідкого палива з метою отримання синтез-газу і паливного газу з можливістю утилізації (спалювання) водної фракції з присутністю токсичних речовин (1). З подальшою паровою каталітичною конверсією монооксиду вуглецю в окремому реакторі.Well-known designs of thermochemical reactors (gas generators) are designed to work in the conditions of large factories with a large volume of gasified liquid fuel in order to obtain synthesis gas and fuel gas with the possibility of utilization (burning) of the water fraction with the presence of toxic substances (1). With subsequent steam catalytic conversion of carbon monoxide in a separate reactor.

Недоліком таких установок є низький ступінь використання теплової енергії, зв'язаний з відсутністю в конструкції теплообмінників (як основного обладнання), довгий і складний вивід на робочий тепловий режим, використання великої кількості вогнетривів і каталізаторів, великого обсягу оборотної охолоджуючої води на охолодження допоміжного обладнання з подальшим невикористанням теплової енергії гарячої води, великі накладні витрати на експлуатацію основного і допоміжного обладнання. Відсутність технічної і технологічної можливості роботи в умовах малих виробництв зі споживанням невеликих обсягів палива в умовах малої теплової потужності, встановлення виключно на важкому залізобетонному фундаменті.The disadvantage of such installations is the low degree of use of thermal energy, which is associated with the absence of heat exchangers in the design (as the main equipment), a long and complex transition to the operating thermal regime, the use of a large number of refractories and catalysts, a large volume of circulating cooling water for cooling auxiliary equipment with further non-use of the thermal energy of hot water, large overhead costs for the operation of the main and auxiliary equipment. The lack of technical and technological possibility of working in the conditions of small productions with the consumption of small volumes of fuel in conditions of low thermal power, installation exclusively on a heavy reinforced concrete foundation.

Відомі конструкції газорідинних котлів невеликої теплової потужності до 100 кВт. Перевагою даних котлів є підвищений тепловий ККД при нагріванні теплоносія для побутового використання або нагріву малих промислових установок (2). Недоліком даного обладнання є використання тільки для нагріву теплоносія і неможливість утилізації водної фракції з вмістом токсичних речовин, неможливість отримання синтез-газу або паливного газу, відсутність підігріву повітря перед подачею на пальник з метою економії палива.Known designs of gas-liquid boilers of small heat capacity up to 100 kW. The advantage of these boilers is increased thermal efficiency when heating the coolant for domestic use or heating small industrial installations (2). The disadvantage of this equipment is its use only for heating the coolant and the impossibility of disposing of the water fraction containing toxic substances, the impossibility of obtaining synthesis gas or fuel gas, the lack of air heating before being fed to the burner in order to save fuel.

Відома форсунка з попередньою газифікацією рідкого палива (патент СРСР Мо 54698), з підігрівом водно-паливної суміші в змійовику, який знаходиться на кінці дії факела та переміщується в горизонтальній площині з метою вибору максимально ефективної температури підігріву перед газифікацією, газифікація проходить в порожнині форсунці без каталізатора.A known nozzle with preliminary gasification of liquid fuel (USSR patent Mo 54698), with heating of the water-fuel mixture in the coil, which is located at the end of the torch action and moves in the horizontal plane in order to select the most effective heating temperature before gasification, gasification takes place in the cavity of the nozzle without catalyst.

Недоліком даної форсунки є відсутність можливості точного регулювання та індикації температури газифікації диска та хімічного складу продуктів газифікації на виході з форсунки, складний та небезпечний розпал та вивід на технологічний режим. Дана форсунка вибрана як найближчий аналог.The disadvantage of this nozzle is the lack of the possibility of precise adjustment and indication of the gasification temperature of the disk and the chemical composition of the gasification products at the exit from the nozzle, difficult and dangerous ignition and output to the technological mode. This nozzle is selected as the closest analogue.

Задача корисної моделі - багатофункціональність та моноблочність установки при експлуатації в умовах малих виробництв з можливістю швидкого переналаштування на виконання різних виробничих завдань: - роботи в режимі теплоенергетичної установки з одночасною утилізацією водної дистилятної фракції і без отримання синтез-газу або паливного газу, - роботи в режимі отримання синтез-газу або паливного газу з утилізацією водної дистилятної фракції або без неї, - роботи в режимі нагріву теплоносія (теплоенергетичної установки) без утилізації водної дистилятної фракції і без отримання синтез-газу або паливного газу, - можливість проведення хімічних процесів в змійовиках безпосередньо при подачі в них реагентів, - підвищення безпеки пуску, зупинки та експлуатації.The task of the useful model is the multi-functionality and monoblock nature of the installation when operating in the conditions of small production facilities with the possibility of quick reconfiguration for the performance of various production tasks: - operation in the mode of a thermal power plant with simultaneous utilization of the water distillate fraction and without obtaining synthesis gas or fuel gas, - operation in the mode production of synthesis gas or fuel gas with or without utilization of the water distillate fraction, - operation in the mode of heating the heat carrier (thermal power plant) without utilization of the water distillate fraction and without production of synthesis gas or fuel gas, - the possibility of conducting chemical processes in the coils directly at supply of reagents in them, - improvement of the safety of starting, stopping and operation.

Поставлена задача вирішується за рахунок того, що термохімічний реакційний апарат є моноблочною конструкцією, камера теплообміну має окремий змійовик підігріву окисника, окремий змійовик підігріву водного дистиляту, датчики тиску, датчики температури газифікації, газоаналізатор, основний змійовик підігріву речовини, перпендикулярно основному змійовику встановлені перегородки, камера газифікації має вогнетривку насадку.The task is solved due to the fact that the thermochemical reaction apparatus is a monoblock structure, the heat exchange chamber has a separate coil for heating the oxidizer, a separate coil for heating the water distillate, pressure sensors, gasification temperature sensors, a gas analyzer, the main coil for heating the substance, partitions are installed perpendicular to the main coil, the camera gasification has a refractory nozzle.

Задача вирішується невеликими розмірами установки та встановленням її без фундаменту в місці роботи, поверхневим горінням на вогнетривкій насадці та/або газифікацією палива на ній, підігрівом окисника та водної дистилятної фракції до пароподібного стану у водному або різних змійовиках, встановленням датчиків температури термічної конверсії та температури на вході в головний змійовик, встановленням датчику тиску для забезпечення виключення підвищення тиску більш гранично допустимого, встановленням датчиків витрати горючої рідини, бо водної фракції та окисника з метою керування параметрів горіння та складу отриманого синтез-The task is solved by the small size of the installation and its installation without a foundation at the workplace, surface combustion on a refractory nozzle and/or fuel gasification on it, heating of the oxidizer and water distillate fraction to a vapor state in water or various coils, installation of thermal conversion temperature sensors and temperature on entrance to the main coil, installation of a pressure sensor to ensure the exclusion of a pressure increase that is more than the maximum allowable, installation of flow sensors of the combustible liquid, because of the water fraction and oxidizer in order to control the parameters of combustion and the composition of the obtained synthesis

газу, встановленням виносного підпалу з метою безпеки розпалювання, збільшення ступеня використання тепла продуктів окислення або згорання палива установкою перегородок перпендикулярно змійовику в апараті, установкою додаткового змійовика підігріву горючої рідини, що подається, встановленням газоаналізатору для безперервного аналізу продуктів газифікації або горіння.gas, installing remote ignition for the purpose of ignition safety, increasing the degree of heat utilization of the products of oxidation or combustion of fuel by installing partitions perpendicular to the coil in the device, installing an additional coil for heating the supplied flammable liquid, installing a gas analyzer for continuous analysis of gasification or combustion products.

Технічний результат досягається наступною комплектацією та режимом роботи.The technical result is achieved by the following configuration and mode of operation.

Комплектація термохімічного реакційного апарата позначення на Фіг. 1 1. Корпус теплообмінної камери. 2. Теплоізоляція. 3. Головний змійовик. 4. Додатковий змійовик підігріву рідини. 5. Додатковий змійовик підігріву окисника. 6. Перегородки. 7. Вогневий канал, 7.1 - термодатчик, 7.2 - патрубок додаткового реагенту. 8. Камера газифікації. 9. Газоаналізатор. 10. Вихідний канал.Complete set of the thermochemical reaction apparatus shown in Fig. 1 1. Housing of the heat exchange chamber. 2. Thermal insulation. 3. Main coil. 4. Additional liquid heating coil. 5. Additional oxidizer heating coil. 6. Partitions. 7. Fire channel, 7.1 - temperature sensor, 7.2 - nozzle of additional reagent. 8. Gasification chamber. 9. Gas analyzer. 10. Output channel.

Камера газифікації (8 на Фіг. 1)Gasification chamber (8 in Fig. 1)

Позначення на Фіг. 2 8.1. Корпус. 8.2. Вогнетривка насадка. 8.3. Канал потоку рідкого пального. 8.4. Канал для окисника (суміші пара з окисником). 8.5. Охолоджувальна камера. 8.6. Датчик тиску. 8.7. Датчик температури. 8.8. Сопло.Designation in Fig. 2 8.1. Corps. 8.2. Refractory nozzle. 8.3. Liquid fuel flow channel. 8.4. Channel for oxidizer (mixture of steam with oxidizer). 8.5. Cooling chamber. 8.6. Pressure sensor. 8.7. Temperature sensor. 8.8. Nozzle.

Зо Режим роботи термохімічного реакційного апаратаЗ Mode of operation of the thermochemical reaction apparatus

Окисник (повітря, кисень, оксиди азоту їх суміші) подається в змійовик 5, подача встановлюється мінімальна по датчику витрати окисника, продування проводять протягом 1-2 хвилин, при одночасній подачі повного потоку води в охолоджувальну камеру 8.5, далі подають горючий газ в канал 8.3, газ з окисником потрапляють в сопло 8.8, де їх підпалюють підпалювачем. Потік газу і окисника не змінюють до температури в шарі насадки 8.2-600-650 "С.The oxidant (air, oxygen, nitrogen oxides of their mixture) is fed into the coil 5, the supply is set to minimum according to the oxidant flow sensor, purging is carried out for 1-2 minutes, with a simultaneous supply of a full flow of water into the cooling chamber 8.5, then combustible gas is fed into the channel 8.3 , gas with an oxidizer enter the nozzle 8.8, where they are ignited by an igniter. The flow of gas and oxidizer is not changed until the temperature in the nozzle layer is 8.2-600-650 "С.

Після набору температури можна подавати рідке паливо замість газоподібного або спільно з ним. При подачі рідкого палива витрата окисника різко підвищується. Незалежно яке подальше завдання експлуатації апарату, шар насадки розігрівається до 900-950 "С при подачі надлишку окисника на 20-30 95 більше стехіометричного співвідношення для повного згоряння палива, що подається. Після досягнення стабільної температури в шарі насадки 900-950 "С і температури при вході на вогневий канал 7-850-900 "С (вказівка температури проводиться датчиком 7.1), дані параметри є початковими для подальшого технологічного використання апарату.After reaching the temperature, liquid fuel can be supplied instead of gaseous fuel or together with it. When supplying liquid fuel, the oxidizer consumption increases sharply. Regardless of the further task of operating the device, the nozzle layer is heated to 900-950 "С when supplying an excess of oxidant by 20-30 95 more than the stoichiometric ratio for complete combustion of the supplied fuel. After reaching a stable temperature in the nozzle layer of 900-950 "С and the temperature at the entrance to the fire channel 7-850-900 "С (the temperature is indicated by sensor 7.1), these parameters are initial for further technological use of the device.

Горіння та газифікація палива відбувається при повному або частковому (в залежності від потреби складу газу) окисленні горючої рідини на поверхні вогнетривкої насадки 8.2 у вигляді поверхневого горіння (без факелу), продукти горіння або газифікації потрапляють у вогневий канал 7, температура їх вимірюється датчиком 7.1, при потребі додатково вводять окисник або інший реагент через патрубок 7.2.Combustion and gasification of fuel occurs with full or partial (depending on the need for gas composition) oxidation of the combustible liquid on the surface of the refractory nozzle 8.2 in the form of surface combustion (without a torch), the products of combustion or gasification enter the fire channel 7, their temperature is measured by the sensor 7.1, if necessary, an oxidizer or other reagent is additionally introduced through the nozzle 7.2.

При роботі апарату нагрів водної дистилятної фракції з іншими токсичними речовинами проводиться в змійовику 4, окисник подається на змійовик 5 з метою підігріву продуктами згорання або газифікації палива. При роботі апарата продукт підігрівається в головному змійовику 3, з метою покращення теплообміну встановлені екрани 6 (хід продуктів згоряння або газифікації вказано стрілками) і далі через вихідний канал 10 подається отриманий газ споживачу (в разі газифікації) або скид в атмосферу (при використанні апарата як підігрівача), склад газів вимірює газоаналізатор 9 (склад газів корегують співвідношенням паливохкисник).During the operation of the apparatus, the heating of the water distillate fraction with other toxic substances is carried out in the coil 4, the oxidizer is supplied to the coil 5 for the purpose of heating with products of combustion or fuel gasification. During the operation of the device, the product is heated in the main coil 3, in order to improve heat exchange, screens 6 are installed (the course of combustion or gasification products is indicated by arrows) and further through the output channel 10, the obtained gas is supplied to the consumer (in the case of gasification) or released into the atmosphere (when using the device as heater), the gas composition is measured by the gas analyzer 9 (the gas composition is corrected by the fuel-oxygen ratio).

При стабільній роботі температура при вході на вогневий канал 7 не повинна перевищувати 900 С, регулювання температури відбувається подачею, зменшенням або збільшенням водяного дистиляту в допоміжний змійовик 4, утворена водяна пара потрапляє на сопло 8.8 і знижує температуру горіння або газифікації на вогнетривкій насадці 8.2.With stable operation, the temperature at the entrance to the fire channel 7 should not exceed 900 C, the temperature is regulated by supplying, decreasing or increasing the water distillate in the auxiliary coil 4, the formed water vapor enters the nozzle 8.8 and lowers the temperature of combustion or gasification on the refractory nozzle 8.2.

Проходячи через перегородки, встановлені перпендикулярно змійовику 3, віддають більшу бо частину тепла змійовику та рідині в ньому за рахунок великої відстані проходу і перпендикулярного контакту газової фази з змійовиком (хід гарячої газової суміші вказано стрілками на фіг. 1) Отримана газова суміш направляється на переробку з отриманням синтез- газу або інших продуктів (дане обладнання в комплект апарату не входить) або скидається в атмосферу при режимі роботи отримання тільки тепла з утилізацією водної дистилятної фракцією або без неї. Отримане тепло від циркулюючої рідини в змійовику З використовується для побутових цілей або для нагріву невеликого промислового обладнання, або для інших процесів.Passing through the partitions installed perpendicular to the coil 3, most of the heat is transferred to the coil and the liquid in it due to the long passage distance and the perpendicular contact of the gas phase with the coil (the flow of the hot gas mixture is indicated by the arrows in Fig. 1). The resulting gas mixture is sent for processing with by obtaining synthesis gas or other products (this equipment is not included in the set of the apparatus) or discharged into the atmosphere in the operating mode of obtaining only heat with or without utilization of the water distillate fraction. The resulting heat from the circulating liquid in coil C is used for domestic purposes or for heating small industrial equipment or for other processes.

Приклади використання корисної моделіExamples of the use of a useful model

Приклад 1Example 1

Використання апарату як теплоенергетичної установки для отримання тепла, використовуваного для інших процесів з одночасною утилізацією водної фракції ректифікації вуглеводневої сировини і спалюванням кубових залишків ректифікації (паливо).The use of the device as a thermal power plant to obtain heat used for other processes with the simultaneous utilization of the water fraction of the rectification of hydrocarbon raw materials and the burning of the cubic residues of the rectification (fuel).

Після виведення на робочий режим камери газифікації водна фракція ректифікації під тиском 0,03-0,04 МПа в кількості не більше 30 95, відносно основного палива, подається на змійовик підігріву 4, окисник подається на змійовик 5, подачу основного палива зменшують до заданої температури на вході в канал 7, склад відведених продуктів згоряння визначають по газоаналізатору 9 і коригують подачею окисника, температуру на вході в канал 7 коригують подачею водяної пари в патрубок 7.2. Температуру в змійовику З регулюють швидкістю протікання рідини в ньому. При необхідності переходу на режим отримання синтез-газу зменшують подачу окисника (або збільшують подачу палива та водної фракції), подальшу подачу палива і окисника коригують відповідно до заданого складу газу.After bringing the gasification chamber to working mode, the water fraction of rectification under a pressure of 0.03-0.04 MPa in an amount of no more than 30 95, relative to the main fuel, is fed to the heating coil 4, the oxidizer is fed to the coil 5, the supply of the main fuel is reduced to the set temperature at the entrance to the channel 7, the composition of the removed combustion products is determined by the gas analyzer 9 and adjusted by supplying the oxidizer, the temperature at the entrance to the channel 7 is adjusted by supplying steam to the nozzle 7.2. The temperature in the coil C is regulated by the speed of the liquid in it. If it is necessary to switch to the synthesis gas production mode, reduce the supply of oxidant (or increase the supply of fuel and water fraction), further supply of fuel and oxidizer is adjusted according to the given composition of the gas.

Приклад 2Example 2

Застосування термохімічного реактора як хімічного реактораApplication of a thermochemical reactor as a chemical reactor

Застосування апарату проводять з метою отримання синтез-газу з одночасною утилізацією водної фракції ректифікації суміші розчинників наступного складу: вуглеводні - 5 95, диметилформамід - 3,5 9о, етанол - 5 95 діетиламін - 2,5 95, вода - 84 95 і з утилізацією оксидів азоту в суміші з киснем (суми оксидів азоту 30 95 об'ємних до кисню з ділянки гідрометалургії).The apparatus is used to obtain synthesis gas with the simultaneous utilization of the aqueous fraction of the rectification of a mixture of solvents with the following composition: hydrocarbons - 5 95, dimethylformamide - 3.5 9o, ethanol - 5 95, diethylamine - 2.5 95, water - 84 95 and with utilization nitrogen oxides in a mixture with oxygen (amounts of nitrogen oxides 30 95 volume to oxygen from the hydrometallurgy site).

Після виходу на робочий режим камери газифікації водна фракція ректифікації під тиском 0,03-0,04 МПа подається на змійовик 4 підігріву водної фракції, окисник подається в змійовик 5,After entering the working mode of the gasification chamber, the water fraction of rectification under a pressure of 0.03-0.04 MPa is fed to coil 4 of heating the water fraction, the oxidizer is fed to coil 5,

Зо подача основного палива регулюється відповідно заданими параметрами (складом) потрібного синтез-газу, склад синтез-газу визначається газоаналізатором 9, температура на вході в канал 7 коригується подачею водяної пари через патрубок 7.2. Температуру рідини в змійовику З регулюють швидкістю її протікання.The supply of the main fuel is regulated accordingly by the specified parameters (composition) of the required synthesis gas, the composition of the synthesis gas is determined by the gas analyzer 9, the temperature at the entrance to the channel 7 is adjusted by the supply of water vapor through the nozzle 7.2. The temperature of the liquid in the coil C is regulated by its flow rate.

При необхідності перейти на режим повного згоряння палива (режим роботи на підігрів теплоносія без зупинки утилізації продуктів) подачу палива і водної дистилятної фракції зменшують (або подають більше окисника), стежачи за показаннями газоаналізатора (відсутність монооксиду вуглецю в продуктах горіння).If it is necessary to switch to the mode of complete combustion of fuel (the mode of operation for heating the coolant without stopping the utilization of products), the supply of fuel and water distillate fraction is reduced (or more oxidizer is supplied), following the readings of the gas analyzer (absence of carbon monoxide in combustion products).

Джерела інформації: 1. Газифікація конденсованих палив. Копати В.В. Москва, 2012 рік. 2. Високофорсовані вогневі процеси. Збірник статей під редакцією Наджарова М.А.Sources of information: 1. Gasification of condensed fuels. Kopati V.V. Moscow, 2012. 2. High-pressure fire processes. A collection of articles edited by M.A. Nadzharov.

Видавництво Знергия. Москва, 1967 рік.Znergiya Publishing House. Moscow, 1967.

Claims (1)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 Термохімічний реакційний апарат, що має змійовик, який відрізняється тим, що є моноблочною конструкцією, камера теплообміну має окремий змійовик підігріву окисника, окремий змійовик підігріву водного дистиляту, датчики тиску, датчики температури газифікації, газоаналізатор, основний змійовик підігріву речовини, перпендикулярно основному змійовику встановлені перегородки, а камера газифікації має вогнетривку насадку.UTILITY MODEL FORMULA 45 A thermochemical reaction apparatus having a coil characterized by being a monoblock design, a heat exchange chamber having a separate oxidizer heating coil, a separate water distillate heating coil, pressure sensors, gasification temperature sensors, a gas analyzer, a main substance heating coil, perpendicular partitions are installed on the main coil, and the gasification chamber has a refractory nozzle.