Реактор для піролізу газоподібних вуглеводнів

Реферат: UA 83147 U UA 83147 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до термічного некаталітичного піролізу вуглеводнів в псевдозрідженому шарі. Реактор може бути використаний для нанесення шару вуглецю на частинки кварцового піску для подальшого карботермічного відновлення з метою одержання високочистого кремнію та у виробництві водню. Відомий реактор для піролізу (патент СССР № 63297, 1987 р.), що містить систему паралельних труб, з'єднаних ретурбентами і установлених в радіантній секції трубчатої печі. Реактор має неоднорідність температурного поля в зоні реакції, що призводить до низького ступеня розкладання вихідної сировини. Найбільш близьким до пропозиції є технічне рішення за патентом СССР № 595711, 1958 p. Реактор містить вертикальний корпус з ізоляцією, в центральній частині якого розміщена реакційна камера з патрубком і щілинами, які мають властивість розширюватись під час проходження певної кількості газу. В верхній частині реактора розміщені камера згоряння з кільцевими пальниками безполуменевого горіння та змішувачі для палива та кисню. У нижній частини реактора встановлено гартівний пристрій, який охолоджують водою. Реактор працює таким чином: реакційний газ з температурою 600 °C з підігрівача через патрубок подають в реакційну камеру. До сировинного газу в реакційній камері, через щілини, зростаючими порціями, додають розпечений теплоносій. Утворений контактний газ з температурою 9501000 °C подають в гартівний пристрій, в який через патрубок одночасно подають воду. Реактор обмежений в температурі до 1000 °C, використовує окремо теплоносій та реакційний газ, та потребує роздільного від реактора підігріву реакційного газу та теплоносія. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення реактора для піролізу газоподібних вуглеводнів, у якому в результаті того, що реакційна камера оснащена псевдозрідженим шаром і анодом, а у графітовий кожух вставлені катоди і газопровідні трубки з ковпачками, забезпечується нагрівання реакційного газу безпосередньо в реакторі, причому температура піролізу збільшується до 1600 °C і за рахунок цього інтенсифікується процес піролізу та здійснюються процеси осадження вуглецю та виділення водню. Поставлена задача вирішена завдяки тому, що в реакторі для піролізу газоподібних вуглеводнів, який містить корпус з ізоляцією, патрубками для подачі і виходу газу та завантаження матеріалу, всередині якого співвісно розміщена реакційна камера, згідно з пропозицією, всередині реакційної камери розміщений псевдозріджений шар, в якому через верхню кришку встановлено анод, а знизу до реакційної камери приєднано графітовий кожух, в бокових стінках якого розміщені перпендикулярно та навпроти один одного катоди, причому всередині графітового кожуха встановлені через нижню кришку газопровідні трубки з газорозподільними ковпачками, які розташовані в псевдозрідженому шарі реакційної камери. Утворення в псевдозрідженному шарі мікроплазмових розрядів та нагрівання реакційного газу безпосередньо в реакторі дає можливість збільшити температуру піролізу до 1600 °C, що забезпечує більш повний розклад газоподібних вуглеводнів, проходження процесів осадження вуглецю та виділення водню. Висока температура реакційного об'єму й розвинена вуглецева поверхня дозволяють здійснювати в пропонованому реакторі процеси високотемпературної некаталітичної переробки вуглеводнів з метою одержання відновлювальних газів, зокрема технічного водню. Використання реакційної камери, оснащеної псевдозрідженим шаром, дозволяє здійснювати піроліз без використання окремо теплоносія і попереднього нагріву реакційного газу, оскільки для утворення псевдозрідженного шару (завдяки якому проходить процес нагрівання) використовують реакційний газ. Це також дозволяє виключити стадію окремого підігріву теплоносія і реакційного газу. На кресленні зображено вертикальний розріз реактора. Реактор містить: зовнішній циліндричний корпус 1, всередині якого розміщені два шари теплоізоляції: зовнішня теплоізоляція 2 у вигляді вогнетривкої цегли і внутрішня теплоізоляція 3, яка виготовлена з вогнетривкого технічного вуглецю. У внутрішній верхній частині теплоізоляції 3 встановлено реакційну камеру 4 з псевдозрідженим шаром. Верхня частина циліндричного корпусу 1 закрита водоохолоджувальною кришкою 5 з отворами. В реакційній камері 4 через отвір у верхній водоохолоджувальній кришці 5 встановлений центральний електрод (анод) 6. У внутрішній нижній частині теплоізоляції 3 встановлено графітовий кожух 7. В бокових частинах графітового кожуха 7 один навпроти одного встановлені нижні електроди (катоди) 8. Нижня частина циліндричного корпусу 1 закрита нижньою водоохолоджувальною кришкою 9 з отворами. Всередині графітового кожуха 7 розташована повітряна камера 10. Через отвори нижньої водоохолоджувальної кришки 9 у повітряній камері 10 встановлені газопровідні трубки 11. До верхньої частини газопровідних трубок 11 приєднані газорозподільні ковпачки 12, які розташовані в реакційній камері 4 у псевдозрідженому шарі. До верхньої бокової частини реакційної камери 4 за допомогою патрубка для виходу газу 13 приєднаний очисник 14. Зверху 1 UA 83147 U 5 10 15 20 25 30 очисника 14 встановлено кран 15 для відбору проб газу на аналіз і патрубок 16 для виходу газу у зовнішнє середовище. Через отвір у верхній вододоохолоджувальній кришці 5 встановлена труба для завантаження матеріалу 17. До верхньої частини труби для завантаження матеріалу 17 приєднано бункер 18. Через отвір у нижній водоохолоджувальній кришці 9 встановлена труба для вивантаження матеріалу 19. До труби для вивантаження матеріалу 19 приєднано холодильник 20. Всередині верхнього електроду 6 співвісно встановлена термопара 21. У боковій частині реакційної камери 4 встановлено термопару 22. На верхній водоохолоджувальній кришці 5 встановлений механізм для регулювання висоти центрального електроду 23. Графітовий кожух 7 встановлений на підставках 24, які розташовані в циліндричному корпусі 1. Запропонований реактор працює таким чином: через бункер 18 та трубу для завантаження матеріалу 17 у реакційну камеру 4 завантажують шар електропровідних частинок для утворення псевдозрідженого шару. Через газопровідні трубки 11 та газорозподільні ковпачки 12 у реакційну камеру 4 подають реакційний газ. Через центральний електрод 6, шар електропровідних частинок у реакційній камері 4, графітовий кожух 7 та нижні електроди 8 подають струм. В реакційній камері 4 проходить процес піролізу газоподібних вуглеводнів, в якому вуглець осаджують на шарі електропровідних частинок, після цього реакційний газ подають через патрубок 13 в очисник 14 та у патрубок для виходу газу в зовнішнє середовище 16, після чого його спалюють. Матеріал вивантажують через трубу 19 та холодильник 20. Висоту центрального електрода регулюють механізмом 23. Температуру вимірюють за допомогою термопар 19 та 20. Пробу на аналіз реакційного газу беруть через кран 15. Водою охолоджують: верхню 5 та нижню 9 кришки, нижні електроди 8, очисник 14 та холодильник 20. Для зменшення втрат теплоти реакційної камери 7 від нижньої водоохолоджувальної кришки 9 використовують як теплоізоляцію повітряну камеру 10. Таким чином, запропонований реактор для піролізу газоподібних вуглеводнів дає можливість підвищити температуру піролізу до 1600 °C, що забезпечує більш повний розклад газоподібних вуглеводнів, проходження процесів осадження вуглецю та виділення водню. Використання реакційної камери, оснащеної псевдозрідженим шаром, дозволяє здійснювати піроліз без використання окремо теплоносія і реакційного газу, а також виключити стадію окремого підігріву теплоносія і реакційного газу. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 Реактор для піролізу газоподібних вуглеводнів, що містить корпус з ізоляцією, патрубками для подачі і виходу газу та завантаження матеріалу, всередині якого співвісно розміщена реакційна камера, який відрізняється тим, що всередині реакційної камери розміщений псевдозріджений шар, в якому через верхню кришку встановлено анод, а знизу до реакційної камери приєднано графітовий кожух, в бокових стінках якого розміщені перпендикулярно та навпроти один одного катоди, причому всередині графітового кожуха встановлені через нижню кришку газопровідні трубки з газорозподільними ковпачками, які розташовані в псевдозрідженому шарі реакційної камери. 2 UA 83147 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3