Устройство для ввода газа в реактор

ОЛНСАНРЕ БЗОБРЕТЕНИЯЕ ПАТЕНТУ 1(омт 1 тет Россцйской 1 тедерацтш по пйтеитам и тоВяртым Знзкй 1 и(71) Государственный научно-исследовательский ипроектный институт азотной промышленности ипродуктов органического синтеза(73) Государственный научно-исследовательский ипроектный институт азотной промышленности ипродуктов органического синтеза(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА ГАЗА В РЕА(ТОР(57) Использование: в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности для вводагаза, например кислородсодержащего газа, в зонуреакции. Сущность изобретения: устройство дляввода газа в реактор содержит вертикальный кор(в) ИИ (11) 2002495 С 1 (51) О пус в виде трубы и расположенный в выходной его части с зазором к нижнему торцу корпуса конус вы - полненный с возможностью регулируемого верти - кального перемещения. Конус в верхней узкой части соединен с внутренней трубой, образующей с корпусом кольцевой зазор, причем вблизи места соединения выполнены боковые отверстия, а прямой выход из внутренней трубы перекрыт днищем, снабженным по периферии системой каналов. Во внутренней трубе может быть размещена центральная труба, выведенная через днище, а днище с нижней стороны может быть футеровано огнеупорным материалом. Данная конструкция позволяет расширить технологический диапазон условий экс - плуатации, обеспечивает возможность значительных изменений режимов работы без остановки процесса и повышение надежности. 3 з.п ф-лы, 7 ил.Изобретение относится к конструкциям устройств для ввода газа в зону реакции, например для ввода кислородсодержащего газа при организации горения топливного газа в шахтном реакторе, в особенности в случае необходимости значительных изменений в технологических режимах без остановки процесса, и мокет быть использована в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности,Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для ввода газа в реактор, содержащее вертикальный корпус в виде трубы и расположенный в выходной его части с зазором к нижнему торцу корпуса конус, размещенный вниз большим основанием, при этом нижний торец конуса расположен ниже нижнего торца корпуса, амаксимальный диаметр конуса превышаетвнутренний диаметр корпуса.Целью изобретения является расширение технологического диапазона условий эксплуатации, включая возможность работы без остановки процесса на одном универсальном устройстве при значительных изменениях режимов, например в широком диапазоне нагрузок, давлений, при переходе с кислорода на воздух и наоборот, а такке увеличение надежности.Для достижения поставленной цели в устройстве для ввода газа в реактор, содержащем корпус в виде трубы и располокенный в выходной его части с зазором к нижнему торцу корпуса конус, размещенный вниз большим основанием (при этом максимальнь 1 й диаметр конуса превышает внутренний диаметр корпуса), конус выполнен с возможностью регулируемого вертикального перемещения, соединен а верхней узкой части с внутренней трубой, образующей с корпусом кольцевой зазор, причем вблизи места соединения имеются боковые отверстия и прямой выход из внутренней трубы перекрыт днищем, которое по периферии снабжено системой каналов, а во внутренней трубе размещена центральная труба, которая выведена через днище, в нижней части футерованное огнеупорным материалом,Предлагаемая конструкция обеспечивает расширение технологического диапазона условий эксплуатации воэможность изменений рекимов работы без остановки процесса, увеличение надежности. Это обусловлено следующим:выполнение корпуса с возможностью регулируемого вертикального перемещения . позволяет в зависимости от необходимого изменения количества потока окислителя10 15 20 25 30 35 40 45 5055 изменять величину площади сечения для его выхода и тем самым поддерживать оптимальное значение скорости истечения окислителя, обеспечивающее приемлемые величины нагрева и сопротивления;соединение конуса с внутренней трубой при наличии вблизи места их соединения отверстий позволяет осуществлять раздельную подачу воздуха (в кольцевом зазоре между внутренней трубой и корпусом) и кислорода (по внутренней трубе) и тем самым максимально избежать соприкосновения масла в потоке воздуха с кислородом. что увеличивает надежность работы;выполнение системы каналов по периферии днища позволяет а случае особо высокотеллпературных кислородных режимов подавать часть кислорода через эти каналы, соответственно уменьшить выдачу кислорода через кольцевой зазор над конусом и при этом снизить температуру в данной наибо- . лее опасной области, Это увеличивает надежность конструкции;наличие центральной трубы, вьнзеденной за днище позволяет осуществить запал и контроль пламени;выполнение футеровки днища огнеупорным материалом также способствует повышению надежности конструкции.- Сопоставительный анализ предложенного и известного технических решений показывает, что неизвестно выполнение конуса в устройстве для ввода газа с возможностью вертикального перемещения, что дает новый эффект, заключающийся в расширении технологического диапазона условий эксплуатации, увеличении надежности, Дополнительные признаки формулы изобретения, а именно установка в корпусе внутренней трубы, соединение ее с кону-. сом, вьполнение вблизи места соединений отверстий и установка на выходе из трубы днища, а также установка центральной трубы и футеровка днища огнеупорным материалом усиливают этот факт. Следовательно можно сделать вывод о том, что заявленное техническое решение обладает новизной.На фиг.1-5 представлены различные варианты устройства для ввода газа в реактор (вертикальный разрез); на фиг,б - горловина реактора, в которой смонтировано устройство ввода газа, вертикальный разрез, на фиг,7- узел А на фиг,6.Устройство содеркит корпус 1 в виде трубы, в нижней части которой коаксиально с зазором для выдачи окислителя располокен конус 2, соединенный в своей верхней узкой части с внутренней трубой 3, образующей с корпусом 1 кольцевой зазор для прохода первого потока окислителя, напри 2002495мер воздуха или паровоздушной смеси. Труба 3 в верхней части имеет штуцер 4. Вблизи соединения конуса 2 с внутренней трубой 3 имеются боковые отверстия 5 для выхода протекающего внутри трубы 3 второго потока окислителя, например кислорода или парокислородной смеси, в кольцевое пространство между корпусом 1 и трубой 3, Прямой выход из трубы 3 перекрыт днищем 10 6. по периферии которого имеются дополнительные каналы 7 для выдачи части окислителя.Во внутренней трубе 3 расположена центральная труба 8 для размещения устройств запала и контроля наличия пламени. Перегородка 6 и нижняя часть конуса 2 футерованы огнеупорным материалом. Корпус 1 в верхней части снабжен штуцером 10 для ввода первого потока и специальным устройством 11, через которое в корпус 1 выведена внутренняя труба 3 с размещенной в ней центральной трубой, с помощью которого осуществляется регулировка величины Ь зазора между конусом 2 и корпусом для вывода потока.К корпусу 1 в нижней части снаруки 20 25 присоединена решетка 12 для его центровки, а также выравнивания и турбулиэации потока. Устройство монтируется в горловине 13 реактора, снабженной штуцером 14 для ввода топливного газа.Устройство работает следующим образом, Топливный газ поступает в горловину 13 реактора, омывает корпус 1 устройства и через решетку 11 поступает в реакционную зону.Особенности конструкции и подачи окислителя зависят от конкретной технологической задачи, решаемой с помощью дан 30 35 ного устройства. В случае, если необходимо подавать лишь один поток окислителя, например воздух или паровоэдушную смесь, то достаточно одного кольцевого канала между корпусом 1 и трубой 3 (см.фиг,1), Второго канала для подачи окислителя внутри трубы 3, а также отверстий 4 в ней, при этом не требуется и труба 3 будучи значительно сужена может выполнять одновременно и заменены одним штоком, к которому крепится конус 2.В рассматриваемом случае одного потока окислителя последний поступает через штуцер 10, проходит через кольцевой канал 55 между корпусом 1 и трубой 3 и далее через регулируемый кольцевой зазор между конусом 2 и нижним срезом трубы корпуса 1 поступает в зону реакции. В этом случае функции трубы 7- обеспечение зажигания иконтроля пламени, Если не требуется решения и этих задач, то трубы 7 и 3 могут быть регулировку величины зазора Ь производят в связи с изменением производительности для поддержания скорости окислителя на выходе, обеспечивающей нормальные условия работы.В случае, если необходимо периодически чередовать или осуществлять одновременно подачу воздуха и кислорода, например при осуществлении режимов конверсии с целью производства соответственно аммиака и водорода (или метанола), то необходимо максимально избежать контакта присутствующего в воздухе компрессор- ного масла с кислородом. В этом случае воздух (или паровоздушная смесь) по-прежнему подают через кольцевой канал между корпусом 1 и трубой 3, а кислород (или парокислородная смесь) подают через штуцер 4, Далее он проходит по кольцевому каналу между трубами 3 и 8, выходит через отверстия 5 в трубе 3, затем в кольцевой канал между корпусом 1 и трубой 3 и через конический кольцевой зазор между конусом 2 и нижним срезом трубы корпуса 1 поступает в зону реакции,В сравнении с воздушным кислородный режим характеризуется меньшим объемом окислителя и при переходе на него величину Ь кольцевого зазора на конусе 2 уменьшают (см, фиг,2).В случае кислородных режимов с высоким соотношением кислорода и топлива в непосредственной близости от выхода кислорода через кольцевой конический зазор может развиться опасно высокая температура.В этом случае предусматривается воэможность подачи части кислорода через специальные отверстия 7 на периферии днища 6, благодаря чему достижение температурного максимума происходит на большем расстоянии от выходных частей устройства (см,фиг.3,4).Дополнительной мерой надежности может служить футеровка нижней части корпуса и перегородки огнеупорным материалом (см,фиг.5),Труба 3, составляющая единый узел с конусом 2 и трубой 8, проводится через установленное в верхней части корпуса специальное устройство, например на основе сальникового уплотнения, с помощью которого осуществляется при наличии герметичности регулируемое вертикальное перемещение трубы 3 с соответствующим изменением величины кольцевого конического зазора для выдачи окислителя.Эксплуатация устройства производится следующим образом. Предварительно в зависимости от намеченного технологическо 710 25 30 35 40 50 го режима с помощью устройства 11 устанавливается необходимый зазор на конусе2,Далее через штуцер 14 подают топливный газ,Если температуры топливного газа и окислителя не достаточны для самовоспламенения при контакте, то после подачи топливного газа осуществляют розжиг пусковой горелки, вставленной в центральную трубу 8, а затем подают окислитель, В противном случае окислитель подают после установления необходимых параметров потока топливного газа. При работе на паровоздушной смеси, например при выработке газа для синтеза аммиака, последний подают через зазор между трубами 1 и 3 и далее через зазор на конусе 2, При работе на парокислородоваздушной смеси паровоэдушную смесь подают тем же путем, а парокислородную смесь пода от через зазор между трубами 3 и 8, Далее парокислородная смесь выходит через отверстия 5 на смещение с паровоздушной смесью. При работе на чисто парокислородной смеси последнюю подают через зазор лекду трубами 3 и 8, после чего она проходит отверстия 5 и выдается через зазор на конусе 2. При этом, если устройство выполнено с отверстиями 7, то часть окислителя идет через них, что способствует снижению температуры в выходной щели на конусе,При переходе на иной режим, связанный с изменением расхода окислителя, например при переходе с производства аммиака на производство водорода (т.е. с воздуха на кислород) или при простом изменении производительности синхронно, с изменением потока окислителя, меняют величину зазора.В таблице даны примеры работь 1 конкретного устройства на разных режимах. Наиболее трудным является кислородный режим 3 для производства водорода, при котором очень мало количество подаваемого пара, что дает высокую температуру горения у выходной щели над конусом 1310"С, значительно превышающую предельную гемпературу долговременной работы лучших сплавов 1200-1250 С, В то же время малые расходы приводят к плохим условиям охлаждения. В данном случае для достаточного охлаждения и достаточного отнесения границы загорания от металла необходима скорость вылета г 1 арокислородной смеси 50-60 мс, что достигается при величине зазора и 3 мм, При этом сопротивление тракта окислителя в устройстве 0,29 атм, В случае наличия дополнительных отверстий 7, рассчитанных на протекание около 10 всего окислителя, температура горения у выходной щели понижается до более безопасной величины 1225 С, общее сопротивление окислителя составляет 0,26 атм, а в зазоре 0,05 атм,Наименее проблематичным является кислородный режим 2, где очень большое количество пара приводит к снижению температуры горения до достаточно низкой температуры 1070 С, Б этом случае при ширине зазора и 10 лм имеем, несмотря на большую скорость вылета около 155 м/с, вполне приемлемое сопротивление в выходнол зазоре около 0,05 атм и общее сопротивление около 0,09 атм.Промежуточное положение по условиям работы занимает реким 1,Дополнительные каналы 7 для вывода окислителя, пропускающие в варианте 3 при ширине зазора й 3 мм около 10 окислителя, при других рекимах со значительно большим й не вносят существенных коррекций в п.окаэатели работы.Предлагаемое устройство благодаря возможности регулирования высоты и площади кольцевого зазора между корпусом и конусом позволяет изменять скорость истечения дозируамого потока при изменении его нагрузки. а вследствие этого поддерживать в пределах допустимой величины теплосъема и гидравлического сопротивления. Зто дает возложность расширения технологического диапазона условий эксплуатации и производства значительных изменения режимов работы беэ остановки агрегата при высокой надежности, При высоких соотношениях кислорода и топлива и соответственно высоких температурах надежность дополнительно повышается благодаря наличио дополнительной системы каналов выдачи окислителя по периферии днища, а также футеровки последнего материалом. Пои попеременной или одновременной работе на кислородном и воздушном дутье надежность вследствие сокращения возможного контакта масла иэ воздуха с потоком кислорода повышается благодаря раздельным путям подачи потока, что обеспечивается наличием внутренней трубы, соединенной с верхней частью конуса и отверстий вблизи эоны соединения, Надежность работы устройства увеличивается также благодаря центральной трубе, что конструктивно гюзволяет проводить подкигание при пуске и контроль наличия пламени.(56) Патент Великобритании ГФ 2212893,кл, С 10 В 31/02, 1989,2002495 с О ю о сч сч о оо1 2 о х ф л 5 с 5 ос а Ф фа 1- й 0 о 1 О)сч сч Х 5 О 5 Ь х хо ясла восо шсффо о о ся. фсч о л с Ф (- 5 с о 5 оуо кЯх соцхИам ко с о осф) т с)Формула изобретения1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА ГАЗА В РЕАКТОР, содержащее вертикальный корпус в виде трубы и установленный в выходной его части с зазором к нижнему торцу корпуса конус, обращенный вниз большим основанием, превышающим внутренний диаметр корпуса, отличающийся тем, что, с целью расширения области использования и повышения надежности. оно снабжено коаксиально установленной в корпусе трубой с днищем, на нижнем торце которой закреплен с возможностью вертикального перемещения конус и выполнены отверстия.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что днище по периферии снабжено системой каналов,3, Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что внутренняя труба снабжена дополнительной центральной трубой, 10 нижний конец которой выведен через днище.4. Устройство по пп,1 и 3, отличающееся тем, что днище с нижней стороны снаб-, 15жено футеровкой,