WO2007094702A1 - Method for producing synthesis gas in a plant consisting of a compression-type internal combustion engine - Google Patents

Abstract

The invention relates to synthesis gas production. The inventive method for producing synthesis gas is carried out by means of a plant comprising a multi-cylinder four-stroke or double-piston two-stroke compression-type internal combustion engine. Said method consists in preparing a mixture comprising hydrocarbon material, water steam and air or oxygen-enriched air in the form of a combustible charge with an air-oxidiser excess factor equal to 03, 0.58 for methane, subsequently preheating the combustible charge, afterwards, supplying said charge to the engine cylinders, additionally heating the combustible charge during a compression stroke, initiating the volume ignition of the combustible charge in a top dead center area by means of the auto-ignition of additives added to the combustible charge in the form of liquid or gaseous substances whose ignition point is lower than the ignition point of the combustible charge, expanding and cooling products formed during the piston return stroke towards the lower dead center, removing synthesis gas-containing products, subsequently cooling said products, removing a black therefrom, finally cooling and in converting the products into methanol or dimethyl ether.

Description

Способ получения синтез-газа в установке, включающей двигатель внутреннего сгорания компрессионного типа. A method of producing synthesis gas in an installation comprising a compression type internal combustion engine.

Описание Назначение изобретения.Description Purpose of the invention.

Изобретение относится к химической технологии и конкретно касается технологии переработки углеводородного сырья, в частности к получению синтез-газа из газообразного углеводородного сырья, с последующей возможностью конверсии его в метанол или диметиловый эфир.The invention relates to chemical technology and specifically relates to a technology for processing hydrocarbon feedstocks, in particular to producing synthesis gas from gaseous hydrocarbon feedstocks, followed by the possibility of converting it to methanol or dimethyl ether.

Предпосылки создания изобретения и предшествующий уровень техники.Background of the invention and prior art.

Известны различные способы получения синтез-газа из углеводородного сырья, в том числе парциальным окислением метана кислородомThere are various methods for producing synthesis gas from hydrocarbons, including the partial oxidation of methane with oxygen

CH₄+0,5 O₂=CO+2H₂ CH ₄ +0.5 O ₂ = CO + 2H ₂

Известны способы получения синтез-газа из природного газа, газовых смесей, содержащих H₂ и СО, на основе различных видов конверсии: кислородной конверсии или, как это принято в зарубежной технической литературе, некаталитического парциального окисления, автотермического реформинга, протекающего на катализаторе в реакторе шахтного типа и парового реформинга, проводимого в трубчатой печи с внешним обогревом труб (см. "Производство технологического газа для синтеза аммиака и метанола из углеводородных газов". Изд. "Химия", Москва, 1971 , под редакцией А.Г. Лейбуш).Known methods for producing synthesis gas from natural gas, gas mixtures containing H ₂ and CO, based on various types of conversion: oxygen conversion or, as is customary in foreign technical literature, non-catalytic partial oxidation, autothermal reforming that takes place on a catalyst in a shaft reactor type and steam reforming carried out in a tube furnace with external heating of pipes (see. "Production of process gas for the synthesis of ammonia and methanol from hydrocarbon gases". Ed. "Chemistry", Moscow, 1971, edited by A.G. Leibush).

При получении газа для синтеза метанола автотермический реформинг природного газа с добавлением CO₂ проводится путем выполнения следующих стадий: сатурации с H₂O исходного природного газа, смешивания его с CO₂ и подогрева до температуры 550-600⁰C в теплообменнике возвратным конвертированным газом и последующей конверсии парогазовой смеси исходного состава при следующих соотношениях: CO₂:H₂O:CH₄=0,2:0,9:1 ,0 В шахтном каталитическом реакторе с кислородом при соотношении O₂:CH₄=0,6:1 ,0.Upon receipt of gas for methanol synthesis, autothermal reforming of natural gas with the addition of CO _{2 is} carried out by performing the following stages: saturation with H ₂ O of the source natural gas, mixing it with CO ₂ and heating to a temperature of 550-600 ⁰ C in a heat exchanger with return converted gas and subsequent the conversion of the gas-vapor mixture of the initial composition with the following ratios: CO ₂ : H ₂ O: CH ₄ = 0.2: 0.9: 1, 0 in a mine catalytic reactor with oxygen at a ratio of O ₂ : CH ₄ = 0.6: 1, 0.

Реакция протекает на никельсодержащем катализаторе (6% NiO на носителе из AI₂O₃) при температуре 850-95⁰C. Полученный конвертированный газ после охлаждения в котле-утилизаторе, теплообменнике для подогрева исходной парогазовой смеси, водном скруббере проходит далее очистку от CO₂ с использованием моноэтаноламинового раствора (МЭА) (18-20 мac.% МЭА) и подается далее на компрессию и синтез метанола.The reaction proceeds on a nickel-containing catalyst (6% NiO on a carrier made of AI ₂ O ₃ ) at a temperature of 850-95 ⁰ C. The resulting converted gas after cooling in a waste heat boiler, a heat exchanger for heating the initial vapor-gas mixture, and an aqueous scrubber is further purified from CO ₂ using a monoethanolamine solution (MEA) (18-20 wt.% MEA) and then fed to the compression and synthesis of methanol.

К недостаткам приведенного способа можно отнести следующее:The disadvantages of the above method include the following:

1. В конвертированном газе после автотермической конверсии имеет место повышенное содержание CO₂ (>9 oб.%), что требует дальнейшей дополнительной очистки от CO₂.1. In the converted gas after autothermal conversion there is an increased content of CO ₂ (> 9 vol.%), Which requires further additional purification from CO ₂ .

2. В конвертированном газе высоко содержание водорода и, следовательно, повышенное соотношение H₂/CO (>2,3), что приводит к повышенным расходам CO+H₂ на единицу продукции. При синтезе метанола требуется соотношение, так называемый "функционал" т=(H₂-CO₂)/(CO+CO₂)^Λ2, 05.2. The converted gas has a high hydrogen content and, consequently, an increased H ₂ / CO ratio (> 2.3), which leads to increased CO + H ₂ consumption per unit of production. In the synthesis of methanol requires a ratio, the so-called "functional" m = (H ₂ -CO ₂ ) / (CO + CO ₂ ) ^Λ 2, 05.

3. В результате проведения реакции синтеза метанола водород оказывается в избытке и он попадает в "продувки", что в результате приводит к повышенным энергоматериальным затратам.3. As a result of the methanol synthesis reaction hydrogen is in excess and it falls into the “purge”, which as a result leads to increased energy material costs.

Другим способом получения синтез-газа с низким соотношением H₂/CO для синтеза метанола является некаталитическое парциальное окисление природного или другого углеводородного газа (Справочник азотчика, Издательство "Химия", Москва, 1986). Природный газ реагирует с кислородом при высокой температуре (1300-1500⁰C) в свободном объеме. Получаемый газ состоит в основном из водорода и оксида углерода.Another method for producing synthesis gas with a low H ₂ / CO ratio for methanol synthesis is non-catalytic partial oxidation of natural or other hydrocarbon gas (Nitrogen Handbook, Khimiya Publishing House, Moscow, 1986). Natural gas reacts with oxygen at high temperature (1300-1500 ⁰ C) in free volume. The resulting gas consists mainly of hydrogen and carbon monoxide.

Возможность проведения процесса в отсутствие катализатора обеспечивается высокой температурой горения (1350-1400⁰C). Для осуществления автотермичности процесса при указанной температуре отношение O₂-CH₄ держат несколько выше стехиометрического, в результате чего в продуктах реакции, кроме H₂ и СО, появляются водяной пар (H₂O) и двуокись углерода (CO₂). Соотношение H₂ и СО в синтез-газе после некаталитического парциального окисления природного газа составляет около 1 ,7-1 ,8.The possibility of carrying out the process in the absence of a catalyst is ensured by a high combustion temperature (1350-1400 ⁰ C). To realize the process autothermality at the indicated temperature, the O ₂ -CH ₄ ratio is kept slightly higher than the stoichiometric one, as a result of which water products (H ₂ O) and carbon dioxide (CO ₂ ) appear in the reaction products, except for H ₂ and CO. The ratio of H ₂ and CO in the synthesis gas after non-catalytic partial oxidation of natural gas is about 1, 7-1, 8.

Соотношение H₂/CO можно варьировать либо дополнительной подачей H₂O, либо дополнительной подачей CO₂.The H ₂ / CO ratio can be varied by either an additional supply of H ₂ O or an additional supply of CO ₂ .

Конечное состояние процесса некаталитического парциального окисления природного газа соответствует равновесию реакции водяного газа:The final state of the process of non-catalytic partial oxidation of natural gas corresponds to the equilibrium of the reaction of water gas:

H₂O+CO=H₂+CO₂=Q₃ которое устанавливается до температуры ~1200°C. При более низких температурах из-за кинетических торможений состав газа будет отличаться от равновесного. Независимо от состава исходного природного газа в продуктах реакции в небольшом количестве остается только метан. В процессе неполного окисления углеводорода возможно выделение свободного углерода (сажи) по реакции:H ₂ O + CO = H ₂ + CO ₂ = Q ₃ which is set to a temperature of ~ 1200 ° C. At lower temperatures, due to kinetic inhibition, the gas composition will differ from the equilibrium one. Regardless of composition only methane remains in a small amount of the initial natural gas in the reaction products. In the process of incomplete oxidation of a hydrocarbon, it is possible to release free carbon (soot) by the reaction:

2CO=C-CO₂+Q₄ 2CO = C-CO ₂ + Q ₄

Выделение свободного углерода увеличивается при конверсии высших углеводородов. Для ограничения процесса выделения сажи к исходным реагентам добавляют водяной пар.The release of free carbon increases with the conversion of higher hydrocarbons. To limit the process of soot recovery, water vapor is added to the starting reagents.

Таким образом, состав получаемого газа, соотношение H₂/CO, температура и граница сажевыделения устанавливаются в соответствии с исходными параметрами.Thus, the composition of the produced gas, the ratio of H ₂ / CO, the temperature and the border of soot emission are set in accordance with the initial parameters.

Реакция неполного окисления природного газа сопровождается увеличением объема, поэтому применение давления должно препятствовать окислению.The incomplete oxidation reaction of natural gas is accompanied by an increase in volume; therefore, the use of pressure should prevent oxidation.

С ростом температуры (более 1200⁰C) давление не лимитирует количественное окисление метана, поскольку температурный фактор компенсирует отрицательное влияние давления и является определяющим.With increasing temperature (more than 1200 ⁰ C), pressure does not limit the quantitative oxidation of methane, since the temperature factor compensates for the negative effect of pressure and is decisive.

Однако такое некаталитическое парциальное окисление имеет ряд существенных недостатков:However, such non-catalytic partial oxidation has a number of significant disadvantages:

1. Повышенный расход кислорода на исходный метан (или природный газ) приводит к повышенным расходам по сравнению с автотермическим реформингом. Оборудование для производства кислорода дорогостоящее и составляет до 70% от стоимости производства метанола (Me). Кроме того, производство кислорода является энергоемким производством.1. Increased oxygen consumption for the source methane (or natural gas) leads to increased costs compared with autothermal reforming. Equipment for the production of oxygen is expensive and amounts to 70% of the cost of production of methanol (Me). In addition, oxygen production is energy intensive.

2. В процессе выделяется небольшое количество сажи (углерода), что требует дополнительной стадии очистки, усложняет работу на последующих технологических стадиях.2. In the process, a small amount of soot (carbon) is released, which requires an additional purification step, complicates the work in subsequent technological stages.

Все это приводит к большим энергоматериальным затратам на единицу продукции.All this leads to large energy costs per unit of output.

Долгое время существовала необходимость переработки доступных углеродных материалов в дефицитные виды жидкого углеводородного топлива, имеющие предпочтительные характеристики во многих применениях, таких как двигатели внутреннего сгорания, реактивные двигатели и газовые турбины открытого цикла. Так, к примеру, патент США NQ 3986349 рассматривает процесс переработки твёрдого угля в жидкое углеводородное топливо путём газификации угля в синтетический газ, гидрогенизации полученного синтетического газа и извлечения жидкого углеводородного топлива из продукта гидрогенизации. Жидкое углеводородное топливо используется для выработки энергии путём относительно чистого сжигания в газовой турбине открытого цикла.For a long time, there was a need to convert available carbon materials into scarce types of liquid hydrocarbon fuels, having preferred characteristics in many applications, such as internal combustion engines, jet engines, and open-cycle gas turbines. So, for example, US patent NQ 3986349 describes the process of converting hard coal into liquid hydrocarbon fuel by gasifying coal into synthetic gas, hydrogenating the resulting synthetic gas, and extracting liquid hydrocarbon fuel from the hydrogenation product. Liquid hydrocarbon fuel is used to generate energy by relatively clean burning in an open cycle gas turbine.

Природный газ часто встречается в больших количествах в регионах, которые экономически невыгодно развивать из-за отсутствия местных рынков газа или высокой стоимости транспортировки газа на удалённые рынки. Альтернативой является производство природного газа и переработки его в полевых условиях в более утилитарное жидкое углеводородное топливо или жидкий химический продукт для местного использования или для более эффективной по стоимости транспортировки на удалённые рынки. Процессы переработки лёгких углеводородных газов, таких как природный газ, в более тяжёлые углеводородные жидкости известны из уровня техники. Такие процессы обычно используют "косвенную" переработку метана в синтетические парафиновые углеводородные соединения, когда метан сначала перерабатывается в синтетический газ, содержащий водород и моноксид углерода, с последующей переработкой синтетического газа в синтетические парафиновые углеводородные соединения через реакцию Фишера-Тропша. Непереработанный синтетический газ, оставшийся после реакции Фишера-Тропша, обычно каталитически преобразуется заново в метан посредством реакции метанизации и перегоняется на вход процесса для увеличения общей эффективности процесса переработки.Natural gas is often found in large quantities in regions that are economically disadvantageous to develop due to the lack of local gas markets or the high cost of transporting gas to remote markets. An alternative is to produce natural gas and process it in the field into a more utilitarian liquid hydrocarbon fuel or liquid chemical product for local use or for more cost-effective transportation to remote markets. Processes for converting light hydrocarbon gases, such as natural gas, into heavier hydrocarbon liquids are known in the art. Such processes typically use "indirect" processing. methane into synthetic paraffin hydrocarbon compounds, when methane is first processed into synthetic gas containing hydrogen and carbon monoxide, followed by the processing of synthetic gas into synthetic paraffin hydrocarbon compounds through the Fischer-Tropsch reaction. The unprocessed syngas remaining after the Fischer-Tropsch reaction is usually catalytically re-converted to methane via a methanization reaction and distilled to the process inlet to increase the overall efficiency of the refining process.

Переработка метана в синтетический газ часто выполняется путём высокотемпературного парового реформинга, при котором метан и пар эндотермически реагируют над катализатором, содержащимся во множестве подогреваемых снаружи трубок, установленных в большой топочной печи. Альтернативно метан перерабатывается в синтетический газ посредством частичного окисления, при котором метан экзотермически реагирует с очищенным кислородом. Частичное окисление с использованием очищенного кислорода требует установки для отделения кислорода, имеющей значительную ёмкость сжатия, и, следовательно, имеющей значительные требования по мощности. Производство синтетического газа с помощью любого вышеупомянутого средства отнимает большую часть суммарной стоимости установки, перерабатывающей метан в парафиновые углеводородные соединения.The processing of methane into syngas is often carried out by high-temperature steam reforming, in which methane and steam endothermally react on a catalyst contained in a plurality of externally heated tubes installed in a large furnace. Alternatively, methane is converted to synthesis gas through partial oxidation, in which methane exothermically reacts with purified oxygen. Partial oxidation using purified oxygen requires an oxygen separation unit having a significant compression capacity, and therefore having significant power requirements. The production of synthetic gas by any of the above means consumes a large part of the total cost of a plant that processes methane into paraffinic hydrocarbon compounds.

Автотермический реформинг является менее дорогостоящим средством переработки метана в синтетический газ. Автотермический реформинг использует комбинацию частичного окисления и парового реформинга. Эндотермическое тепло, требуемое для реакции парового реформинга, получается из экзотермической реакции частичного окисления. Однако, в отличие от вышеописанной реакции частичного окисления, воздух используется в качестве источника кислорода для реакции частичного окисления. Вдобавок, синтетический газ, вырабатываемый в процессе автотермического реформинга, содержит значительные количества азота из впускаемого воздуха. Следовательно, невозможно снова подавать в цикл непереработанные компоненты, содержащиеся в остаточном газе, без нежелательного накапливания избытка азота в процессе. Производство синтетического газа с растворённым азотом посредством автотермического реформинга или частичного окисления с помощью воздуха с последующей переработкой синтетического газа реакцией Фишера-Тропша по патентам США N°N° 2552308 и 2686195 является, тем не менее, полезным средством получения синтетических углеводородных жидких продуктов из метана.Autothermal reforming is a less expensive means of converting methane into synthetic gas. Autothermal reforming uses a combination of partial oxidation and steam reforming. The endothermic heat required for the steam reforming reaction is obtained from the exothermic partial oxidation reaction. However, unlike the above partial oxidation reaction, air is used as an oxygen source for the partial oxidation reaction. In addition, the synthetic gas produced during autothermal reforming contains significant amounts of nitrogen from the intake air. Therefore, it is not possible to feed into the cycle the unprocessed components contained in the residual gas without the undesired accumulation of excess nitrogen in the process. The production of dissolved nitrogen synthesis gas through autothermal reforming or partial oxidation with air followed by synthesis of the synthesis gas by the Fischer-Tropsch reaction according to U.S. Patents N ° N ° 2552308 and 2686195 is, nevertheless, a useful tool for producing synthetic hydrocarbon liquid products from methane.

Патент США Ne 4833170 описывает другой пример автотермического реформинга, в котором газообразный лёгкий углеводород реагирует с воздухом в присутствии заново вступающей в реакцию двуокиси углерода и пара для производства синтетического газа. Синтетический газ получается в присутствии катализатора углеводородного синтеза, содержащего кобальт, формируя поток остаточного газа и поток жидкости, содержащей более тяжёлые углеводороды и воду. Более тяжёлые углеводороды отделяются от воды и извлекаются в качестве продукта. Остаточный газ каталитически сжигается с добавлением воздуха, формируя двуокись углерода и азот, которые разделяются. По меньшей мере часть двуокиси углерода заново подаётся в реакцию на стадию автотермического реформинга.US Pat. No. 4,833,170 describes another example of autothermal reforming in which a gaseous light hydrocarbon reacts with air in the presence of reactive carbon dioxide and steam to produce synthetic gas. Synthetic gas is obtained in the presence of a hydrocarbon synthesis catalyst containing cobalt, forming a residual gas stream and a liquid stream containing heavier hydrocarbons and water. Heavier hydrocarbons are separated from water and recovered as a product. The residual gas is catalytically burned with the addition of air, forming carbon dioxide and nitrogen, which are separated. At least a portion of the carbon dioxide is reacted again to the autothermal reforming step.

Несмотря на то, что известные способы переработки углеводородного газа, такие как описанный в патенте США Ne 4833170, могут быть относительно эффективны для переработки лёгких углеводородных газов в более тяжёлые жидкие углеводороды, эти процессы не является полностью эффективными по стоимости из-за значительных капиталовложений в оборудование и энергию, потребляемую для сжатия впускаемого воздуха. Мощность, требуемая для сжатия впускаемого воздуха, представляет собой большую часть механической силы, требуемой для действия процесса, и ещё много из этой мощности теряется впустую в виде неиспользуемой энергии давления в остаточном газе из процесса. Впускаемый воздух, требующий сжатия, содержит значительное количество азота, остающегося практически химически инертным при прохождении через процесс, и выходящего в конце концов из процесса в остаточном газе. Более того, хотя остаточный газ имеет значительное химико-энергетическое топливное значение, характерное для моноксида углерода, водорода, метана и более тяжёлых углеводородных компонентов, остаточный газ является очень разрежённым, имеющим низкую удельную теплоту сгорания, что делает весьма затруднительным и дорогостоящим использование энергии остаточного газа с высокой эффективностью. Таким образом, очевидно существование необходимости в более эффективном с точки зрения стоимости процессе переработки углеводородного газа. Из SU 1831468, 30.07.1993 известен способ получения синтез- газа из углеводородного сырья, который включает смешение углеводородного сырья и окислителя -кислорода или кислородсодержащего газа или пара и конверсию полученной смеси в присутствии монолитного катализатора при температуре, которая в реакционной зоне не менее чем на 93°C ниже точки самовоспламенения смеси, а скорость ввода смеси в реакционную зону превышает скорость процесса проскока пламени.Although known hydrocarbon gas processing methods, such as those described in US Pat. No. 4,833,170, may be relatively efficient for converting light hydrocarbon gases to heavier liquid hydrocarbons, these processes are not fully cost-effective due to the significant investment in equipment. and the energy consumed to compress the intake air. The power required to compress the intake air represents a large part of the mechanical force required for the operation of the process, and much more of this power is wasted in the form of unused pressure energy in the residual gas from the process. The intake air, which requires compression, contains a significant amount of nitrogen, which remains practically chemically inert when passing through the process, and ultimately leaves the process in the residual gas. Moreover, although the residual gas has a significant chemical energy fuel value, characteristic of carbon monoxide, hydrogen, methane and heavier hydrocarbon components, the residual gas is very rarefied, having a low specific heat of combustion, which makes it very difficult and expensive to use the energy of the residual gas with high efficiency. Thus, it is obvious that there is a need for a more cost-effective hydrocarbon gas processing process. From SU 1831468, 07/30/1993 a method for producing synthesis gas from a hydrocarbon feedstock is known, which comprises mixing a hydrocarbon feedstock and an oxidizing agent — oxygen or an oxygen-containing gas or vapor and converting the resulting mixture in the presence of a monolithic catalyst at a temperature which is not less than 93 ° C below the self-ignition point of the mixture, and the rate of introduction of the mixture into the reaction zone exceeds the rate of the flame-through process.

Известный способ требует использования высокоселективного катализатора. Основным недостатком этого изобретения является высокая стоимость катализатора, возможность разрушения катализатора за счет локальных перегревов, возможность образования сажи.The known method requires the use of a highly selective catalyst. The main disadvantage of this invention is the high cost of the catalyst, the possibility of destruction of the catalyst due to local overheating, the possibility of soot formation.

Из US 5980782, 1999 известен способ смешанного риформинга CH₄+θ₂+H₂O в реакторе с псевдоожиженным слоем катализатора, в котором газообразные компоненты предварительно подогревают и инжектируют в зону реакции за период меньший, чем время самовоспламенения, т.е. меньше чем 9 мс со скоростью от 8 до 333 м/с. Полученный синтез-газ охлаждают и направляют для дальнейшей переработки.US 5980782, 1999 discloses a method for mixed reforming of CH ₄ + θ ₂ + H ₂ O in a fluidized-bed reactor in which gaseous components are preheated and injected into the reaction zone for a period shorter than the self-ignition time, i.e. less than 9 ms at a speed of 8 to 333 m / s. The resulting synthesis gas is cooled and sent for further processing.

Основным недостатком этого известного изобретения является также необходимость использования катализатора.The main disadvantage of this known invention is the need to use a catalyst.

Известен способ получения синтез-газа включающий сжигание смеси углеводородного сырья с воздухом, обогащенным кислородом, при a= 0,5-0,8, или необогащенным кислородом воздуха при a=0,827-1 ,2 и взрывное парциальное окисление углеводородов в объеме цилиндра двигателя внутреннего сгорания, расширение и охлаждение продуктов процесса при движении поршня двигателя к нижней мертвой точке, вывод продуктов процесса, содержащих синтез-газ, из реакционного объема при движении поршня к верхней мертвой точке, введение новой порции рабочей смеси при движении поршня к нижней мертвой точке. При этом в качестве углеводородного сырья используется богатый газ коксовых производств, содержащий, в основном, окись углерода, метановую и этиленовую фракции. В цилиндры двигателя внутреннего сгорания подают смесь воздуха с указанным сырьем, а взрывному парциальному окислению предшествует принудительное воспламенение смеси. Удельная производительность процесса по углеводородному сырью составляет около 700 кг/мЗ*ч (Казарновский Я. С. и др. Взрывная конверсия метана, M, Труды ГИАП, 1957, Т.УП, с. 89-105).A known method of producing synthesis gas comprising burning a mixture of hydrocarbon materials with oxygen enriched air at a = 0.5-0.8, or unenriched air oxygen at a = 0.827-1, 2 and explosive partial oxidation of hydrocarbons in the volume of the cylinder of the internal engine combustion, expansion and cooling of the process products when the engine piston moves to bottom dead center, removing process products containing synthesis gas from the reaction volume when the piston moves to top dead center, introducing a new portion of the working mixture when the piston moves to bottom dead center. At the same time, rich gas of coke production is used as hydrocarbon feedstock, which mainly contains carbon monoxide, methane and ethylene fractions. A mixture of air with the specified feed is supplied to the cylinders of the internal combustion engine, and explosive partial oxidation is preceded by forced ignition of the mixture. The specific productivity of the process for hydrocarbon feedstock is about 700 kg / m3 * h (Kazarnovsky Ya. S. et al. Methane explosive conversion, M, Proceedings of GIAP, 1957, T.UP, pp. 89-105).

Получение синтез-газа сочетается с выработкой электроэнергии.Syngas production is combined with power generation.

Использование в указанном способе не природного газа, а продукта его переработки - богатого газа коксовых производств, привязывает производство синтез-газа к коксовым производствам. Кроме того, при осуществлении способа с использованием необогащенного воздуха при a= 0,827-1 ,2 в продуктах процесса содержание CO₂ в 1,5-2 раза больше, чем СО, содержание водорода не удовлетворяет требованию синтеза, а при a>1 водород вообще отсутствует. Так, например, при работе на необогащенном воздухе и а =0,827 отношение H₂/CO составляет 0,76 и ни в одном примере не достигает значения 2,0, принятого для синтеза метанола.Using in this method not natural gas, but a product of its processing — rich gas of coke production, links the production of synthesis gas to coke production. In addition, when implementing the method using unenriched air at a = 0.827-1, 2 in the process products, the CO ₂ content is 1.5-2 times higher than CO, the hydrogen content does not satisfy the synthesis requirement, and when a> 1, hydrogen absent. So, for example, when working in unenriched air and a = 0.827, the H ₂ / CO ratio is 0.76 and in no example does it reach 2.0, which is accepted for methanol synthesis.

При осуществлении способа на воздухе, обогащенном кислородом, при а =0,5-0,8Дcoдepжaниe кислорода 50% и 29% соответственно указанным, а соотношение H₂/CO не соответствует требованиям каталитического синтеза (в ряде случаев меньше единицы). При этом для a= 0,8 содержание CO₂ равно содержанию СО.When implementing the method in air enriched oxygen, at a = 0.5-0.8 The oxygen content is 50% and 29% respectively indicated, and the ratio of H ₂ / CO does not meet the requirements of catalytic synthesis (in some cases less than unity). Moreover, for a = 0.8, the CO ₂ content is equal to the CO content.

Известен способ получения синтез-газа по патенту РФ 2096313 20.11.1997, в котором исключается применение катализаторов. Известный способ осуществляют в следующем порядке:A known method of producing synthesis gas according to the patent of the Russian Federation 2096313 11/20/1997, in which the use of catalysts is excluded. The known method is carried out in the following order:

- предварительно смешивают углеводородное сырье с воздухом до α=0,5-0,8;- pre-mixed hydrocarbon feed with air to α = 0.5-0.8;

- нагревают полученную смесь до температуры 200-450⁰C;- heat the mixture to a temperature of 200-450 ⁰ C;

- подают нагретую смесь в объем цилиндра двигателя внутреннего сгорания компрессионного типа при движении поршня к нижней мертвой точке;- serves the heated mixture into the cylinder volume of the compression-type internal combustion engine when the piston moves to bottom dead center;

- при сжатии смеси в объеме цилиндра движением поршня к верхней мертвой точке до ее самовоспламенения и получения температуры- when the mixture is compressed in the volume of the cylinder by moving the piston to top dead center until it ignites and obtains a temperature

1300-2300⁰C на период 10^"2 - 10^"3, осуществляют парциальное окисление углеводородного сырья;1300-2300 ⁰ C for a period of 10 ^"2 - 10 ^{" 3} , carry out the partial oxidation of hydrocarbons;

- далее охлаждают полученные продукты процесса окисления, расширяя их при движении поршня к нижней мертвой точке;- further cooling the obtained products of the oxidation process, expanding them when the piston moves to bottom dead center;

- при движении поршня к верхней мертвой точке выводят продукты процесса, содержащие синтез-газ.- when the piston moves to the top dead center, process products containing synthesis gas are removed.

Описанный цикл повторяют с частотой, превышающей 350 мин^"1. Основным недостатком способа по патенту РФ 2096313 является слишком высокая температура предварительного подогрева при запуске, что не дает возможности использования серийных дизелей.The described cycle is repeated with a frequency exceeding 350 min ^"1. The main disadvantage of the method according to the patent of the Russian Federation 2096313 is the too high preheating temperature at startup, which makes it impossible to use serial diesels.

Устройство, с помощью которого осуществляют данный известный способ получения синтез газа, основано на двигателе внутреннего сгорания компрессионного типа, цилиндр которого представляет собой замкнутый реакционный объем, в котором размещен поршень. Впускной и выпускной клапаны размещены в зоне верхней мертвой точки цилиндра, при этом впускной клапан связан со смесителем окислителя и углеводородного сырья и устройством их подогрева, а выпускной клапан связан с приемником продуктов окисления. Поршень цилиндра через кривошипно-шатунный механизм связан с приводом.The device with which this known method for producing gas synthesis is carried out is based on a compression type internal combustion engine, the cylinder of which is a closed reaction volume in which the piston is placed. The inlet and outlet valves are located in the top dead center zone of the cylinder, while the inlet valve is connected to the oxidizer and hydrocarbon feed mixer and their heating device, and the exhaust valve is connected to the oxidation product receiver. The piston of the cylinder is connected to the drive through a crank mechanism.

Описанное устройство для получения синтез-газа работает циклично с частотой движения поршня в цилиндре не менее 350 мин^'1. Меньшая частота цикла приводит к относительно меньшей скорости сжатия, которая не обеспечивает самовоспламенения рабочей смеси.The described device for producing synthesis gas operates cyclically with a piston in the cylinder with a frequency of at least 350 min ^'1 . A lower cycle frequency leads to a relatively lower compression rate, which does not provide self-ignition of the working mixture.

Из RU 2120913, 27.10.1998 известен другой способ получения синтез-газа, который включает парциальное окисление углеводородного сырья кислородом воздуха в объеме цилиндра двигателя внутреннего сгорания при соотношении количества кислорода к количеству углеводородного сырья α= 0,4-0,5. При этом, в момент положения поршня в верхней мертвой точке, часть смеси углеводородного сырья с воздухом при отношении количества кислорода к количеству углеводородного сырья α=0,8- 1 ,2 в количестве 5-10% от объема исходной смеси изолированно от нее подвергают воспламенению и глубокому окислению. Далее смешивают продукты глубокого окисления с исходной смесью в рабочем объеме цилиндра и воспламеняют ее. Расширяют и охлаждают продукты процесса при движении поршня к нижней мертвой точке, выводят продукты процесса, содержащие синтез- газ, из реакционной зоны при движении поршня к верхней мертвой точке. Затем цикл повторяют. Благодаря тому, что в известном способе часть углеводородного сырья с воздухом при α =0,8-1 ,2 в количестве 5-10% объема исходной смеси при положении поршня в верхней мертвой точке подвергают . предварительному воспламенению и глубокому окислению изолированно от основного объема смеси, а затем эту часть впрыскивают высокоэнергетичной струей в основной объем смеси, в рабочем объеме цилиндра исходная смесь подвергается интенсивному перемешиванию и воспламенению, достигается повышение производительности данного способа получения синтез-газа. Основным недостатком этого известного способа получения синтез-газа является низкая концентрация водорода и большое количество сажи.From RU 2120913, 10.27.1998, another method for producing synthesis gas is known, which includes the partial oxidation of hydrocarbons by atmospheric oxygen in the cylinder volume of an internal combustion engine with a ratio of oxygen to hydrocarbon α = 0.4-0.5. At the same time, at the moment the piston is at top dead center, part of the mixture of hydrocarbon feed with air with the ratio of the amount of oxygen to the amount of hydrocarbon feed α = 0.8-1.2 in the amount of 5-10% of the volume of the feed mixture is subjected to ignition in isolation from it and deep oxidation. Next, deep oxidation products are mixed with the initial mixture in the working volume of the cylinder and ignited. Expand and cool the process products when the piston moves to the bottom dead center, remove the process products containing synthesis gas from the reaction zone when the piston moves to the top dead center. Then the cycle is repeated. Due to the fact that in the known method, part of the hydrocarbon feed with air at α = 0.8-1, 2 in the amount of 5-10% of the volume of the initial mixture when the piston is at top dead center is subjected. preliminary ignition and deep oxidation in isolation from the main volume of the mixture, and then this part is injected with a high-energy jet into the main volume of the mixture, in the working volume of the cylinder, the initial mixture is intensively mixed and ignited, and the productivity of this method for producing synthesis gas is improved. The main disadvantage of this known method for producing synthesis gas is a low concentration of hydrogen and a large amount of soot.

Установка, с помощью которой осуществляют этот способ содержит основанный на двигателе внутреннего сгорания химический реактор сжатия, включающий цилиндр и камеру предварительного воспламенения. В цилиндре размещен поршень и впускной клапан, через который в цилиндр и в камеру предварительного воспламенения подают смесь углеводородного сырья с воздухом. На цилиндре установлен выпускной клапан, который предназначен для вывода продуктов процесса. Камера предварительного воспламенения имеет отдельный клапан, через который подают воздух до достижения в камере значения α =0,8- 1 ,2. Объем предварительной камеры воспламенения составляет 5% от объема цилиндра при положении поршня в верхней мертвой точке.The installation with which this method is carried out comprises a chemical compression reactor based on an internal combustion engine, including a cylinder and a pre-ignition chamber. A piston and an inlet valve are placed in the cylinder, through which a mixture of hydrocarbon feed with air is fed into the cylinder and into the pre-ignition chamber. An exhaust valve is installed on the cylinder, which is designed to output process products. The pre-ignition chamber has a separate valve through which air is supplied until the value α = 0.8-1.2 is reached in the chamber. The volume of the preliminary ignition chamber is 5% of the cylinder volume with the piston position in the top dead point.

В процессе получения синтез-газа при положении поршня вблизи верхней мертвой точки углеводород-воздушную смесь указанного состава в камере предварительного воспламенения подвергают воспламенению от искры. Далее высокоэнергетичная струя сильно турбулизованного газа вбрасывается со скоростью около 10^~3 м/с в рабочий объем цилиндра в течение 1^"3-10^"2 с. В рабочем объеме цилиндра исходная смесь подвергается смешению с продуктами глубокого окисления и воспламенению, происходит процесс парциального окисления. При движении поршня в цилиндре к нижней мертвой точке происходит расширение продуктов процесса, их охлаждение и закалка. При последующем движении поршня к верхней мертвой точке продукты процесса выводят из цилиндра через выпускной клапан. Подачу в цилиндр и в камеру предварительного воспламенения свежей рабочей смеси производят при движении поршня к нижней мертвой точке и открытии впускных клапанов. Так циклично работает установка и осуществляется способ получения синтез- газа.In the process of producing synthesis gas with the piston position near the top dead center, a hydrocarbon-air mixture of the specified composition in the pre-ignition chamber is subjected to ignition from a spark. Further, a high-energy jet of highly turbulized gas is thrown at a speed of about 10 ^{~ 3} m / s into the working volume of the cylinder for 1 ^"3 -10 ^{" 2} s. In the working volume of the cylinder, the initial mixture is mixed with products of deep oxidation and ignition, a partial oxidation process occurs. When the piston moves in the cylinder to the bottom dead center, the process products expand, cool and quench. With the subsequent movement of the piston to the top dead center, the process products are removed from the cylinder through the exhaust valve. A fresh working mixture is fed into the cylinder and into the preliminary ignition chamber when the piston moves to the bottom dead center and the intake valves are opened. This is how the installation works cyclically and a method for producing synthesis gas is implemented.

Из RU 2191743, 27.10.2002 известен способ получения синтез- газа в специальном устройстве.From RU 2191743, 10.27.2002, a method for producing synthesis gas in a special device is known.

Способ получения синтез-газа включает смешивание углеводородного сырья с воздухом в соотношении, соответствующем коэффициенту избытка окислителя α меньше 1, принудительное воспламенение воздушно-углеводородной смеси и парциальное окисление углеводородного сырья кислородом воздуха в реакционной зоне, охлаждение с последующим выводом продуктов процесса, содержащих синтез-газ, и введение новой порции углеводородного сырья и воздуха, при этом подогрев углеводородного сырья и воздуха осуществляют при повышенных давлении и температуре, на 50-100⁰C ниже температуры самовоспламенения их смеси, процесс парциального окисления углеводородного сырья проводят в проточной камере горения, при этом принудительное воспламенение проводят при коэффициенте избытка окислителя α=0,6-0,7, и после прогрева проточной камеры горения соотношение кислорода к углеводородному сырью доводят до уровня, соответствующего значению α = 0,30-0,56. При этом процесс охлаждения продуктов парциального окисления, выходящих из реакционной зоны, проводят со скоростью не ниже 300O⁰CVc. Устройство для получения синтез-газа включает камеру парциального окисления углеводородного сырья кислородом воздуха, смеситель, систему расширения и охлаждения продуктов парциального окисления и вывода синтез-газа. Также оно снабжено .системой предварительного подогрева углеводородного сырья и воздуха, регулятором расхода углеводородного сырья. При этом камера парциального окисления углеводородного сырья содержит средство воспламенения и выполнена в виде проточной камеры горения, ко входу которой через антипроскоковую решетку пристыкован смеситель, а к смесителю подключены подводящая труба углеводородного сырья и подводящая труба воздуха, обе указанные подводящие трубы охвачены с зазором рекуператорным патрубком, один конец которого пристыкован к выходу из проточной камеры горения, а другой, открытый конец сообщается с полостью теплообменника, который образован оболочкой, ограничивающей полость вокруг рекуператорного патрубка. Кроме того, в полости теплообменника расположены трубчатый нагреватель углеводородного сырья и трубчатый нагреватель воздуха. При этом к одному концу трубчатого нагревателя углеводородного сырья подключен регулятор расхода углеводородного сырья, а другой конец через упомянутую подводящую трубу связан со смесителем. Один конец трубчатого нагревателя воздуха подключен к источнику воздуха, а другой конец через подводящую трубу связан со смесителем. Вместе с тем теплообменник снабжен штуцером для вывода из его полости синтез-газа.A method of producing synthesis gas involves mixing hydrocarbon feed with air in a ratio corresponding to an oxidizing agent excess coefficient α of less than 1, forced ignition of the air-hydrocarbon mixture and partial oxidation of the hydrocarbon feed with air oxygen in the reaction zone, cooling, followed by withdrawal of the process products containing synthesis gas , and the introduction of a new portions of hydrocarbon feed and air, while the hydrocarbon feed and air are heated at elevated pressure and temperature, 50-100 ⁰ C lower than the temperature of self-ignition of their mixture, the partial oxidation of hydrocarbon feed is carried out in the flow chamber of combustion, while forced ignition is carried out at a coefficient excess oxidizer α = 0.6-0.7, and after heating the flow chamber of the combustion, the ratio of oxygen to hydrocarbon feed is brought to a level corresponding to the value α = 0.30-0.56. In this case, the process of cooling the products of partial oxidation exiting the reaction zone is carried out at a rate of not lower than 300O ⁰ CVc. A device for producing synthesis gas includes a partial oxidation chamber of hydrocarbon feedstock with atmospheric oxygen, a mixer, an expansion and cooling system for partial oxidation products and synthesis gas outlet. It is also equipped with a pre-heating system for hydrocarbons and air, a regulator for the consumption of hydrocarbons. In this case, the partial oxidation chamber of the hydrocarbon feedstock contains an ignition tool and is made in the form of a flowing combustion chamber, to which a mixer is connected to the input through the anti-slip grating, and a feed pipe of hydrocarbon feed and a supply pipe of air are connected to the mixer, both of these supply pipes are covered with a gap by a recuperator pipe, one end of which is docked to the exit of the flow chamber of the combustion, and the other, the open end communicates with the cavity of the heat exchanger, which is formed by the shell, bounding cavity around the recuperator branch pipe. In addition, in the cavity of the heat exchanger are located a tubular hydrocarbon heater and a tubular air heater. At the same time, a regulator of the flow of hydrocarbon raw materials is connected to one end of the tubular heater of the hydrocarbon feedstock, and the other end is connected to the mixer through the feed pipe. One end of the tubular air heater is connected to an air source, and the other end is connected through a supply pipe to the mixer. At the same time, the heat exchanger is equipped with a fitting for the output of synthesis gas from its cavity.

Данное устройство отличается сложностью, не позволяет использовать в качестве исходного сырья газовую смесь сильно забалластированную азотом.This device is complex, it does not allow the use of a gas mixture strongly ballasted with nitrogen as a feedstock.

В качестве наиболее близкого аналога к предложенному способу является способ получения синтез-газа, включающий парциальное окисление углеводородного сырья окислителем в двигателе внутреннего сгорания компрессионного типа при коэффициенте избытка окислителя менее 0,8, подачу для активизации в рабочий объём двигателя внутреннего сгорания инициаторов парциального окисления. Инициаторы подают а количестве менее 10% к углеводородному сырью, степень сжатия двигателя внутреннего сгорания выбирают и/или регулируют от 13 до 30 и рабочие поверхности двигателя внутреннего сгорания изготавливают из материалов и/или покрывают материалами, которые активизируют процесс парциального окисления. (RU 2167808, 27.05.2001 ).As the closest analogue to the proposed method, there is a method for producing synthesis gas, which includes the partial oxidation of hydrocarbons by an oxidizing agent in a compression type internal combustion engine with an oxidizer excess coefficient of less than 0.8, and the introduction of partial oxidation initiators into the working volume of the internal combustion engine. The initiators supply a quantity of less than 10% to the hydrocarbon feedstock, the compression ratio of the internal combustion engine is selected and / or adjusted from 13 to 30, and the working surfaces of the internal combustion engine are made of materials and / or coated with materials that activate the partial oxidation process. (RU 2167808, 05.27.2001).

Из RU 2204727, 27.09.2002 известен многоцилиндровый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, работающий как химический реактор сжатия. В процессе которого работы его вырабатывается синтез-газ в цилиндрах компрессионного типа двигателя внутреннего сгорания. Известный многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания компрессионного типа, который содержит блок цилиндров, с цилиндрами, каждый из которых имеет калильную свечу с устройством регулировки нагрева, теплообменник, смеситель, мотор-генератор и турбину с компрессором.From RU 2204727, 09.27.2002, a multi-cylinder four-stroke internal combustion engine is known to operate as chemical compression reactor. In the process of which it works, synthesis gas is produced in the compression type cylinders of an internal combustion engine. Known multi-cylinder internal combustion engine of compression type, which contains a cylinder block, with cylinders, each of which has a glow plug with a heating adjustment device, a heat exchanger, a mixer, a motor generator and a turbine with a compressor.

Недостатком указанных известных изобретений является то, что при запуске двигателя из холодного состояния будет необходим внешний подогрев топливного заряда до температур, которые, как правило, недопустимы для промышленно выпускаемых дизелей. Калильные свечи дают достаточно ограниченный эффект при нагреве до температур, оговоренных в паспорте на изделие, а более высокий подогрев резко снижает ресурс их работы. Поэтому данные изобретения не позволяет в широком диапазоне поддерживать во всех цилиндрах двигателя одинаковые условия воспламенения, что связано с частой заменой свечей и вызванной этим остановкой агрегата. Кроме этого индивидуальная регулировка температуры нагрева свечей связана с применением достаточно дорогого устройства управления и диагностики процесса.The disadvantage of these known inventions is that when starting the engine from a cold state, external heating of the fuel charge to temperatures that, as a rule, are unacceptable for industrially produced diesels, will be necessary. Glow plugs give a rather limited effect when heated to the temperatures specified in the passport on the product, and higher heating dramatically reduces the life of their work. Therefore, the data of the invention does not allow a wide range to maintain the same ignition conditions in all engine cylinders, which is associated with the frequent replacement of spark plugs and the resulting unit shutdown. In addition, individual adjustment of the temperature of the heating of candles is associated with the use of a rather expensive device for controlling and diagnosing the process.

Технической задачей заявленной группы изобретения является реализация возможности использования существующих серийно выпускаемых дизелей для создания на их базе генераторов синтез-газа.The technical task of the claimed group of the invention is to realize the possibility of using existing commercially available diesel engines to create synthesis gas generators based on them.

Краткое описание сущности изобретения. Итак, технической задачей заявленного изобретения является возможность получения синтез-газа на существующих серийно выпускаемых дизелях для создания ни их базе генераторов синтез-газа при использовании самых различных углеводородных газов, таких как природный газ, шахтный метан, попутные нефтяные газы с одновременной выработкой электроэнергии.A brief description of the invention. So, the technical task of the claimed invention is the ability to produce synthesis gas on existing commercially available diesel engines to create neither their base synthesis gas generators using a wide variety of hydrocarbon gases, such as natural gas, mine methane, associated petroleum gases with simultaneous generation of electricity.

Поставленная техническая задача достигается способом получения синтез-газа в установке, включающей многоцилиндровый четырехтактный или двухпоршневый двухтактный двигатель внутреннего сгорания компрессионного типа, работающего в режиме химического реактора сжатия, который включает приготовление смеси, состоящей из углеводородного сырья, водяного пара и воздуха или обогащенного кислородом воздуха - топливного заряда с коэффициентом избытка воздуха - окислителя 0,3-0,58 для метана, дальнейший предварительный подогрев образовавшегося топливного заряда, последовательную подачу его в цилиндры двигателя, дополнительный нагрев его в такте сжатия поршнем, объемное воспламенение его в зоне верхней мертвой точки за счет самовоспламенения дополнительно введенных в топливный заряд жидких или газообразных веществ с температурой воспламенения ниже температуры воспламенения топливного заряда, в результате чего осуществляется запуск двигателя, как химического реактора сжатия и парциальное окисление углеводородной смеси - топливного заряда в объеме цилиндров внутреннего сгорания, последующие расширение и охлаждение продуктов, образовавшихся при обратном ходе поршня двигателя, к нижней мертвой точке, вывод продуктов процесса, содержащих синтез-газ, последующее их охлаждение, очистку от сажи, окончательное охлаждение и конверсию в метанол или диметиловый эфир, при этом процесс парциального окисления при выходе агрегата - химического реактора сжатия на рабочий режим поддерживают за счет остаточных газов в цилиндрах, количество которых регулируют перенастройкой механизма газораспределения, дополнительным прогревом за счет разогрева двигателя и внешним регулированием температурой подогрева топливного заряда.The stated technical problem is achieved by the method of producing synthesis gas in an installation comprising a multi-cylinder four-stroke or two-piston two-stroke compression-type internal combustion engine operating in the mode of a chemical compression reactor, which includes preparing a mixture consisting of hydrocarbon feedstock, water vapor and air or oxygen-enriched air - fuel charge with an excess coefficient of air - oxidizer of 0.3-0.58 for methane, further preheating the resulting t fuel charge, its sequential supply to the engine cylinders, its additional heating in the compression stroke by the piston, its volumetric ignition in the zone of top dead center due to self-ignition of liquid or gaseous substances additionally introduced into the fuel charge with a flash point below the ignition temperature of the fuel charge, resulting in the engine is launched as a chemical compression reactor and the partial oxidation of a hydrocarbon mixture - a fuel charge in the volume of internal combustion cylinders further expansion and cooling of products formed during the reverse stroke of the engine piston, to the bottom dead point, the output of the process products containing synthesis gas, their subsequent cooling, purification from soot, final cooling and conversion to methanol or dimethyl ether, while the partial oxidation process when the unit - a chemical compression reactor enters the operating mode, is supported by residual gases in the cylinders, the amount of which is regulated by the retuning of the gas distribution mechanism, additional heating due to engine warming up and external regulation of the temperature of heating the fuel charge.

При этом способ, заявленный в качестве изобретения осуществляется в установке, которая включает многоцилиндровый четырехтактный или двухпоршневый двухтактный двигатель внутреннего сгорания компрессионного типа, работающий в режиме химического реактора сжатия, содержащий систему впускных и выпускных клапанов, при этом указанный двигатель снабжен системой подачи воздуха и углеводородного сырья, топливного заряда, системой подогрева, в том числе предварительного подогрева, воздуха и углеводородного сырья, состоящей из воздухонагревателя, теплообменников и смесителя, системой охлаждения синтез-газа, состоящей в свою очередь из теплообменника и холодильника, обратимым мотор-генератором, вырабатывающим электроэнергию, питающую многоступенчатый компрессор синтез-газа, и жестко связанный с двигателем, высокотемпературный фильтр очистки синтез-газа от сажи, холодильник, каплеуловитель, и при этом запуск двигателя в режим химического реактора сжатия и управление режимом его работы, а также составом получаемого синтез-газа выполняют с возможностью регулирования коэффициента избытка окислителя и температуры предварительного подогрева в теплообменнике при установившемся режиме или температурой на выходе пускового воздухонагревателя.Moreover, the method claimed as the invention is carried out in an installation that includes a multi-cylinder four-stroke or two-piston two-stroke compression-type internal combustion engine operating in the mode of a chemical compression reactor containing an intake and exhaust valve system, wherein said engine is equipped with an air and hydrocarbon feed system fuel charge, heating system, including preheating, air and hydrocarbons, consisting of air heating heat exchanger and mixer, a synthesis gas cooling system, which in turn consists of a heat exchanger and a refrigerator, a reversible motor generator that generates electricity, feeds the multistage synthesis gas compressor, and is rigidly connected to the engine, a high-temperature filter for cleaning soot from soot , a refrigerator, a droplet eliminator, and at the same time, starting the engine in a chemical compression reactor mode and controlling its operation mode, as well as the composition of the resulting synthesis gas, is performed with the ability to control the coefficient of excess oxidizer and the temperature of the preheating in the heat exchanger at steady state or the temperature at the outlet of the starting air heater.

В качестве жидких или газообразных веществ с температурой воспламенения ниже температуры воспламенения, вводимых в топливный заряд, используют спирты, моторные топлива, углеводородные газы и др. вещества.As liquid or gaseous substances with a flash point lower than the flash point introduced into the fuel charge, alcohols, motor fuels, hydrocarbon gases and other substances are used.

Для идентификации работы отдельных цилиндров осуществляют дополнительную возможную подачу непосредственно в зону впускных клапанов необходимых компонентов для корректировки момента воспламенения смеси в каждом цилиндре.To identify the operation of individual cylinders, an additional possible supply of the necessary components directly to the intake valve zone is carried out to adjust the moment of ignition of the mixture in each cylinder.

Такими компонентами в частности являются природный или попутный нефтяной газ, метанол или заметаноленная вода, сопутствующие продукты при дальнейшей переработке метанола или диметилового эфира в бензиновые фракции.Such components, in particular, are natural or associated petroleum gas, methanol or noticeable water, associated products in the further processing of methanol or dimethyl ether into gasoline fractions.

Подробное описание сущности изобретения, раскрытие изобретения.A detailed description of the invention, disclosure of the invention.

На рисунке 1 представлена принципиальная схема установки, используемой для осуществления способа.Figure 1 presents a schematic diagram of the installation used to implement the method.

Подогретый в воздуходувке (1) и догретый до необходимой температуры в теплообменнике (2) воздух в смесителе (3) смешивается с углеводородным газом (природным, попутным нефтяным газом, шахтным метаном) и подается на вход дизеля (4). Двигатель жестко, без проскальзывания, соединен с обратимым мотором-генератором, например, с помощью мycpты(5). Электроэнергия, вырабатываемая им, питает компрессор (6) синтез-газа. Полученный в ГСГ синтез-газ охлаждается в теплообменнике (2), очищается от сажи в высокотемпературном фильтре (8) и после окончательного охлаждения в холодильнике (9) поступает через каплеуловитель (10) на вход многоступенчатого компрессора (7), где дожимается до давления, необходимого для конверсии синтез-газа в метанол или диметиловый эфир.Heated in the blower (1) and warmed to the required temperature in the heat exchanger (2), the air in the mixer (3) is mixed with hydrocarbon gas (natural, associated petroleum gas, mine methane) and fed to the diesel inlet (4). The engine is rigidly, without slipping, connected to reversible motor-generator, for example, with the help of mycpty (5). The electricity generated by it feeds the synthesis gas compressor (6). The synthesis gas obtained in the GHA is cooled in a heat exchanger (2), cleaned of soot in a high-temperature filter (8) and, after final cooling in a refrigerator (9), passes through a drop eliminator (10) to the inlet of a multi-stage compressor (7), where it is compressed necessary for the conversion of synthesis gas to methanol or dimethyl ether.

При этом используют многоцилиндровый двигатель четырехтактный или двухпоршневой двухтактный. Количеством цилиндров определяется мощность и производительность агрегата. Например, Коломенский завод выпускает дизели от 4-х до 20-ти цилиндров. Из этого ряда выбирается любой расчетно- необходимый.In this case, a four-stroke or two-piston two-stroke multi-cylinder engine is used. The number of cylinders determines the power and performance of the unit. For example, the Kolomna plant produces diesel engines from 4 to 20 cylinders. From this series, any calculation necessary is selected.

Используются внешние устройства для реализации заявленного изобретения (воздуходувка, теплообменники, смеситель), которыми снабжен двигатель внутреннего сгорания, работающий в режиме XPC и предназначенные для выполнения необходимых процедур по подготовке топливного заряда (смеси углеводородных газов), подогрев воздуха к подаче в цилиндры двигателя. В них происходит смешение необходимых компонентов, подогрев до температуры, обеспечивающей самовоспламенение смеси в конце такта сжатия.External devices are used to implement the claimed invention (blower, heat exchangers, mixer), which are equipped with an internal combustion engine operating in XPC mode and designed to perform the necessary procedures for preparing a fuel charge (hydrocarbon gas mixture), heating the air to be supplied to the engine cylinders. In them, the necessary components are mixed, heated to a temperature that ensures self-ignition of the mixture at the end of the compression stroke.

Величина дополнительного подогрева определяется степенью сжатия в цилиндрах, составом газовоздушной смеси, наличием различных добавок, величиной давления на входе в двигатель и др. факторами. На больших промышленных многоцилиндровых двигателях температура подготовленной смеси на входе в отдельные цилиндры может отличаться за счет различных расстояний от входа и потерь тепла во всасывающем коллекторе. Разница этих температур на 3-5°C уже существенна и работа цилиндров будет отличаться. Метан, основной компонент топливного заряда, плохо смешивается с воздухом и возможно попадание смеси различного состава в отдельные цилиндры. Для предотвращения влияния этих двух факторов на состав получаемого синтез-газа применяются специальные мероприятия по корректировке режима.The amount of additional heating is determined by the degree of compression in the cylinders, the composition of the gas-air mixture, the presence of various additives, the pressure at the engine inlet, and other factors. On large industrial multi-cylinder engines, the temperature of the prepared mixture at the inlet to the individual cylinders may differ due to different distances from the inlet and heat loss in the intake manifold. The difference of these temperatures by 3-5 ° C is already significant and the work of the cylinders will be different. Methane, the main component of the fuel charge, mixes poorly with air and it is possible for a mixture of various compositions to enter individual cylinders. To prevent the influence of these two factors on the composition of the resulting synthesis gas, special measures are taken to adjust the regime.

Механизм газораспределения в ДВС обеспечивает момент необходимого открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов. В нашем случае эти моменты выбираются из соображений безопасности для того, чтобы кислород окислителя (воздуха) не попал в готовый синтез-газ.The gas distribution mechanism in the internal combustion engine provides the moment of necessary opening and closing of the intake and exhaust valves. In our case, these moments are selected for safety reasons so that the oxygen of the oxidizing agent (air) does not get into the finished synthesis gas.

Обратимый мотор-генератор, жестко связан с двигателем, при этом понятие «жecткo связан » означает, что двигатель и электрогенератор, соединенные между собой муфтой без проскальзывания, имеют одинаковые обороты.A reversible motor generator is rigidly connected to the engine, and the notion of “tightly coupled” means that the engine and the electric generator connected to each other by a clutch without slipping have the same speed.

Постоянные обороты определяются частотой сети 50Гц и могут быть 1500, 1000, 630 и т.д. в зависимости от выбранного синхронного генератора и используемого ДВС. Чем выше обороты, тем больше производительность агрегата, но есть ограничения по механическим характеристикам и скорости химических реакций. На всех режимах работы выбранный комплекс дизель электрогенератор работают с постоянным числом оборотов.Constant revolutions are determined by the network frequency of 50Hz and can be 1500, 1000, 630, etc. depending on the selected synchronous generator and the internal combustion engine used. The higher the revolutions, the greater the productivity of the unit, but there are limitations on the mechanical characteristics and speed of chemical reactions. In all operating modes, the selected diesel generator set operates at a constant speed.

Управление процессом парциального окисления углеводородных газов является достаточно тонким, особенно если оно осуществляется в цилиндрах химического реактора сжатия (модифицированного ДВС) при высоких оборотах, когда весь цикл осуществляется за 10^"3ceк. Определяющим моментом, от которого зависит полнота прохождения реакций, является момент воспламенения смеси в цилиндрах. Это достигается за счет комплекса мероприятий, предусмотренных в заявке, и назван режимом управляемого самовоспламенения.The control of the process of partial oxidation of hydrocarbon gases is rather delicate, especially if it is carried out in the cylinders of a chemical compression reactor (modified ICE) at high speeds, when the entire cycle is carried out in 10 ^"3 sec. The determining moment, on which the completeness of the reactions depends, is the moment of ignition of the mixture in the cylinders. This is achieved due to a set of measures provided for in the application, and is called controlled self-ignition mode.

Величина α и t° зависят от состава углеводородного газа, на котором работает установка и в каждом конкретном случае определяются расчетным и экспериментальным путем. Общий диапазон Г от 70⁰C до 250⁰C. Изобретение решает задачу создания способа получения синтез-газа, пригодного для дальнейшей каталитической переработки.The values of α and t ° depend on the composition of the hydrocarbon gas on which the unit is operating and in each case are determined by calculation and experimentation. The total range of G is from 70 ⁰ C to 250 ⁰ C. The invention solves the problem of creating a method for producing synthesis gas suitable for further catalytic processing.

Применение заявленного способа позволяет получить синтез- газ с использованием данной установки, основанной на выпускаемых промышленностью двигателях внутреннего сгорания, компрессионного типа, работающих по принципу химического реактора сжатия. При этом последние работают по типу компрессионного двигателя, т.е. с воспламенением смеси воздуха и углеводородного сырья от сжатия при внешнем смесеобразовании.The application of the claimed method allows to obtain synthesis gas using this installation, based on commercially available internal combustion engines, compression type, operating on the principle of a chemical compression reactor. At the same time, the latter operate as a compression engine, i.e. with the ignition of a mixture of air and hydrocarbons from compression during external mixture formation.

Использование в способе в качестве углеводородного сырья метана, этана и др. углеводородов получаемых, в частности, при выделении широкой фракции легких углеводородов из попутных нефтяных газов, позволит улучшить экологическую обстановку в районах добычи и переработки нефти.The use of methane, ethane and other hydrocarbons obtained as a hydrocarbon feedstock in the process, in particular when a wide fraction of light hydrocarbons is extracted from associated petroleum gases, will improve the environmental situation in oil production and refining areas.

При этом удельная производительность заявленного изобретения в 2,5-3 раза выше, чем в известном способе, а объемные отношения H₂/CO составляют 1 ,4:2. Это особенно важно, поскольку известно, что эффективность производства синтез-газа в значительной степени определяет экономичность производства метанола и синтетических моторных топлив.Moreover, the specific productivity of the claimed invention is 2.5-3 times higher than in the known method, and volumetric ratios of H ₂ / CO are 1, 4: 2. This is especially important because it is known that the production efficiency of synthesis gas to a large extent determines the efficiency of the production of methanol and synthetic motor fuels.

Осуществление процесса парциального окисления метана или других углеводородных газов в цилиндре двигателя внутреннего сгорания является чрезвычайно заманчивым, т.к. при этом сложный химический процесс удается осуществить в одном агрегате, который выполняет роль компрессора, сжимая и нагревая топливный заряд, химического реактора, в котором процесс собственно происходит и охлаждающего устройства, в котором происходит расширение полученного продукта и одновременно совершается механическая работа.The implementation of the partial oxidation of methane or other hydrocarbon gases in the cylinder of an internal combustion engine is extremely attractive, because in this case, a complex chemical process can be carried out in one unit, which acts as a compressor, compressing and heating the fuel charge, of a chemical reactor in which the process itself occurs and of a cooling device in which the obtained product is expanded and mechanical work is performed at the same time.

Высокие параметры, которые могут быть достигнуты в химическом реакторе сжатия (XPC) позволяют получить практически термодинамически равновесный состав синтез-газа за очень короткие времена (10^"3-10^~4)ceк. При этом количество сажи остается минимальным.The high parameters that can be achieved in a chemical compression reactor (XPC) make it possible to obtain an almost thermodynamically equilibrium composition of the synthesis gas in very short times (10 ^"3 -10 ^{~ 4} ) sec, while the amount of soot remains minimal.

Запуск XPC, управление режимом его работы и составом получаемого синтез-газа осуществляется с помощью регулирования коэффициента избытка (недостатка) окислителя и температуры предварительного подогрева в теплообменнике (2) при установившемся режиме или температурой на выходе пускового воздухонагревателя (11 ) в момент запуска.The XPC is launched, its operation mode and the composition of the produced synthesis gas are controlled by adjusting the coefficient of excess (deficiency) of the oxidizing agent and the preheating temperature in the heat exchanger (2) at steady state or at the outlet temperature of the starting air heater (11) at the time of starting.

Оперативное воздействие в момент запуска и корректировка процесса работы XPC в установившемся режиме осуществляется в зависимости от состава углеводородных газов путем воздействия на момент самовоспламенения газовоздушной смеси. Для этой цели могут использоваться отходы основного производства метанола, бензина, либо других продуктов, имеющих более низкую температуру самовоспламенения, чем основной газ, что позволяет, особенно в переходных режимах, четко фиксировать момент воспламенения топливного заряда, а это в свою очередь определяет как состав синтез-газа, так и процесс сажеобразования и величину выдаваемой электрической мощности.Operational impact at the time of launch and adjustment of the XPC operation process in the steady state is carried out depending on the composition of hydrocarbon gases by acting on the moment of self-ignition of the gas-air mixture. For this purpose, waste from the main production of methanol, gasoline, or other products having a lower self-ignition temperature than the main gas can be used, which allows, especially in transient conditions, to clearly record the ignition moment of the fuel charge, and this, in turn, determines the composition of the synthesis gas, and the process of soot formation and the amount of electric power supplied.

Запуск агрегата с помощью обратимого мотор-генератора от электрической сети дает возможность при переходе на номинальный режим поддерживать обороты за счет частоты сети постоянными, без каких-либо дополнительных устройств, и обеспечивать питание компрессора от собственного источника энергии.Starting the unit with the help of a reversible motor generator from the electric network makes it possible, when switching to the nominal mode, to maintain revolutions due to the network frequency constant, without any additional devices, and to supply the compressor with its own energy source.

Для решения проблем, связанных с работой XPC в режиме самовоспламенения в заявленном изобретении используют, например, химический реактор сжатия на базе двигателя Д-245 Минского моторного завода, на котором при проведении многочисленных пусков, в т.ч. и длительных, были отработаны различные режимы работы.To solve the problems associated with the operation of XPC in the self-ignition mode, the claimed invention uses, for example, a chemical compression reactor based on the D-245 engine of the Minsk Motor Plant, which, during numerous launches, including and long, various operating modes were worked out.

На установке отработаны режимы пуска и работы на метане, попутных нефтяных газах с повышенным содержанием ШФЛУ (широкая фракция легких углеводородов) при различных значениях а, температуры предварительного подогрева смеси, подачи различных добавок, используемых при запуске и для управления процессом.The installation worked out the start-up and operation modes on methane, associated petroleum gases with a high content of NGL (a wide fraction of light hydrocarbons) at various values of a, the temperature of the mixture preheating, and the supply of various additives used at startup and for process control.

Итак, в соответствии с заявленным изобретением способ работы многоцилиндрового модифицированного четырехтактного или двухпоршневого двухтактного двигателя внутреннего сгорания компрессионного типа в режиме химического реактора сжатия заключается в том, что предварительно подогретый во внешнем устройстве топливный заряд, состоящий из смеси углеводородных газов с воздухом или обогащенным кислородом воздухом с коэффициентом избытка воздуха 0,3-0,58 для метана, находящегося в диапазоне от интенсивного сажеобразования в зоне медленного горения углеводородной смеси с воздухом до начала взрывного горения, зависящего от состава углеводородного газа, последовательно подается в цилиндры двигателя, в которых в такте сжатия происходит его дополнительный подогрев и объемное воспламенение в зоне BMT за счет самовоспламенения дополнительной добавки в топливный заряд необходимого количества жидких или газообразных веществ, имеющих более низкую температуру самовоспламенения по отношению к основному составу, что позволяет при пониженных температурах предварительного подогрева произвести запуск XPC и осуществить процесс парциального окисления углеводородных газов, который при выходе агрегата на рабочий режим поддерживается за счет разогрева двигателя и влияния остаточного количества синтез-газа в цилиндрах, определяемого перенастройкой механизма газораспределения; при этом отпадает необходимость подачи дополнительных веществ, а полученный синтез-газ при обратном ходе поршня расширяется, что сопровождается резким охлаждением ("замораживанием") его состава и совершением механической работы;So, in accordance with the claimed invention, the method of operation of a multi-cylinder modified four-stroke or a two-piston two-stroke compression-type internal combustion engine in the mode of a chemical compression reactor consists in the pre-heating of a fuel charge in an external device, consisting of a mixture of hydrocarbon gases with air or oxygen-enriched air with an air excess coefficient of 0.3-0.58 for methane ranging from intense soot formation in the zone of slow combustion of a hydrocarbon mixture with air to the beginning of explosive combustion, depending on the composition of the hydrocarbon gas, consequently, it is fed into the engine cylinders, in which additional heating and volume ignition occur in the BMT zone in the compression stroke due to self-ignition of the additional additive in the fuel charge of the required amount of liquid or gaseous substances having a lower self-ignition temperature with respect to the main composition, which allows reduced preheating temperatures, start the XPC and carry out the process of partial oxidation of hydrocarbon gases, which when the aggregate exits This on the operating mode is supported by warming up the engine and the influence of the residual amount of synthesis gas in the cylinders, determined by reconfiguring the gas distribution mechanism; at the same time, there is no need to supply additional substances, and the resulting synthesis gas expands during the reverse stroke of the piston, which is accompanied by a sharp cooling (“freezing”) of its composition and the completion of mechanical work;

После запуска XPC при пониженной температуре подогрева топливного заряда за счет дополнительной подачи газообразных или жидких веществ с пониженной температурой самовоспламенения по отношению к основному потоку начинается интенсивный прогрев стенок цилиндра и поршня, что само по себе уже позволяет снизить температуру подогрева топливного заряда за счет уменьшения потерь, но основной вклад вносит горячий синтез-газ, остающийся в цилиндрах, имеющий также более низкую температуру самовоспламенения. Количество этого синтез- газа определяется предварительной настройкой впускных и выпускных клапанов для четкой фиксации момента самовоспламенения топливного заряда в установившемся режиме работы XPC.After starting the XPC at a low temperature, the fuel charge is heated due to the additional supply of gaseous or liquid substances with a low self-ignition temperature with respect to the main stream, intense heating of the cylinder walls and the piston begins, which in itself can already reduce the temperature of heating the fuel charge by reducing losses, but the main contribution is made by the hot synthesis gas remaining in the cylinders, which has also lower self-ignition temperature. The amount of this synthesis gas is determined by pre-setting the intake and exhaust valves to clearly fix the moment of self-ignition of the fuel charge in the steady-state mode of operation of the XPC.

XPC жестко связан с электрическим генератором, включенным в сеть переменного тока и поддерживающим постоянные обороты за счет частоты сети.The XPC is tightly coupled to an electric generator plugged into an alternating current network and maintaining constant revolutions due to the network frequency.

Для идентификации работы отдельных цилиндров, связанных с отклонениями степени сжатия, разбросом температур смеси на входе и неравномерностью ее состава предусмотрена возможность дополнительной подачи непосредственно в зону впускных клапанов необходимых компонентов для корректировки момента воспламенения смеси в каждом цилиндре.To identify the operation of individual cylinders associated with deviations in the degree of compression, the temperature dispersion of the mixture at the inlet, and the unevenness of its composition, it is possible to additionally supply the necessary components directly to the intake valve zone to adjust the moment of ignition of the mixture in each cylinder.

Ниже приводится пример осуществления способа.The following is an example implementation of the method.

1. Предварительно осуществляют подогрев воздуха в воздуходувке.1. Pre-carry out the heating of the air in the blower.

2. Осуществляют догрев воздуха (окислителя) в теплообменнике до необходимой температуры, например до T⁰C= 180-2402. Carry out the heating of the air (oxidizer) in the heat exchanger to the required temperature, for example, to T ⁰ C = 180-240

3. Смешивают подогретый воздух (окислитель) с углеводородным сырьем до a=0,3-0,58; и подают на вход двигaтeля( дизеля).3. Mix the heated air (oxidizing agent) with hydrocarbon feedstock to a = 0.3-0.58; and served at the entrance engine (diesel).

4. Добавляют водяной пар и догревают смесь до T°C=1 80- 240.4. Add water vapor and warm the mixture to T ° C = 1 80-240.

5. Последовательно подают полученную смесь (топливный заряд) в цилиндры двигателя (в рабочий объем цилиндра).5. Serve the mixture obtained (fuel charge) in the engine cylinders (in the working volume of the cylinder).

6. Осуществляют дополнительный подогрев топливного заряда в такте сжатия поршня и объемное самовоспламенение его в зоне BMT, происходящее за счет ранее введенных в топливный заряд добавок вeщecтв(жидкиx, газообразных), имеющих температуру воспламенения ниже основного состава топливного заряда и получение температуры 1 800-2 100⁰C6. Carry out additional heating of the fuel charge in the compression stroke of the piston and its volumetric self-ignition in the BMT zone, which occurs due to the addition of substances (liquid, gaseous) that have previously been introduced into the fuel charge and have an ignition temperature lower than the main composition of the fuel charge and obtain a temperature of 1,800-2 100 ⁰ C

7. Происходит запуск XPC и осуществляется при этом парциальное окисление углеводородного газа.7. The XPC is launched and the partial oxidation of hydrocarbon gas occurs.

8. Охлаждают продукты, расширяя их при движении поршня к HMT.8. Cool products by expanding them as the piston moves toward the HMT.

9. Выводят продукты процесса, содержащие синтез-газ из цилиндров двигателя при движении поршня к BMT.9. Derive the process products containing synthesis gas from the engine cylinders when the piston moves to the BMT.

10. Осуществляют охлаждение синтез-газа до T⁰C- 100-240 и очищают синтез-газ на фильтре от сажи.10. Carry out the cooling of the synthesis gas to T ⁰ C-100-240 and purify the synthesis gas on the filter from soot.

12. Охлаждают синтез-газа до T°C=30-40.12. Cool the synthesis gas to T ° C = 30-40.

13. Осуществляют компремирование и конверсию синтез-газа в метанол или диметиловый эфир.13. Carry out the compression and conversion of synthesis gas to methanol or dimethyl ether.

Примеры осуществления способа получения синтез- газа по заявленному изобретению проиллюстрированы в таблице. Таблица 1Examples of the method for producing synthesis gas according to the claimed invention are illustrated in the table. Table 1

Промышленная применимость.

Industrial applicability.

Таким образом заявленное изобретение с указанной совокупностью существенных признаков позволяет обеспечить уверенный запуск и работу агрегата при использовании самых различных углеводородных газов (природный газ, шахтный метан, попутные нефтяные газы) с получением забалластированного азотом синтез-газа с одновременной выработкой электроэнергии. Заявленное изобретение решает задачу создания способа получения синтез-газа, пригодного для дальнейшей каталитической переработки.Thus, the claimed invention with the specified set of essential features allows for reliable start-up and operation of the unit using a wide variety of hydrocarbon gases (natural gas, mine methane, associated petroleum gases) to produce nitrogen-ballasted synthesis gas while generating electricity. The claimed invention solves the problem of creating a method for producing synthesis gas suitable for further catalytic processing.

Применение заявленного способа позволяет получить синтез- газ с использованием специальной установки, основанной на выпускаемых промышленностью двигателях внутреннего сгорания, компрессионного типа, работающих по принципу химического реактора сжатия. При этом последние работают по типу компрессионного двигателя, т.е. с воспламенением смеси воздуха и углеводородного сырья от сжатия при внешнем смесеобразовании.The application of the claimed method allows to obtain synthesis gas using a special installation based on commercially available internal combustion engines, compression type, operating on the principle of a chemical compression reactor. At the same time, the latter operate as a compression engine, i.e. with the ignition of a mixture of air and hydrocarbons from compression during external mixture formation.

Использование в способе в качестве углеводородного сырья метана, этана и др. углеводородов получаемых, в частности, при выделении широкой фракции легких углеводородов из попутных нефтяных газов, позволит улучшить экологическую обстановку в районах добычи и переработки нефти. При этом удельная производительность заявленного изобретения в 2,5-3 раза выше, чем в известном способе, а объемные отношения H₂/CO составляют 1 ,4:2. Это особенно важно, поскольку известно, что эффективность производства синтез-газа в значительной степени определяет экономичность производства метанола и синтетических моторных топ лив.The use of methane, ethane and other hydrocarbons obtained as a hydrocarbon feedstock in the process, in particular when a wide fraction of light hydrocarbons is extracted from associated petroleum gases, will improve the environmental situation in oil production and refining areas. Moreover, the specific productivity of the claimed invention is 2.5-3 times higher than in the known method, and the volumetric ratio of H ₂ / CO is 1, 4: 2. This is especially important, since it is known that the production efficiency of synthesis gas to a large extent determines the efficiency of the production of methanol and synthetic motor fuels.

Осуществление процесса парциального окисления метана или других углеводородных газов в цилиндре двигателя внутреннего сгорания является чрезвычайно заманчивым, т.к. при этом сложный химический процесс удается осуществить в одном агрегате, который выполняет роль компрессора, сжимая и нагревая топливный заряд, химического реактора, в котором процесс собственно происходит и охлаждающего устройства, в котором происходит расширение полученного продукта и одновременно совершается механическая работа.The implementation of the partial oxidation of methane or other hydrocarbon gases in the cylinder of an internal combustion engine is extremely attractive, because in this case, a complex chemical process can be carried out in one unit, which acts as a compressor, compressing and heating the fuel charge, of a chemical reactor in which the process itself occurs and of a cooling device in which the obtained product is expanded and mechanical work is performed at the same time.

Высокие параметры, которые могут быть достигнуты в химическом реакторе сжатия (XPC) позволяют получить практически термодинамически равновесный состав синтез-газа за очень короткое время (10^"3-10^"4)ceк. При этом количество сажи остается минимальным.The high parameters that can be achieved in a chemical compression reactor (XPC) make it possible to obtain an almost thermodynamically equilibrium synthesis gas composition in a very short time (10 ^"3 -10 ^{" 4} ) sec. At the same time, the amount of soot remains minimal.

Существует несколько вариантов работы XPC, которые, в основном, отличаются способами воспламенения газовоздушной смеси. Основная трудность связана с воспламенением газовоздушной смеси с низким коэффициентом избытка окислителя α, при котором может быть получен приемлемый состав синтез-газа. Как правило, это зона медленного горения, в которой для поддержания цепной реакции горения необходимы достаточно высокоэнергетические источники поджига. There are several options for the operation of the XPC, which mainly differ in the ways of igniting the gas-air mixture. The main difficulty is associated with the ignition of a gas-air mixture with a low coefficient of excess oxidizer α, in which an acceptable composition of the synthesis gas can be obtained. As a rule, this is a slow combustion zone in which sufficiently high-energy sources of ignition are necessary to maintain a chain reaction of combustion.

Claims

Формула изобретения. Claim.

1. Способ получения синтез-газа в установке, включающей многоцилиндровый четырехтактный или двухпоршневый двухтактный двигатель внутреннего сгорания компрессионного типа, работающего в режиме химического реактора сжатия и который включает приготовление смеси, состоящей из углеводородного сырья, водяного пара и воздуха или обогащенного кислородом воздуха - топливного заряда с коэффициентом избытка воздуха - окислителя 0,3-0,58 для метана, дальнейший предварительный подогрев образовавшегося топливного заряда, последовательную подачу его в цилиндры двигателя, дополнительный нагрев его в такте сжатия поршнем, объемное воспламенение его в зоне верхней мертвой точки за счет самовоспламенения дополнительно введенных в топливный заряд жидких или газообразных веществ с температурой воспламенения ниже температуры воспламенения топливного заряда, в результате чего осуществляется запуск двигателя, как химического реактора сжатия и парциальное окисление углеводородной смеси - топливного заряда в объеме цилиндров внутреннего сгорания, последующее расширение и охлаждение продуктов, образовавшихся при обратном ходе поршня двигателя к нижней мертвой точке, вывод продуктов процесса, содержащих синтез-газ, последующее их охлаждение, очистку от сажи, окончательное охлаждение и конверсию в метанол или диметиловый эфир, при этом процесс парциального окисления при выходе агрегата - химического реактора сжатия на рабочий режим поддерживают за счет остаточных газов в цилиндрах, количество которых регулируют перенастройкой механизма газораспределения, дополнительным прогревом за счет разогрева двигателя и внешним регулированием температурой подогрева топливного заряда.1. A method of producing synthesis gas in an installation comprising a multi-cylinder four-stroke or two-piston two-stroke compression-type internal combustion engine operating in the mode of a chemical compression reactor and which includes preparing a mixture consisting of hydrocarbon feedstock, water vapor and air or oxygen-enriched air — a fuel charge with a coefficient of excess air - oxidizing agent 0.3-0.58 for methane, further preheating the resulting fuel charge, sequential supply of e into the engine cylinders, its additional heating in the compression stroke by the piston, its volumetric ignition in the zone of top dead center due to self-ignition of liquid or gaseous substances additionally introduced into the fuel charge with the ignition temperature below the ignition temperature of the fuel charge, as a result of which the engine is started as a chemical a compression reactor and partial oxidation of a hydrocarbon mixture — a fuel charge in the volume of internal combustion cylinders, subsequent expansion and cooling of of products formed during the reverse stroke of the engine piston to bottom dead center, the output of the process products containing synthesis gas, their subsequent cooling, soot removal, final cooling and conversion to methanol or dimethyl ether, while the process of partial oxidation at the outlet of the unit is a chemical the compression reactor to the operating mode is supported by the residual gases in the cylinders, the amount which are regulated by reconfiguring the gas distribution mechanism, additional heating due to engine warming up and external regulation of the temperature of heating the fuel charge.

2. Способ по п.1 , отличающийся тем, что его проводят в установке, включающей многоцилиндровый четырехтактный или двухпоршневый двухтактный двигатель внутреннего сгорания компрессионного типа, работающий в режиме химического реактора сжатия, содержащий систему впускных и выпускных клапанов, при этом указанный двигатель снабжен системой подачи воздуха и углеводородного сырья - топливного заряда, системой подогрева, в том числе предварительного подогрева, воздуха и углеводородного сырья, состоящей из воздухонагревателя, теплообменников и смесителя, системой охлаждения синтез-газа, состоящей в свою очередь из теплообменника и холодильника, обратимым мотор-генератором, вырабатывающим электроэнергию, питающую многоступенчатый компрессор синтез- газа, и жестко связанный с двигателем, высокотемпературный фильтр очистки синтез-газа от сажи, холодильник, каплеуловитель, и при этом запуск двигателя в режим химического реактора сжатия и управление режимом его работы, а также составом получаемого синтез-газа выполняют с возможностью регулирования коэффициента избытка окислителя и температуры предварительного подогрева в теплообменнике при установившемся режиме или температурой на выходе пускового воздухонагревателя.2. The method according to claim 1, characterized in that it is carried out in an installation comprising a multi-cylinder four-stroke or two-piston two-stroke compression-type internal combustion engine operating in the mode of a chemical compression reactor containing a system of intake and exhaust valves, wherein said engine is equipped with a feed system air and hydrocarbon raw materials - fuel charge, heating system, including pre-heating, air and hydrocarbon raw materials, consisting of an air heater, heat exchangers and a mixer, a synthesis gas cooling system, which in turn consists of a heat exchanger and a refrigerator, a reversible motor generator that generates electricity supplying a multi-stage synthesis gas compressor, and is rigidly connected to the engine, a high-temperature filter for cleaning the synthesis gas from soot, a refrigerator, a droplet eliminator, and at the same time, starting the engine into a chemical compression reactor mode and controlling its operation mode, as well as the composition of the resulting synthesis gas, is capable of controlling the excess oxide coefficient ator and the preheating temperature in a heat exchanger under steady state conditions or the outlet temperature of the heater startup.

3. Способ по п. п. 1 или 2, отличающийся тем, для идентификации работы отдельных цилиндров осуществляют дополнительную возможную подачу непосредственно в зону впускных клапанов необходимых компонентов для корректировки момента воспламенения смеси в каждом цилиндре. 3. The method according to p. 1 or 2, characterized in that for the identification of the individual cylinders additional possible supply directly to the intake valve zone of the necessary components to adjust the moment of ignition of the mixture in each cylinder.