Способ смешения природного газа с кислородом

1 - температура газовой смеси (подогрева исходных газов),0 С. Особенностью способа является исключение самовоспламенения природного газа в атмосфере кислорода на стадии приготовления гомогенной газовой смесй; что достигают путем введения в объем камеры смешения равномерно распределенного инертного материала с заданной величиной поверхности. При этом не происходит самораэогрев газов в камере смешения на величину температуры, превышающую характеристический температурный интврвал(Т) предвэрывного разогрева, определяемый соотношением Ьт=а ЙТсв Е(3) где Тсе - температура самовоспламенения смешиваемых газов (абсолютная);Е - эффективная энергия активации реакций, протекающих при воспламенении газов;а- коэФфициент, характерный для данной геометрической Формы камеры смешения;.В - универсальная газовая постоянная.Обнаружено, что снижение отношения 5 Ч, т.е. увеличение величины поверхности инертного материала, на любую величину позволяет исключить самовоспламенение при критической температуры и ниже ее, Такой эффект, по-видимому, можно обьяснить качественным изменением смешиваем ых газов, обусловленным как предпламенными реакциями, так и процессами теплоотвода.В качестве инертного материала используют насадку, выполненную в виде упорядоченной системы колец, полос, стержней, труб, а также сферическую насадку и др, представляющей собой пространственную равнодоступную решетку,П р и м е р 1; Иллюстрирует применение инертного материала для исключения самовоспламенения природного газа в смеси с кислородом в статических условиях.Опыты по смешению природного газа с кислородом проводили в кварцевом термостатированном реакторе обьемом 130 см, снабженном регулируемым эпектрообогревом, по известной методике. Для опытов использовали природный. газ, в котором содержание гомологов метана составляет 8-9 об., Газовая смесь, полученная смешением этого природного газа с кислородом, имела следующий состав, об.: СпН 2 п+263,9 (в т.ч. 5,2 об,6 гомологов метана); 02 34,0; СО 0.2; Н 2 0,6;М 2 1,3, Измерения показали, что данная смесь имеет температуру самовоспламенения тсв=570 +1 С с периодом индукции при указанной 1, равным 3,4-3,7 с,щей стали Х 18 Н 1 ОТ шириной 0,2 см и толщиной 0,09 мм и провели опыты по определению условий вэрывобеэопасного осуществления процесса смешения природного газа и кислорода при температурах 588-8500 С Результаты осуществления опытов иЧзначения величин - , полученных по заявляЯемым зависимостям, приведены в табл.1.П р и м е р 2. Иллюстрирует влияние наусловия самовоспламенения смеси природного газа с кислородом каталитически активной поверхности,Опыты осуществлялись в условиях примера 1, но в качестве насадки используютрввнодоступно расположенную спираль,изготовленную из стальной проволоки (ст,З)диаметром 0,6 мм,20 25 30 Последующие опыты провели при температурах 571-599 С,Результаты осуществления опытов приведены в табл,2,П р и м е р 3, Иллюстрирует влияние35 материала поверхности насадки на стабильность смеси природного газа с кислородом,Для опытов испольэовали проточныйсмеситель, аналогичный используемому впримере 1, но снабженный выходом с йро 40 боотборным устройством. Опыты по определению условий воспламененияприродного газа с кислородом проводилипо известной методике, но в проточный смеситель помещали поочередно равнодоступ 45 но насадку из следующих материалов; стальХ 18 Н 10 Т(по примеру 1), сталь 3 (по примеру2), кольца из кварцевых трубок диаметром6-8 мм. Средний состав газовой смеси, определенный через 0,5 с пребывания в сме 50 сителе природно ," газа и кислорода притемпературе 800 С и соотношении - =1 см,оЧЯпредставлен в табл,З.Как следует из табл.1 температуры са 55 мовосппаменения той же смеси увеличилась, а период индукции уменьшился всоответствии с уравнениями, полученнымидля средних значений тиндтинд=79,80-12,18 пав для5900 С680 С,После этого в объем реактора помещали равнодоступную насадку в виде равномер"0 но навитой спирали из полоски нержавеюсинд=9,144-1,346 пт дляоС ( т ( 850 оСв свободной камере. Для исключения воспламенения смеси при данной температуре (см.опыты 2,5,8,11,14,17) достаточно увеличить поверхность насадки, распределенной в объеме реактора сверхрасчетной по заявляемым зависимостям (см. опыты 3,6,9,12,15, 18).Из табл.2 видно, что использование каталитически активной поверхности (ст,З) в качестве насадки при равных значениях соЧотношения - для инертного материалаЯ(ст,Х 18 Н 10 Т) приводит к существенному снижению температуры самовоспламенения смешиваемых газов, Кроме того при значительном увеличении поверхности насадки из ст.З в объеме реактора температура самовоспламенения увеличивается незначительно. Если в опытах примера 1 ее удалось повысить с 588 до 850 С, то в опытах примера 2 (при более существенном увеличении поверхности насадки до б ) температуру самовоспламенения повысили лишь с 571 до 599 С, Оба эти факта показывают, что механизм влияния кэталитически активного материала на предпламенные реакции, по-видимому, имеет двойственный характер; с одной стороны происходит теплоотвод из газового объема к поверхности насадки, а с другой - каталитическое увеличение этой поверхностью скорости реакций, приводящих к предвзрывному разогреву. Кроме того наряду с этими конкурирующими процессами, необходимо учитывать и третий процесс - разбавление исходной горючей смеси продуктами реакции, Инициируя химические процессы в смешиваемых газах, приводящие к разбавлению смеси углеводородов с кислородом, каталитически активная насадка делает их менее горючимине способными к воспламенению, изменяет качественный состав сырья для технологического процесса. Результаты опытов, приведенные в табл.З, показывают, что в опытах 1,2,3,4 и б материал насадки не влияет на однородность перемешивания (отношение 02 КСпН 2 п+2=0 59-0,62, что соответствует требованиям, предъявляемым технологией для такой смеси). Влияние материала насадки из ст.Х 18 Н 10 Т и кварца на стабильность состава углеводорода при высокой до 800 С температуре(см.опыты 3 и 4) незначительно и не обнаруживается влияние насадки из указанных материалов на процессы окисления (см.опыты 4 и 6). При аналогичных условиях насадка из стали 3, не допустив самовоспламенения смеси, существенно повлияла и на стабильность углеводородов(см,опыт 5 - количество непредельных угле 5 водородов резко возросло), и на скоростьреакций окисления (см.опыт 5).Следовательно для исключения воспламенения смеси природного газа и кислорода при использовании насадки из ст.З10 требуется значительно большая поверхность, чем поверхность, полученная для соотношения - по заявляемой зависимости(см,опыты 3,7, 11 таблицы 2).Таким образом использование инертно 15 го материала в качестве насадки, а не каталитически активного, позволяетосуществить надежное (без взрывов) смешение природного газа и кислорода, предварительно подогретых до 650-850 С, при20 сохранении стабильности получаемой газовой смеси, Использование такой смеси вреакторе окислительного пиролиза позволит повысить содержание ацетйлена на выходе из реактора в газах пиролиза до 9-9,325 об,ф(, вместо 7,5-8,0 об.(по прототипу),увеличить годовой пробег действующих установок за счет устраненйя количества аварийных остановок из-засамовоспламенения реакционных газов, а30. также уменьшить величину используемойповерхности насадки и, соответственно,увеличить полезный объем камеры смешения, а также сохранить практически неизменным состав углеводородов при35 смешении.Формула. изобретЕнияСпособ смешения природного газа скислородом в процессе получения ацетилена и технологического газа, включающий40 предварительный подогрев исходных газови подачу их в камеру смешения, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью предотврэщениясамовоспламенения реакционных газов,объем камеры смешения заполняют равно 45 мерно распределенным инертным материалом, величина поверхности которогосОответствует значению, рассчитанному поформулами - (17,3740-0,02555)с, для1=590680 Сили 1 и -3,9304-0,00578 т, дляЧЯ680850 С,55 где Ч - объем газовой фазы в камере смешения, см,;Я - плошадь поверхности инертного материала, см,;1 - температура газовой смеси, С.ос.с Ф,- й Фй Ф 1- ел ,Р Ф Са Ф иФЗ о,: з тФЗ хх сф зЯаЗс айй кО й с". х,Ф сазаасйо х ФФф Фф асс .Фа ам Фй Фаас 1 схомВ ф со ай о ФСС сф Б З а й а 3 3 й ай,3" й 1М 1 1+ 3 3 ++в 9 сч Цю ойс м ю О Ф . сч У Оо9,1 С О м с ФоФ соф Я Й Ф Б Х Ф т Щ х сб сс вс й с33Я си ОоЭО Ф .,ФФо)М Кй х соЕФХю т с3 с с, 3 3 о" с М о Ь с е о С а й а с Б 3 о Ф 5 т Ф Е о заФ е.с 3 в 3 2 1 ГФ о з М г с .ОЩ .й с Ьв О 1 х З й о ю х а о с с Ш фоофООсч фооф 88 О йййЗююЗ фЗЗффффф оо оо оо оо эв фф фф Вй вв вв 1- 1" ввввФс 3ввс 3мм в в о ц сч сч оо о о о о ЯОООООЬООООООООДООВ ОЯоЗмоомоз рофффэ1810322 10 Таблица 2 Влияние поверхности каталитически активного материала (ст, 3) на самоваспламечение смеси природного газа с кислородом (давление атмосФерное)Температура газовой смеси, яо Длина металлической проволоки,смОтношение Чв , эадавае- Бмое в опыте, см Опыты 2,7-2,9 2,7-2 9 15,4 15,4 10,5 10.5 2,2-2,6 2.2-2,6 7,8 7,8 1,7-2,1 1,7-2,1 Таблица 3 Влияние условий на стабильность смеси природного газа с кислородом Составитель А,КоваливничТехред М.Моргентал КорректоР н. Ревска ктор 1418 Тираж ПодписноНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открц 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 За иям при ГКНТ СС оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 2 3 4 Б 6 7 8 9 10 11 12 92,00 92.00 94,76 97,52 138,00 138,00 142.14 146,28 276,00 276,00 284,28 292,56 7.50 7,50 7,28 7,07 Б,ОО 5,00 4,85 4,71 250 2,50 2,42 2,35 Значение - .Ч Б исключающее воспла. менение при Ткв, согласно заявляемой зависимостисм Б 71 573 573 573 586 586 588 588 597 599 599 599 8 опытах 3, 7, 1 величина поверхности насадки увеличенана 3%, В опытах 4,8, 12 величина поверхности насадки увеличенана 616.