Спосіб одержання високооктанової кисневмісної добавки до бензинів

Винахід відноситься до пристроїв для спалювання горючого газу з повітрям для одержання продуктів згоряння, що використовуються у якості високотемпературного гомогенного теплоносія в хіміко-технологічних процесах. Винахід може знайти застосування в нафтохімічній промисловості, зокрема у виробництві технічного вуглецю за рахунок спалювання горючого газу з повітрям з метою одержання продуктів згоряння, при змішуванні з якими вуглеводнева сировина розкладається з утворенням технічного вуглецю.

Відомий газовий пальниковий пристрій - інжекційний пальник, який складається з двох коаксіальне розташованих труб з отворами спеціальної конфігурації. По внутрішній трубі подається горючий газ, який вводиться через інжекційні отвори та змішується з повітрям, що поступає у зовнішню трубу. Суміш горючого газу і повітря з зовнішньої труби подається в зону горіння (1).

Основним недоліком такого пристрою при його використанні для одержання високотемпературного гомогенного теплоносія є недостатньо повне перемішування горючого газу з повітрям перед подачею в зону горіння, внаслідок чого не забезпечується достатня повнота згоряння горючого газу при подачі у пристрій кількості повітря, необхідної для його повного згоряння, а також рівномірність розподілу концентрації компонентів по площі поперечного перерізу газового потоку продуктів згоряння. Продуктивність такого пристрою невелика.

Відомий газовий пальниковий пристрій, який складається з повітряної камери, що містить металеві трубки з прорізями у стінках - повітряні труби, по осі яких розташовані металеві трубки меншого діаметру з отворами у стінках - газові трубки, а також полої циліндричної камери згоряння, футерованої вогнетривом. Повітря нагнітачем подається до повітряної камери, з камери - у повітряні труби через прорізі в їх стінках. Горючий газ з системи подачі газу поступає в газові трубки і через отвори у стінках трубок подається струменями перпендикулярно потоку повітря в повітряних трубах. Суміш горючого газу і повітря з труб подається в камеру згоряння, у якій утворюються продукти згоряння. (2).

Основним недоліком описаного пристрою є те, що неможливо забезпечити задані однакові потоки горючого газу в окремих газових трубках і задані однакові потоки повітря в окремих повітряних трубках. Внаслідок цього неможливо подати до камери згоряння через усі труби суміш горючого газу та повітря однакового складу, а тому в камері згоряння не забезпечується рівномірність розподілу концентрації компонентів по площі поперечного перерізу газового потоку при подачі у пристрій необхідної для повного згоряння кількості повітря. Крім того, при експлуатації описаного пристрою можливе підгоряння металевих труб, через які виходить суміш горючого газу та повітря до камери згоряння, внаслідок того, що торцева частина металевих труб контактує з продуктами згоряння, які мають високу температуру і містять кисень.

Відомий також газовий пальниковий пристрій (3), який складається із повітряної камери, всередині якої розташована труба підведення горючого газу та кільцевий газовий колектор на її виході, а також камеру згоряння, причому вихідні елементи кільцевого газового колектора виконані у вигляді радіальне розташованих кільцевих патрубків з випускними отворами на їх кінцевих поверхнях вісі яких розміщені під кутом до вісі циліндричної повітряної камери.

Недоліками вищезазначеного пристрою, вибраного у якості прототипу, є те, що потік горючого газу, який виходить з випускних отворів колектора, нерівномірно розподілений по площі поперечного перерізу циліндричної повітряної камери - складається із радіальних струменів з різними значеннями окремих складових вихрової швидкості, внаслідок чого виникають турбулентні газові потоки, які хоч і забезпечують інтенсивне перемішування складових компонентів, але при цьому частинки газів здійснюють неусталене безладне та непередбачене переміщення за складними траєкторіями, що не забезпечує рівномірність розподілу компонентів суміші по площі поперечного перерізу зони згоряння. Відсутність стабілізуючої зони змішування, внаслідок чого процес згоряння відбувається безпосередньо у зоні колектора, погіршує умови роботи газового пальникового пристрою.

Задачею, яка покладена в основу винаходу, що пропонується, є створення конструкції газового пальникового пристрою, позбавленого вказаних недоліків, який забезпечує найбільшу повноту згоряння горючого газу в умовах подачі достатньої кількості повітря за рахунок забезпечення рівномірності розподілу концентрації компонентів по площі поперечного перерізу газового потоку продуктів згоряння, а також забезпечує його довготривалу та стабільну роботу.

Вирішення поставленої задачі досягається тим, що у газовому пальниковому пристрої, що містить повітряну камеру, всередині якої розміщені труба підведення горючого газу та кільцевий газовий колектор на її виході з випускними отворами, розташованими під кутом = (45°-90°) до осі повітряної камери, а також камеру згоряння, відповідно до пропонованого винаходу кільцевий газовий колектор являє співвісно розташоване з повітряною камерою кільце з радіальними патрубками, з'єднаними з трубою підведення горючого газу, причому співвідношення діаметрів суміжних випускних отворів у напрямку від осі повітряної камери до її стінок становить 1:(1,4-3,0), відстань поміж осями суміжних випускних отворів кільцевого газового колектора не менше 6 діаметрів найбільшого випускного отвору, відношення внутрішньої площі поперечного перерізу трубки кільця до суми внутрішніх площ випускних отворів кільцевого газового колектора не менше 2,5, відношення суми внутрішніх площ поперечних перерізів радіальних патрубків до внутрішньої площі поперечного перерізу трубки кільця не менше, ніж 2,0, а поміж повітряною камерою та камерою згоряння розміщена камера змішування горючого газу з повітрям. Вирішення задачі досягається і тим, що випускні отвори виконані круглої форми та розташовані перпендикулярно осі повітряної камери, відношення внутрішньої площі поперечного перерізу повітряної камери до внутрішньої площі поперечного перерізу камери змішування не менше, ніж 5,0, відношення внутрішньої площі поперечного перерізу камери згоряння до внутрішньої площі поперечного перерізу камери змішування міститься у межах 6-12, а відношення довжини камери згоряння до діаметра камери змішування знаходиться у межах 6-8, а також і тим, що кільце та радіальні патрубки кільцевого газового колектора являють собою еліптичні у поперечному перерізі трубки, причому більша вісь еліпса паралельна осі повітряної камери.

Суттєвими відмітними ознаками пропонованого винаходу є виконання кільцевого газового колектора у вигляді співвісно розташованого з повітряною камерою кільця з радіальними патрубками, та випускними отворами, розміщеними під кутом =(45°-90°) до осі повітряної камери, діаметри яких послідовно збільшуються у напрямку до стінок циліндричної повітряної камери і відповідають умовам, коли співвідношення діаметрів суміжних випускних отворів у напрямку від осі повітряної камери до її стінок становить 1:(1,4-3,0), а відстань поміж осями суміжних випускних отворів кільцевого газового колектора не менше 6 діаметрів найбільшого випускного отвору. До суттєвих відмітних ознак відносяться також додержання конструктивних вимог щодо мінімально припустимих співвідношень: відношення внутрішньої площі поперечного перерізу трубки кільця до суми внутрішніх площ випускних отворів кільцевого газового колектора - не менше 2,5, відношення суми внутрішніх площ поперечних перерізів радіальних патрубків до внутрішньої площі поперечного перерізу трубки кільця - не менше, ніж 2,0, а також введення до конструкції газового пальникового пристрою камери змішування горючого газу з повітрям, розташованої поміж повітряною камерою та камерою згоряння. Додержанням умов, коли суміжні випускні отвори виконані під кутом 45°-90° до осі повітряної камери (краще перпендикулярно) зі співвідношенням їх діаметрів у напрямку від осі циліндричноїповітряної камери до її стінок 1:(1,4-3,0) та відстанню поміж їх осями не менше 6 діаметрів найбільшого випускного отвору, забезпечується (при однаковій швидкості витоку струменів газу на виході колектора) необхідна, визначена для кожного із випускних отворів ширина та глибина проникнення струменя газу у потік повітря, чим досягається рівномірний розподіл концентрації компонентів по площі поперечного перерізу газового потоку продуктів згоряння. Додержання умов, щоб відношення внутрішньої площі поперечного перерізу трубки кільця до сумарної площі випускних отворів кільцевого газового колектора було не менше 2,5, а відношення сумарної внутрішньої площі поперечних перерізів радіальних патрубків до внутрішньої площі поперечного перерізу трубки кільця - не менше, ніж 2,0, забезпечує рівномірний розподіл тиску горючого газу в колекторі.

Саме ці ознаки загального обсягу патентних вимог створюють умови для досягнення бажаного технічного результату - забезпечення рівномірності розподілу концентрації компонентів по площі поперечного перерізу газового потоку продуктів згоряння, та, як наслідок, досягнення повноти згоряння горючого газу, а за рахунок введення до пристрою камери змішування, яка виконує функцію буфера, що відокремлює високотемпературний процес згоряння від режиму роботи колектора, забезпечується також довговічність та надійність роботи газового пальникового пристрою.

Додержання вимоги, щоб співвідношення внутрішньої площі поперечного перерізу циліндричної повітряної камери до внутрішньої площі поперечного перерізу камери змішування було не менше, ніж 5,0 створює умови для різкого збільшення лінійної швидкості газового потоку у камері змішування, чим досягається віддалення полум'я пальника від колектора та більш ефективне перемішування газових компонентів. Співвідношення внутрішньої площі поперечного перерізу камери згоряння до внутрішньої площі поперечного перерізу камери змішування у межах 6-12 забезпечує стабільність горіння суміші горючого газу з повітрям без відриву та вібрації полум'я, а співвідношення довжини камери згоряння до діаметра камери змішування у межах 6-8 покращує умови рівномірного розподілу компонентів газової суміші та повноту згоряння горючого газу по всій довжині камери згоряння. Виконання кільця та радіальних патрубків кільцевого газового колектора у вигляді еліптичних у поперечному перерізі трубок, де більша вісь еліпса паралельна осі повітряної камери зменшує опір потоку повітря у повітряній камері внаслідок зменшення площі поперечного перетину кільцевого газового колектора, що у свою чергу збільшує продуктивність виробітку технічного вуглецю при невеликому перепаді тиску газових потоків у пристрої.

Суть запропонованого технічного рішення пояснюється кресленнями, де зображені:

на фіг. 1 - зображення газового пальникового пристрою;

на фіг. 2 - схематичне зображення кільцевого газового колектора.

Газовий пальниковий пристрій складається із циліндричної повітряної камери 1, усередині якої концентричне розташована циліндрична труба 2 підведення горючого газу. Кінець труби сполучений з кільцевим газовим колектором 3, який виконаний у вигляді співвісно розташованого з повітряною камерою 1 кільця 4 та радіальних патрубків 5, що жорстко з'єднані з кільцем 4 та трубою 2 підведення горючого газу.

Кільцевий газовий колектор 3 виготовлений із металевих трубок поперечний переріз яких має форму еліпса, причому його більші осі як у кільця 4, так і у радіальних патрубків 5 кільцевого колектора 3 розміщені паралельно осі повітряної камери 1. В стінках трубок кільцевого газового колектора З перпендикулярно осі повітряної камери 1 виконані випускні отвори 6 подачі горючого газу у повітряну камеру 1, причому діаметри випускних отворів 6 послідовно збільшені у напрямку від осі кільцевого газового колектора 3 до його периферії, а відстань А поміж осями суміжних випускних отворів 6 кільцевого газового колектора 3 не менше шести діаметрів найбільшого із випускних отворів. Повітряна камера 1 приєднана до камери 7 змішування горючого газу з повітрям, яка у свою чергу з'єднана з камерою 8 згоряння, у початку якої введений пальник для запалювання газової суміші (не показаний, оскільки є типовим для таких пристроїв). Усі три камери пристрою виготовлені з металу та футеровані усередині вогнетривом.

Пристрій працює у такий спосіб.

Повітря нагнітачем подається до повітряної камери 1. Горючий газ з системи подачі газу під тиском надходить до труби 2 підведення горючого газу, а звідти - у еліптичні трубки радіальних патрубків 5 та кільце 4 кільцевого колектора 3, далі - через випускні отвори б струмені горючого газу, витікаючи з рівною швидкістю перпендикулярно потоку повітря, рівномірно розподіляються по площі поперечного перерізу повітряної камери 1. З повітряної камери 1 газова суміш надходить до камери 7 змішування горючого газу з повітрям, у об'ємі якої відбувається остаточний рівномірний розподіл турбулентних молей горючого газу та повітря, після чого газовий потік розширяючись виходить до камери 8 згоряння, де за допомогою пальника здійснюється його підпалення. У подальшому запалення газової суміші та стабілізація процесу горіння забезпечується за рахунок циркуляції високотемпературних продуктів згоряння до газового потоку, який надходить з камери 7 змішування.

В описаному пристрої кільцевий газовий колектор 3 відокремлений від камери 8 згоряння камерою 7 змішування, а тому металеві труби колектора З не контактують безпосередньо з продуктами згоряння, що мають високу температуру. Завдяки цьому запобігається підгоряння металевих труб колектора 3, чим забезпечується стабільна та довготривала робота пристрою без руйнування його складових частин.

Запропонований пристрій може широко використовуватись у промисловості, зокрема, як складова частина реакційного блока при одержанні технічного вуглецю шляхом розкладу вуглеводної сировини при її змішуванні з продуктами згоряння горючого газу з повітрям, причому продуктивність виробітку при його експлуатації збільшується на 20-25 % у порівнянні з аналогами.

Список літератури, взятої до уваги при підготовці заявки:

1. Спейшер В.А. «Сжигание газов на электростанциях и в промышленности», М., Энергия, 1967, с. 168.

2. Орлов В.Ю., Комаров A.M., Ляпина Л.А. «Производство и использование технического углерода», Ярославль, издательство Александра Рутмана, 2002,с. 168.

3. AC CPCP № 1760247, кл. F 23 D 14/00, публ. 07.09.92 р. (прототип).

4. AC CPCP № 1763807, кл. F 23 D 14/62, публ. 23.09.92 р.

5. Патент Російської Федерації на винахід № 2021558, кл. F 23 D 14/00, публ. 15.10.94 р.

6. Деклараційний патент України на винахід № 50170А, кл. F 23 D 14/00, публ. 15.10.2002 р.

7. AC CPCP № 1760247, кл. F 23 D 14/00, публ. 07.09.92 р.