RU2838720C1 - Blade swirler for reaction component for fixed catalyst bed reactor, fixed catalyst bed reactor and method of operation thereof - Google Patents
Blade swirler for reaction component for fixed catalyst bed reactor, fixed catalyst bed reactor and method of operation thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2838720C1 RU2838720C1 RU2024116960A RU2024116960A RU2838720C1 RU 2838720 C1 RU2838720 C1 RU 2838720C1 RU 2024116960 A RU2024116960 A RU 2024116960A RU 2024116960 A RU2024116960 A RU 2024116960A RU 2838720 C1 RU2838720 C1 RU 2838720C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channel
- swirler
- reactor
- partition
- reaction component
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Область техникиField of technology
Группа изобретений относится к лопаточным завихрителям для компонентов реакции, применяемым в реакторах с неподвижным слоем катализатора, к реакторам с неподвижным слоем катализатора, которые могут быть использованы для осуществления различных каталитических процессов, например, паровоздушного или парокислородного риформинга углеводородов, и способам работы таких реакторов. The group of inventions relates to blade swirlers for reaction components used in fixed-bed catalyst reactors, to fixed-bed catalyst reactors that can be used to carry out various catalytic processes, such as steam-air or steam-oxygen reforming of hydrocarbons, and to methods for operating such reactors.
Уровень техники State of the art
Из уровня техники известны лопаточный завихритель для реактора с неподвижным слоем катализатора, реактор с неподвижным слоем катализатора и способ его работы (RU 2385289 C2, опубл. 27.03.2010). Реактор используется для вторичного каталитического риформинга углеводородов, он содержит корпус с узлом ввода компонентов реакции, в состав которого входят канал для окислительного компонента и канал для топливного компонента, и с реакционной зоной, включающей слой катализатора. В канале для окислительного компонента реакции установлен лопаточный завихритель, представляющий собой некую деталь с лопатками. Компоненты реакции подают в узел ввода по соответствующим каналам, при этом подачу окислительного компонента осуществляют через лопаточный завихритель. The prior art discloses a vane swirler for a fixed-bed catalyst reactor, a fixed-bed catalyst reactor, and a method for operating the same (RU 2385289 C2, published 27.03.2010). The reactor is used for secondary catalytic reforming of hydrocarbons, it comprises a housing with a reaction component input unit, which includes a channel for an oxidizing component and a channel for a fuel component, and a reaction zone that includes a catalyst layer. A vane swirler is installed in the channel for the oxidizing component of the reaction, which is a certain part with vanes. The reaction components are fed to the input unit through the corresponding channels, while the oxidizing component is fed through the vane swirler.
В качестве прототипа выбраны лопаточный завихритель для реактора с неподвижным слоем катализатора, реактор с неподвижным слоем катализатора и способ его работы (EA 029571 B1, опубл. 30.04.2018). Реактор используется для вторичного каталитического риформинга углеводородов, он содержит корпус с узлом ввода компонентов реакции и с реакционной зоной, включающей слой катализатора. В состав упомянутого узла ввода входят канал для окислительного компонента реакции и канал для топливного компонента. В канале для окислительного компонента установлен лопаточный завихритель, представляющий собой ориентированную по форме цилиндра деталь с лопатками на внешней поверхности. Компоненты реакции подают в узел ввода по соответствующим каналам, при этом подачу окислительного компонента осуществляют через лопаточный завихритель. A vane swirler for a fixed-bed reactor, a fixed-bed reactor and a method for its operation (EA 029571 B1, published on 30.04.2018) were selected as a prototype. The reactor is used for secondary catalytic reforming of hydrocarbons, it contains a housing with a reaction component input unit and a reaction zone including a catalyst bed. The said input unit includes a channel for the oxidizing component of the reaction and a channel for the fuel component. A vane swirler is installed in the channel for the oxidizing component, which is a part oriented in the shape of a cylinder with vanes on the outer surface. The reaction components are fed to the input unit through the corresponding channels, while the oxidizing component is fed through the vane swirler.
Недостатки известных решений заключаются в конструкции и форме лопаточных завихрителей. Каналы для окислительного компонента реакции обладают повышенным гидравлическим сопротивлением из-за размещения в них завихрителей стандартной конструкции, кроме того, известные завихрители на этапе их проектирования обладают ограниченным набором возможностей для создания на постоянном расстоянии от них зоны интенсивного вихреобразования и соответственно зоны стабильного смешения компонентов реакции. Некорректная форма завихрителя и высота смешения компонентов над слоем катализатора приводят к нестабильному протеканию высокотемпературной реакции и, следовательно, к неполноте протекания реакций и неэффективной работе установки, а также к преждевременному износу и повреждению футеровки реактора и самого завихрителя. Для устранения таких рисков требуется внесение существенных изменений в конструкцию реактора, узла ввода компонентов реакции или корректировка параметров потока по меньшей мере одного компонента реакции.The disadvantages of the known solutions are in the design and shape of the blade swirlers. The channels for the oxidizing component of the reaction have increased hydraulic resistance due to the placement of swirlers of a standard design in them, in addition, the known swirlers at the design stage have a limited set of capabilities for creating an intensive vortex formation zone at a constant distance from them and, accordingly, a zone of stable mixing of the reaction components. The incorrect shape of the swirler and the height of mixing of the components above the catalyst bed lead to an unstable high-temperature reaction and, consequently, to incomplete reactions and inefficient operation of the plant, as well as to premature wear and damage to the lining of the reactor and the swirler itself. To eliminate such risks, it is necessary to make significant changes to the design of the reactor, the reaction component input unit, or adjust the flow parameters of at least one reaction component.
Раскрытие сущности группы изобретенийDisclosure of the essence of the group of inventions
Задачей изобретений является создание лопаточного завихрителя для реактора с неподвижным слоем катализатора, реактора с неподвижным слоем катализатора и способа его работы, лишенного вышеуказанных недостатков.The objective of the inventions is to create a blade swirler for a fixed-bed catalyst reactor, a fixed-bed catalyst reactor and a method for its operation that is free from the above-mentioned disadvantages.
Технический результат группы изобретений заключается в повышении эффективности и надежности работы завихрителя и реактора с неподвижным слоем катализатора за счет обеспечения повышенной интенсивности вихреобразования и смешения компонентов реакции на необходимом расстоянии от выхода из лопаточного завихрителя, применяемого для по меньшей мере одного компонента реакции.The technical result of the group of inventions consists in increasing the efficiency and reliability of the operation of the swirler and the reactor with a fixed catalyst bed by providing increased intensity of vortex formation and mixing of reaction components at the required distance from the outlet of the blade swirler used for at least one reaction component.
Для решения указанной задачи и достижения заявленного технического результата предложен лопаточный завихритель для компонента реакции для реактора с неподвижным слоем катализатора, содержащий ориентированную по форме цилиндра деталь с лопатками на внешней поверхности.To solve the specified problem and achieve the stated technical result, a blade swirler for a reaction component for a reactor with a fixed catalyst bed is proposed, containing a part oriented in the shape of a cylinder with blades on the outer surface.
При этом деталь имеет осевой сквозной канал со средством гидравлического сопротивления для указанного компонента реакции.In this case, the part has an axial through channel with a means of hydraulic resistance for the specified reaction component.
Данная конструкция позволяет добиться высокой эффективности и надежности работы завихрителя и реактора с неподвижным слоем катализатора и создать стабильную зону завихрения и смешения компонентов реакции на постоянном и требуемом расстоянии от лопаточного завихрителя, причем конкретное расстояние будет зависеть от используемого средства гидравлического сопротивления в канале для указанного потока.This design allows achieving high efficiency and reliability of the swirler and fixed-bed reactor and creating a stable zone of swirling and mixing of reaction components at a constant and required distance from the blade swirler, with the specific distance depending on the hydraulic resistance used in the channel for the specified flow.
Сквозной канал позволяет создать короткий путь для проходящего через него потока компонента реакции, ускоряя его проход через завихритель, а средство гидравлического сопротивления в канале позволяет притормозить часть потока, проходящего через этот канал, что дает возможность при проектировании и разработке точнее корректировать и задавать зону интенсивного вихреобразования и смешения компонентов реакции на необходимом отдалении от завихрителя без существенного изменения конструкции реактора, узла ввода компонентов реакции или параметров потока компонента реакции. Таким образом, часть потока, идущая через канал, проходит завихритель быстрее, чем поток, идущий вдоль лопастей, а средство гидравлического сопротивления позволяет точно настроить скорость потока в канале, чтобы он, вырываясь из завихрителя, уводил за собой закрученный лопатками поток на нужное расстояние от завихрителя для лучшего смешивания.The through channel allows to create a short path for the flow of the reaction component passing through it, accelerating its passage through the swirler, and the means of hydraulic resistance in the channel allows to slow down a part of the flow passing through this channel, which makes it possible during design and development to more accurately adjust and set the zone of intensive vortex formation and mixing of reaction components at the required distance from the swirler without significantly changing the design of the reactor, the unit for introducing reaction components or the parameters of the flow of the reaction component. Thus, a part of the flow going through the channel passes the swirler faster than the flow going along the blades, and the means of hydraulic resistance allows to precisely adjust the flow speed in the channel so that, breaking out of the swirler, it takes away the flow swirled by the blades to the required distance from the swirler for better mixing.
Средство гидравлического сопротивления может представлять собой любое известное из уровня техники средство, которое позволяет создать гидравлическое сопротивление (препятствие) потоку текучей среды в виде компонента реакции, проходящей через канал: выступ, сужение, перегородку и так далее. Следует отметить, что под компонентом реакции понимается любая текучая среда, которая подается в реактор, с любым составом, в том числе содержащая инертные элементы.The hydraulic resistance means may be any means known from the prior art that allows creating hydraulic resistance (obstacle) to the flow of a fluid medium in the form of a reaction component passing through a channel: a protrusion, a narrowing, a partition, etc. It should be noted that the reaction component is understood to mean any fluid medium that is fed into the reactor, with any composition, including containing inert elements.
Преимущественно лопатки имеют угол поворота от 60 до 360 градусов. Mostly the blades have a rotation angle from 60 to 360 degrees.
Вышеуказанные параметры позволяют добиться более высокой эффективности и надежности работы завихрителя и реактора. В указанном диапазоне угла поворота лопаток компонент реакции закручивается более качественно и стабильно, а значит интенсивность вихреобразования и качество смешения компонентов становятся еще выше и можно более точно задавать расстояние зоны вихреообразования от выхода из лопаточного завихрителя.The above parameters allow achieving higher efficiency and reliability of the swirler and reactor. In the specified range of the blade rotation angle, the reaction component is swirled more efficiently and stably, which means that the intensity of vortex formation and the quality of mixing of the components become even higher and it is possible to set the distance of the vortex formation zone from the exit of the blade swirler more accurately.
Предпочтительно сквозной канал имеет переменный диаметр по длине сквозного канала.Preferably, the through channel has a variable diameter along the length of the through channel.
Вышеуказанные параметры позволяют добиться более высокой эффективности и надежности работы завихрителя и реактора. Использование переменного диаметра сквозного канала лучше позволяет варьировать скорость прохождения части потока компонента реакции через этот канал и создавать необходимое и постоянное отдаление зоны вихреобразования и смешения компонентов.The above parameters allow achieving higher efficiency and reliability of the swirler and reactor. Using a variable diameter through channel allows better variation of the speed of passage of a part of the reaction component flow through this channel and creating the necessary and constant distance of the vortex formation zone and mixing of components.
Под переменным диаметром по длине сквозного канала понимается, что сквозной канал в разных точках вдоль своей длины может иметь разный диаметр, например, на входе в сквозной канал его диаметр может быть D1, на некотором расстоянии от входа диаметр сквозного канала может быть D2, при этом, например D1< D2. Это позволяет обеспечивать необходимое и постоянное отдаление зоны вихреобразования и смешения компонентов от выхода из завихрителя.By variable diameter along the length of the through channel it is meant that the through channel at different points along its length can have different diameters, for example, at the entrance to the through channel its diameter can be D1, at some distance from the entrance the diameter of the through channel can be D2, while, for example, D1< D2. This allows for the necessary and constant distance of the vortex formation zone and mixing of components from the exit of the swirler.
Предпочтительно средство гидравлического сопротивления содержит по меньшей мере одну перегородку.Preferably, the hydraulic resistance means comprises at least one partition.
Использование одной или нескольких описанных перегородок способствует лучшему достижению вышеуказанного технического результата в зависимости от вида компонента реакции, его параметров и области применения реактора.The use of one or more of the described partitions contributes to a better achievement of the above technical result depending on the type of reaction component, its parameters and the area of application of the reactor.
Предпочтительно по меньшей мере одна перегородка установлена на входе в сквозной канал.Preferably, at least one partition is installed at the entrance to the through channel.
Размещение перегородки на входе в сквозной канал позволяет добиться более высокой эффективности и надежности работы завихрителя и реактора, так как позволяет уменьшить проходное сечение канала и точнее задать скорость движения потока компонента реакции, чтобы обеспечить необходимое и постоянное отдаление от выхода из завихрителя зоны интенсивного вихреобразования и смешения компонентов реакции.The placement of a partition at the entrance to the through channel allows for higher efficiency and reliability of the swirler and reactor operation, as it allows for a reduction in the flow area of the channel and a more accurate setting of the flow rate of the reaction component in order to ensure the necessary and constant distance from the exit of the swirler of the zone of intense vortex formation and mixing of the reaction components.
Предпочтительно по меньшей мере одна перегородка имеет отверстия.Preferably, at least one partition has openings.
Это позволяет добиться более высокой эффективности и надежности работы завихрителя и реактора, так как позволяет уменьшить проходное сечение канала и точнее задать скорость движения потока компонента реакции, а также равномерно распределить данный поток по сечению сквозного канала, чтобы обеспечить на необходимом и постоянном отдалении от выхода из лопаточного завихрителя повышенную интенсивность вихреобразования и смешения компонентов реакции.This allows achieving higher efficiency and reliability of the swirler and reactor operation, as it allows reducing the flow cross-section of the channel and more accurately setting the speed of the reaction component flow, as well as uniformly distributing this flow over the cross-section of the through channel in order to ensure increased intensity of vortex formation and mixing of the reaction components at the required and constant distance from the exit from the blade swirler.
Предпочтительно по меньшей мере одна перегородка представляет собой шайбу, содержащую соосное сквозному каналу отверстие.Preferably, at least one partition is a washer containing a hole coaxial with the through channel.
Это позволяет добиться более высокой эффективности и надежности работы завихрителя и реактора, так как позволяет уменьшить проходное сечение канала и точнее задать скорость движения потока компонента реакции, а также направить данный поток на входе по центру сквозного канала, чтобы обеспечивать повышенную интенсивность вихреобразования и смешения компонентов реакции на необходимом и постоянном отдалении от выхода из лопаточного завихрителя.This allows achieving higher efficiency and reliability of the swirler and reactor operation, as it allows reducing the flow cross-section of the channel and more accurately setting the speed of the reaction component flow, as well as directing this flow at the entrance along the center of the through channel in order to ensure increased intensity of vortex formation and mixing of the reaction components at the required and constant distance from the exit from the blade swirler.
Предпочтительно отношение диаметра отверстия шайбы к диаметру сквозного канала в месте установки шайбы составляет от 0,8 до 0,2, предпочтительно от 0,40 до 0,55.Preferably, the ratio of the diameter of the washer hole to the diameter of the through channel at the location where the washer is installed is from 0.8 to 0.2, preferably from 0.40 to 0.55.
Это позволяет добиться более высокой эффективности и надежности работы завихрителя и реактора, так как создает оптимальный скоростной режим движения потока компонента реакции для обеспечения повышенной интенсивности вихреобразования и смешения компонентов реакции на необходимом и постоянном отдалении от выхода из лопаточного завихрителя.This allows achieving higher efficiency and reliability of the swirler and reactor operation, as it creates an optimal speed mode for the flow of the reaction component to ensure increased intensity of vortex formation and mixing of the reaction components at the required and constant distance from the outlet of the blade swirler.
Предпочтительно по меньшей мере одна перегородка представляет собой пластину с отверстиями, расположенными по периметру пластины симметрично относительно оси сквозного канала.Preferably, at least one partition is a plate with openings located along the perimeter of the plate symmetrically relative to the axis of the through channel.
Это позволяет добиться более высокой эффективности и надежности работы завихрителя и реактора, так как позволяет уменьшить проходное сечение канала и точнее задать скорость движения потока компонента реакции, а также равномерно распределить поток по сечению сквозного канала, чтобы обеспечивать повышенную интенсивность вихреобразования и смешения компонентов реакции на необходимом и постоянном отдалении от выхода из лопаточного завихрителя.This allows achieving higher efficiency and reliability of the swirler and reactor operation, as it allows reducing the flow cross-section of the channel and more accurately setting the speed of the reaction component flow, as well as uniformly distributing the flow over the cross-section of the through channel to ensure increased intensity of vortex formation and mixing of reaction components at the required and constant distance from the exit of the blade swirler.
Предпочтительно по меньшей мере одна перегородка перекрывает от 20 до 80% площади сечения сквозного канала в месте установки перегородки.Preferably, at least one partition covers from 20 to 80% of the cross-sectional area of the through channel at the location of the partition installation.
Это позволяет добиться более высокой эффективности и надежности работы завихрителя и реактора, так как создает оптимальный скоростной режим движения потока компонента реакции для обеспечения повышенной интенсивности вихреобразования и смешения компонентов реакции на необходимом и постоянном отдалении от выхода из лопаточного завихрителя.This allows achieving higher efficiency and reliability of the swirler and reactor operation, as it creates an optimal speed mode for the flow of the reaction component to ensure increased intensity of vortex formation and mixing of the reaction components at the required and constant distance from the outlet of the blade swirler.
Предпочтительно отношение расстояния от места размещения по меньшей мере одной перегородки до входного сечения сквозного канала к длине сквозного канала составляет от 0,1 до 0,9, предпочтительно от 0,2 до 0,5, более предпочтительно от 0,25 до 0,30.Preferably, the ratio of the distance from the location of at least one partition to the inlet section of the through channel to the length of the through channel is from 0.1 to 0.9, preferably from 0.2 to 0.5, more preferably from 0.25 to 0.30.
Это позволяет добиться более высокой эффективности и надежности работы завихрителя и реактора, так как создает оптимальный скоростной режим движения потока компонента реакции для обеспечения повышенной интенсивности вихреобразования и смешения компонентов реакции на необходимом и постоянном отдалении от выхода из лопаточного завихрителя.This allows achieving higher efficiency and reliability of the swirler and reactor operation, as it creates an optimal speed mode for the flow of the reaction component to ensure increased intensity of vortex formation and mixing of the reaction components at the required and constant distance from the outlet of the blade swirler.
Под входным сечением понимается поперечное сечение сквозного канала в месте входа в сквозной канал.The inlet section is understood to be the cross-section of the through channel at the point of entry into the through channel.
Предпочтительно отношение расстояния от места размещения по меньшей мере одной перегородки до входного сечения сквозного канала к длине сквозного канала составляет от 0,5 до 0,8.Preferably, the ratio of the distance from the location of at least one partition to the inlet section of the through channel to the length of the through channel is from 0.5 to 0.8.
Это позволяет добиться более высокой эффективности и надежности работы завихрителя и реактора, так как создает оптимальный скоростной режим движения потока компонента реакции для обеспечения повышенной интенсивности вихреобразования и смешения компонентов реакции на необходимом и постоянном отдалении от выхода из лопаточного завихрителя.This allows achieving higher efficiency and reliability of the swirler and reactor operation, as it creates an optimal speed mode for the flow of the reaction component to ensure increased intensity of vortex formation and mixing of the reaction components at the required and constant distance from the outlet of the blade swirler.
Каждый из вышеописанных предпочтительных вариантов реализации по меньшей мере одной перегородки способствует лучшему достижению технического результата в зависимости от вида компонента реакции, его параметров и области применения реактора. Специалисту в данной области техники будет понятно применение любого из представленных вариантов для более высокой интенсивности вихреобразования и смешения компонентов реакции на требуемом расстоянии.Each of the above-described preferred embodiments of at least one partition contributes to a better achievement of the technical result depending on the type of reaction component, its parameters and the field of application of the reactor. A person skilled in the art will understand the use of any of the presented variants for a higher intensity of vortex formation and mixing of reaction components at the required distance.
Предпочтительно отношение длины сквозного канала к диаметру его входного сечения составляет от 2 до 7, предпочтительно от 4 до 5.Preferably, the ratio of the length of the through channel to the diameter of its inlet section is from 2 to 7, preferably from 4 to 5.
Данные соотношения точнее позволяют задать необходимое отдаление зоны повышенного вихреобразования и смешения компонентов реакции для потока компонента реакции и обеспечивать постоянство этого отдаления при определенных для специалиста условиях. These ratios more accurately allow one to set the required distance of the zone of increased vortex formation and mixing of reaction components for the flow of the reaction component and to ensure the constancy of this distance under conditions determined by the specialist.
Предпочтительно средство гидравлического сопротивления включает Preferably, the hydraulic resistance means comprises
шайбу, содержащую соосное сквозному каналу отверстие, a washer containing a hole coaxial with the through channel,
и пластину с отверстиями, расположенными по периметру пластины симметрично относительно оси сквозного канала.and a plate with holes located along the perimeter of the plate symmetrically relative to the axis of the through channel.
Это позволяет добиться более высокой эффективности и надежности работы завихрителя и реактора, так как позволяет уменьшить проходное сечение канала и точнее задать скорость движения потока компонента реакции, а также равномерно распределить поток по сечению сквозного канала, чтобы обеспечивать повышенную интенсивность вихреобразования и смешения компонентов реакции на необходимом и постоянном отдалении от выхода из лопаточного завихрителя.This allows achieving higher efficiency and reliability of the swirler and reactor operation, as it allows reducing the flow cross-section of the channel and more accurately setting the speed of the reaction component flow, as well as uniformly distributing the flow over the cross-section of the through channel to ensure increased intensity of vortex formation and mixing of reaction components at the required and constant distance from the exit of the blade swirler.
Более предпочтительно шайба установлена на входе в сквозной канал, причем отношение диаметра отверстия шайбы к диаметру сквозного канала на его входе составляет от 0,8 до 0,2, предпочтительно от 0,40 до 0,55,More preferably, the washer is installed at the entrance to the through channel, wherein the ratio of the diameter of the washer opening to the diameter of the through channel at its entrance is from 0.8 to 0.2, preferably from 0.40 to 0.55,
а отношение расстояния от места размещения пластины с отверстиями до входного сечения сквозного канала к длине сквозного канала составляет от 0,1 до 0,9, предпочтительно от 0,2 до 0,5, более предпочтительно от 0,25 до 0,30.and the ratio of the distance from the location of the plate with holes to the inlet section of the through channel to the length of the through channel is from 0.1 to 0.9, preferably from 0.2 to 0.5, more preferably from 0.25 to 0.30.
Это позволяет добиться более высокой эффективности и надежности работы завихрителя и реактора, так как создает оптимальный скоростной режим движения потока компонента реакции для обеспечения повышенной интенсивности вихреобразования и смешения компонентов реакции на необходимом и постоянном отдалении от выхода из лопаточного завихрителя.This allows achieving higher efficiency and reliability of the swirler and reactor operation, as it creates an optimal speed mode for the flow of the reaction component to ensure increased intensity of vortex formation and mixing of the reaction components at the required and constant distance from the outlet of the blade swirler.
Указанные варианты осуществления наилучшим образом способствуют достижению технического результата, поскольку шайба с одним соосным отверстием позволяет локально сузить сквозной канал и притормозить поток компонента реакции, а пластина с симметричными отверстиями относительно оси канала не только дополнительно притормаживает данный поток, но и разбивает его на части, упрощая их вихреообразование и смешение компонентов реакции на расстоянии от выхода из завихрителя. Поток компонента реакции таким образом притормаживается и завихряется точным и прогнозируемым образом. При этом для заявленных параметров отверстия шайбы и места размещения пластины технический результат достигается еще более эффективно.The above embodiments best contribute to achieving the technical result, since the washer with one coaxial hole allows locally narrowing the through channel and slowing down the flow of the reaction component, and the plate with symmetrical holes relative to the channel axis not only additionally slows down this flow, but also breaks it into parts, simplifying their vortex formation and mixing of the reaction components at a distance from the outlet of the swirler. The flow of the reaction component is thus slowed down and swirled in an accurate and predictable manner. In this case, for the declared parameters of the washer hole and the location of the plate, the technical result is achieved even more effectively.
Также для решения вышеуказанной задачи и достижения заявленного технического результата предложен реактор с неподвижным слоем катализатора, содержащий узел ввода компонентов реакции, при этом в узле ввода установлен лопаточный завихритель для компонента реакции по любому из вышеописанных предпочтительных вариантов.Also, to solve the above-mentioned problem and achieve the stated technical result, a reactor with a fixed catalyst bed is proposed, containing a reaction component input unit, wherein a blade swirler is installed in the input unit for the reaction component according to any of the above-described preferred options.
Данный реактор позволяет добиться более высокой эффективности и надежности работы, так как создает оптимальный скоростной режим движения потока компонента реакции для обеспечения повышенной интенсивности вихреобразования и смешения компонентов реакции на необходимом и постоянном отдалении от выхода из лопаточного завихрителя.This reactor allows achieving higher efficiency and reliability of operation, as it creates an optimal speed mode for the flow of the reaction component to ensure increased intensity of vortex formation and mixing of the reaction components at the required and constant distance from the outlet of the blade swirler.
Предпочтительно реактор представляет собой аппарат вторичного риформинга.Preferably, the reactor is a secondary reformer.
Предложенное техническое решение позволяет добиться более высокой эффективности и надежности работы в реакторе с неподвижным слоем катализатора, представляющим собой аппарат вторичного риформинга.The proposed technical solution allows achieving higher efficiency and reliability of operation in a reactor with a fixed catalyst bed, which is a secondary reforming apparatus.
Предпочтительно узел ввода компонентов реакции содержит канал для окислительного компонента, при этом завихритель установлен в этом канале, и/или Preferably, the reaction component input unit comprises a channel for the oxidizing component, wherein the swirler is installed in this channel, and/or
узел ввода компонентов реакции содержит канал для топливного компонента, при этом завихритель установлен в этом канале.the reaction component input unit contains a channel for the fuel component, and the swirler is installed in this channel.
Это позволяет добиться более высокой эффективности и надежности работы реактора, так как создает оптимальные условия для обеспечения повышенной интенсивности вихреобразования и смешения компонентов реакции на необходимом и постоянном отдалении от выхода из лопаточного завихрителя.This allows for higher efficiency and reliability of reactor operation, as it creates optimal conditions for ensuring increased intensity of vortex formation and mixing of reaction components at the required and constant distance from the outlet of the blade swirler.
Предпочтительно отношение расстояния от выходного сечения сквозного канала до выходного сечения канала для окислительного компонента к высоте завихрителя составляет от 0 до 10, предпочтительно от 5 до 8, более предпочтительно от 5,1 до 5,6.Preferably, the ratio of the distance from the outlet section of the through channel to the outlet section of the channel for the oxidizing component to the height of the swirler is from 0 to 10, preferably from 5 to 8, more preferably from 5.1 to 5.6.
Также предпочтительно отношение расстояния от выходного сечения сквозного канала до выходного сечения канала для топливного компонента к высоте завихрителя составляет от 0 до 10, предпочтительно от 5 до 8, более предпочтительно от 5,1 до 5,6.It is also preferable that the ratio of the distance from the outlet section of the through channel to the outlet section of the channel for the fuel component to the height of the swirler is from 0 to 10, preferably from 5 to 8, more preferably from 5.1 to 5.6.
Под выходным сечением сквозного канала понимается поперечное сечение сквозного канала в месте выхода из сквозного канала, а под выходным сечением канала для окислительного компонента понимается поперечное сечение канала для окислительного компонента в месте выхода из этого канала.The outlet section of the through channel is understood to be the cross-section of the through channel at the exit point from the through channel, and the outlet section of the channel for the oxidizing component is understood to be the cross-section of the channel for the oxidizing component at the exit point from this channel.
Данные соотношения дополнительно улучшают точность задания необходимого отдаления зоны повышенного вихреобразования и смешения компонентов реакции для потока компонента реакции и обеспечивают постоянство этого отдаления при определенных для специалиста условиях. These ratios additionally improve the accuracy of setting the required distance of the zone of increased vortex formation and mixing of reaction components for the flow of the reaction component and ensure the constancy of this distance under conditions determined by the specialist.
Также для решения вышеуказанной задачи и достижения заявленного технического результата предложен способ работы реактора с неподвижным слоем катализатора по любому из вышеописанных предпочтительных вариантов реализации, содержащего узел ввода компонентов реакции и установленный в нем лопаточный завихритель для компонента реакции, и включающий этапы, на которых подают компоненты реакции в узел ввода, Also, to solve the above-mentioned problem and achieve the claimed technical result, a method is proposed for operating a reactor with a fixed catalyst bed according to any of the above-described preferred embodiments, containing a reaction component input unit and a blade swirler installed therein for the reaction component, and including stages at which reaction components are fed into the input unit,
при этом осуществляют подачу по меньшей мере одного компонента через лопаточный завихритель.at the same time, at least one component is fed through a vane swirler.
Данный способ позволяет добиться более высокой эффективности и надежности работы реактора, так как создает оптимальный скоростной режим движения потока компонента реакции для обеспечения повышенной интенсивности вихреобразования и смешения компонентов реакции на необходимом и постоянном отдалении от выхода из лопаточного завихрителя.This method allows achieving higher efficiency and reliability of the reactor operation, as it creates an optimal speed mode for the flow of the reaction component to ensure increased intensity of vortex formation and mixing of the reaction components at the required and constant distance from the outlet of the blade swirler.
Таким образом, предложена группа изобретений, а именно способ (способ работы реактора) и продукт (реактор или завихритель), разработанный для осуществления этого способа (реактор) или одного из его действий (завихритель), при этом представлена комбинация с объектом изобретения в целом (реактор) и частью целого (завихритель).Thus, a group of inventions is proposed, namely a method (method of reactor operation) and a product (reactor or swirler) developed for implementing this method (reactor) or one of its actions (swirler), while a combination is presented with the subject of the invention as a whole (reactor) and a part of the whole (swirler).
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Лучший вариант осуществления изобретений поясняется графически фигурами 1-6 и детально описан ниже. Общий случай осуществления заявленного решения включает предпочтительный вариант, но не ограничивается им.The best embodiment of the inventions is illustrated graphically by Figures 1-6 and described in detail below. The general case of implementing the claimed solution includes the preferred embodiment, but is not limited to it.
На фиг.1 схематично изображен реактор с неподвижным слоем катализатора.Fig. 1 shows a schematic diagram of a fixed bed catalyst reactor.
На фиг.2 схематично изображен лопаточный завихритель с шайбой и пластиной с отверстиями, установленный в канале для окислительного компонента реакции, вид сбоку с разрезом.Fig. 2 schematically shows a blade swirler with a washer and a plate with holes, installed in a channel for the oxidizing component of the reaction, a side view with a section.
На фиг.3 схематично показан внешний вид лопаточного завихрителя с шайбой, установленной на входе в сквозной канал.Fig. 3 schematically shows the external appearance of a vane swirler with a washer installed at the entrance to the through channel.
На фиг.4 схематично показан лопаточный завихритель с шайбой и пластиной с отверстиями, вид сбоку с разрезом.Fig. 4 schematically shows a blade swirler with a washer and a plate with holes, a side view with a section.
На фиг.5 схематично показан лопаточный завихритель с шайбой, установленной на входе в сквозной канал, вид сверху.Fig. 5 schematically shows a vane swirler with a washer installed at the entrance to the through channel, top view.
На фиг.6 схематично показан горизонтальный разрез лопаточного завихрителя в месте установки пластины с отверстиями в сквозном канале.Fig. 6 schematically shows a horizontal section of a blade swirler at the location where a plate with holes is installed in the through channel.
На всех фигурах показаны схемы, не являющиеся чертежами.All figures show diagrams and are not drawings.
Позициями на фиг.1-6 обозначены:The positions in Fig. 1-6 indicate:
100 - реактор с неподвижным слоем катализатора;100 - fixed bed reactor;
101 - узел ввода компонентов реакции;101 - reaction component input unit;
102 - зона реактора 100 с неподвижным слоем катализатора;102 - reactor zone 100 with a fixed catalyst bed;
103 - узел вывода продуктов реакции;103 - reaction product outlet unit;
10 - лопаточный завихритель для компонента реакции;10 - blade swirler for the reaction component;
1 - деталь, ориентированная по форме цилиндра;1 - a part oriented according to the shape of a cylinder;
2 - осевой сквозной канал детали 1;2 - axial through channel of part 1;
3 - лопатки на внешней поверхности детали 1;3 - blades on the outer surface of part 1;
4 - перегородка, представляющая собой шайбу;4 - a partition in the form of a washer;
5 - перегородка, представляющая собой пластину с отверстиями;5 - a partition, which is a plate with holes;
51 - отверстия пластины 5;51 - holes of plate 5;
6 - канал для подвода компонента реакции, в котором установлен завихритель 10;6 - a channel for supplying a reaction component, in which a swirler 10 is installed;
d1 - диаметр отверстия в шайбе 4;d1 - diameter of the hole in washer 4;
D - диаметр сквозного канала 2;D - diameter of through channel 2;
L - длина сквозного канала 2;L - length of through channel 2;
l - расстояние от места размещения пластины 5 до входного сечения канала 2;l is the distance from the location of plate 5 to the inlet section of channel 2;
H - расстояние от выходного сечения сквозного канала 2 до выходного сечения канала для окислительного компонента;H is the distance from the outlet section of the through channel 2 to the outlet section of the channel for the oxidizing component;
Y - угол поворота лопаток.Y - angle of rotation of the blades.
Осуществление изобретенийImplementation of inventions
Предложенная группа изобретений может быть использована для осуществления различных каталитических процессов, предпочтительно процессов риформинга углеводородов с целью получения синтез-газа, паровоздушного или парокислородного риформинга углеводородов, но возможно применение для иных процессов, известных для специалиста из уровня техники.The proposed group of inventions can be used to implement various catalytic processes, preferably hydrocarbon reforming processes for the purpose of obtaining synthesis gas, steam-air or steam-oxygen reforming of hydrocarbons, but can be used for other processes known to a specialist from the prior art.
Способ работы реактора 100 с неподвижным слоем катализатора осуществляется посредством разработанного для этого реактора 100, а лопаточный завихритель 10 является частью этого реактора 100. Далее представлено описание предпочтительных примеров реализации группы изобретений.The method of operation of the reactor 100 with a fixed catalyst bed is carried out by means of a reactor 100 developed for this purpose, and the blade swirler 10 is part of this reactor 100. The following is a description of preferred examples of the implementation of the group of inventions.
Заявленный реактор 100 с неподвижным слоем катализатора (фиг.1-2) в общем случае имеет зону ввода компонентов реакции с соответствующим узлом 101, зону 102 с катализатором и зону вывода 103 продуктов реакции. Такой реактор 100 может представлять собой адиабатическую установку шахтного типа, применяемую, например, для риформинга углеводородов в виде аппарата вторичного риформинга в технологиях получения аммиака, водорода, метанола и других. Специалисту в данной области техники будут понятны различные области применения предложенного реактора. The claimed reactor 100 with a fixed catalyst bed (Fig. 1-2) generally has a zone for introducing reaction components with a corresponding unit 101, a zone 102 with a catalyst, and a zone for removing reaction products 103. Such a reactor 100 can be an adiabatic shaft-type installation used, for example, for reforming hydrocarbons in the form of a secondary reforming apparatus in technologies for producing ammonia, hydrogen, methanol, and others. A person skilled in the art will understand the various areas of application of the proposed reactor.
Реактор 100 включает узел 101 ввода компонентов реакции, который может содержать, например, канал 6 для окислительного компонента реакции и канал для топливного компонента реакции и/или канал для иного компонента (не показан). В одном из этих каналов или в каждом из них установлен лопаточный завихритель 10 для соответствующего компонента реакции. При этом отношение расстояния H от выходного сечения сквозного канала до выходного сечения канала для компонента реакции, например, окислительного, к длине L сквозного канала (H/L) составляет от 0 до 10, предпочтительно от 5 до 8, более предпочтительно от 5,1 до 5,6.The reactor 100 includes a reaction component input unit 101, which may contain, for example, a channel 6 for an oxidizing reaction component and a channel for a fuel reaction component and/or a channel for another component (not shown). In one of these channels or in each of them, a vane swirler 10 is installed for the corresponding reaction component. In this case, the ratio of the distance H from the outlet section of the through channel to the outlet section of the channel for the reaction component, for example, oxidizing, to the length L of the through channel (H/L) is from 0 to 10, preferably from 5 to 8, more preferably from 5.1 to 5.6.
В общем случае лопаточный завихритель 10 (фиг.3-6) содержит ориентированную по форме цилиндра деталь 1 из любого материала, предпочтительно металлического сплава. Деталь 1 имеет осевой сквозной канал 2 и лопатки 3 на внешней поверхности, число которых может быть любым, например, от двух до двадцати. Лопатки 3 соединяются с внешней поверхностью детали 1 любым известным методом, преимущественно привариваются, или же могут быть выполнены в виде единой монолитной конструкции с деталью 1. Лопатки 3 могут иметь любой угол поворота Y (фиг.3), преимущественно угол составляет величину от 60 до 360 градусов. Отношение длины L сквозного канала 2 к диаметру D его входного сечения предпочтительно составляет от 2 до 7, более предпочтительно от 4 до 5. Канал 2 может иметь округлую или многоугольную форму с одинаковым или переменным по длине канала диаметром, то есть на входе в канал 2 у него будет один диаметр D1, а на некотором расстоянии от упомянутого входа у канала будет иной диаметр D2, при этом D2 больше или меньше D1. Переход от меньшего диаметра к большему и наоборот может быть плавным или резким, как при размещении некой сужающей тонкой вставки.In the general case, the vane swirler 10 (Fig. 3-6) comprises a part 1 oriented in the shape of a cylinder made of any material, preferably a metal alloy. Part 1 has an axial through channel 2 and vanes 3 on the outer surface, the number of which can be any, for example, from two to twenty. Vanes 3 are connected to the outer surface of part 1 by any known method, preferably welded, or can be made in the form of a single monolithic structure with part 1. Vanes 3 can have any angle of rotation Y (Fig. 3), preferably the angle is from 60 to 360 degrees. The ratio of the length L of the through channel 2 to the diameter D of its inlet section is preferably from 2 to 7, more preferably from 4 to 5. Channel 2 can have a round or polygonal shape with the same or variable diameter along the length of the channel, i.e. at the entrance to channel 2 it will have one diameter D1, and at some distance from the said entrance the channel will have a different diameter D2, wherein D2 is greater or less than D1. The transition from a smaller diameter to a larger one and vice versa can be smooth or abrupt, as when placing a certain narrowing thin insert.
В целом, и сквозной канал 2 и лопатки 3 изготавливаются с различными формами и размерами, подбираемыми специалистом в зависимости от типа реактора 100 и параметров компонентов реакции. In general, both the through channel 2 and the blades 3 are manufactured in various shapes and sizes, selected by a specialist depending on the type of reactor 100 and the parameters of the reaction components.
Осевой сквозной канал 2 имеет средство гидравлического сопротивления для того же потока компонента реакции, для которого применяется завихритель 10. Средство гидравлического сопротивления может быть изготовлено в виде любого известного одного или нескольких элементов, способных притормаживать и/или корректировать скорость потока. В преимущественных вариантах каждый используемый элемент представляет собой перегородку с осесимметричной конструкцией, например, перегородка может быть в виде плоской цельной пластины, перекрывающей часть канала 2 по центру сечения, или же перегородка может быть во весь канал 2 и иметь отверстия, расположенные симметрично относительно оси сквозного канала 2, или одно отверстие, соосное с каналом 2. При этом очевидно, что площадь верхней поверхности каждой из перегородок должна быть меньше площади поперечного сечения сквозного канала 2 в месте установки соответствующей перегородки для того, чтобы поток компонента реакции мог проходить сквозь канал 2. Соответственно, по меньшей мере одна перегородка преимущественно перекрывает от 20% до 80% площади сечения сквозного канала в месте установки.The axial through channel 2 has a means of hydraulic resistance for the same flow of the reaction component for which the swirler 10 is used. The means of hydraulic resistance can be made in the form of any known one or more elements capable of slowing down and/or adjusting the flow rate. In advantageous embodiments, each element used is a partition with an axisymmetric design, for example, the partition can be in the form of a flat solid plate blocking a part of the channel 2 in the center of the cross-section, or the partition can be the entire channel 2 and have openings located symmetrically relative to the axis of the through channel 2, or one opening coaxial with the channel 2. In this case, it is obvious that the area of the upper surface of each of the partitions should be less than the cross-sectional area of the through channel 2 at the location of installation of the corresponding partition so that the flow of the reaction component can pass through the channel 2. Accordingly, at least one partition preferably blocks from 20% to 80% of the cross-sectional area of the through channel at the location of installation.
Кроме того, в предпочтительных вариантах осуществления изобретений по меньшей мере одна перегородка установлена на входе в сквозной канал. Также одна или более перегородок могут быть установлены внутри канала и/или на выходе из него. Так, например, отношение расстояния l от места размещения по меньшей мере одной перегородки до входного сечения сквозного канала к длине L сквозного канала (l/L) составляет от 0,1 до 0,9, предпочтительно от 0,2 до 0,5 или от 0,5 до 0,8, более предпочтительно упомянутое отношение l/L составляет от 0,25 до 0,30.In addition, in preferred embodiments of the inventions, at least one partition is installed at the inlet of the through channel. Also, one or more partitions can be installed inside the channel and/or at the outlet from it. Thus, for example, the ratio of the distance l from the location of at least one partition to the inlet section of the through channel to the length L of the through channel (l/L) is from 0.1 to 0.9, preferably from 0.2 to 0.5 or from 0.5 to 0.8, more preferably, the mentioned ratio l/L is from 0.25 to 0.30.
Преимущественно также по меньшей мере одна перегородка представляет собой шайбу, содержащую соосное сквозному каналу отверстие, при этом отношение диаметра отверстия шайбы к диаметру сквозного канала в месте установки шайбы предпочтительно составляет от 0,8 до 0,2, более предпочтительно от 0,40 до 0,55.Preferably, at least one partition is also a washer containing a hole coaxial with the through channel, wherein the ratio of the diameter of the washer hole to the diameter of the through channel at the location where the washer is installed is preferably from 0.8 to 0.2, more preferably from 0.40 to 0.55.
Упомянутые элементы могут быть установлены любым известным методом внутри канала 2 (фиг.4, 6), на входе в канал 2 (фиг.3-5) и/или на выходе из канала 2 (на фиг. не показано). Также указанные элементы могут быть неотъемлемы от детали 1, то есть выполнены в виде единой монолитной конструкции, которая может быть получена, например, с использованием аддитивных технологий. The mentioned elements can be installed by any known method inside channel 2 (Fig. 4, 6), at the entrance to channel 2 (Fig. 3-5) and/or at the exit from channel 2 (not shown in the Fig.). Also, the mentioned elements can be integral to part 1, i.e. made in the form of a single monolithic structure, which can be obtained, for example, using additive technologies.
Средство гидравлического сопротивления подбирается специалистом в зависимости от области применения реактора 100 и параметров компонентов реакции, а также требуемых значений интенсивности завихрения и смешения компонентов реакции, а также отдаленности зоны завихрения от детали 1.The hydraulic resistance means is selected by a specialist depending on the area of application of the reactor 100 and the parameters of the reaction components, as well as the required values of the intensity of swirl and mixing of the reaction components, as well as the distance of the swirl zone from part 1.
Ниже приведен пример осуществления группы изобретений по лучшему варианту. Below is an example of the implementation of a group of inventions according to the best option.
Реактор 100 с неподвижным слоем катализатора в виде аппарата вторичного риформинга углеводородного газа содержит узел 101 ввода компонентов реакции, в состав которого входит канал для окислительного компонента (технологического воздуха) и канал для топливного компонента (конвертированного газа). В канале для окислительного компонента установлен лопаточный завихритель 10 так, что отношение расстояния H от выходного сечения сквозного канала до выходного сечения канала для окислительного компонента к длине L сквозного канала (H/L) составляет от 5,1 до 5,6 (фиг.2).A reactor 100 with a fixed catalyst bed in the form of a secondary reforming apparatus for hydrocarbon gas comprises a reaction component input unit 101, which includes a channel for an oxidizing component (process air) and a channel for a fuel component (converted gas). A blade swirler 10 is installed in the channel for the oxidizing component so that the ratio of the distance H from the outlet section of the through channel to the outlet section of the channel for the oxidizing component to the length L of the through channel (H/L) is from 5.1 to 5.6 (Fig. 2).
Завихритель 10 содержит ориентированную по форме цилиндра деталь 1 с осевым сквозным каналом 2, имеющим округлую форму. Отношение длины L канала 2 к диаметру D его входного сечения (L/D) составляет от 4 до 5 (фиг.3-4). На внешней поверхности детали 1 содержатся восемь лопаток 3 с углом поворота Y 90 градусов. The swirler 10 contains a part 1 oriented in the shape of a cylinder with an axial through channel 2 having a rounded shape. The ratio of the length L of the channel 2 to the diameter D of its inlet section (L/D) is from 4 to 5 (Fig. 3-4). On the outer surface of the part 1 there are eight blades 3 with a rotation angle Y of 90 degrees.
При этом в канале находится средство гидравлического сопротивления для окислительного компонента, включающее пластину 5 с отверстиями, расположенными по периметру пластины 5 симметрично относительно оси канала 2, и шайбу 4, установленную на входе в канал 2 и имеющую соосное каналу 2 отверстие, диаметр которого меньше диаметра канала 2 на входе, что создает наличие переменного диаметра по длине канала. Отношение диаметра d1 отверстия шайбы 4 к диаметру D канала 2 на его входе (d1/D) составляет от 0,40 до 0,55 (фиг.3-5).In this case, the channel contains a means of hydraulic resistance for the oxidizing component, including a plate 5 with holes located along the perimeter of the plate 5 symmetrically relative to the axis of the channel 2, and a washer 4 installed at the entrance to the channel 2 and having a hole coaxial with the channel 2, the diameter of which is smaller than the diameter of the channel 2 at the entrance, which creates the presence of a variable diameter along the length of the channel. The ratio of the diameter d1 of the hole of the washer 4 to the diameter D of the channel 2 at its entrance (d1/D) is from 0.40 to 0.55 (Figs. 3-5).
Отношение расстояния l от места размещения пластины 5 до входного сечения канала 2 к длине L самого канала 2 (l/L) составляет от 0,25 до 0,30. Однако допускается иной вариант, при котором отношение l/L составляет от 0,5 до 0,8 (фиг.4).The ratio of the distance l from the location of plate 5 to the inlet section of channel 2 to the length L of channel 2 itself (l/L) is from 0.25 to 0.30. However, another option is allowed, in which the ratio l/L is from 0.5 to 0.8 (Fig. 4).
И пластина 5 и шайба 4 перекрывают от 20% до 80% площади сечения канала 2 в месте их установки, создавая тем самым необходимое сопротивление потоку текучей среды.Both plate 5 and washer 4 cover from 20% to 80% of the cross-sectional area of channel 2 at the location of their installation, thereby creating the necessary resistance to the flow of fluid.
Описанный лопаточный завихритель 10 является простым, надежным и не сложным в изготовлении, позволяет обеспечить стабильную и повышенную интенсивность вихреобразования и смешения компонентов реакции на необходимом и постоянном отдалении от завихрителя 10, за счет возможности выбора специалистом формы и количества перегородок, входящих в состав средства гидравлического сопротивления в сквозном канале 2, в зависимости от параметров реактора 100 и используемых в компонентов реакции, а также требуемых параметров на выходе из реактора 100. Так, средство гидравлического сопротивления способно не только притормаживать часть потока компонента реакции, проходящей через канал 2, но и при необходимости разбивать его на отдельные струи, и, в некоторых случаях, даже дополнительно закручивать данный поток и/или ускорять его.The described vane swirler 10 is simple, reliable and easy to manufacture, allows for stable and increased intensity of vortex formation and mixing of reaction components at the required and constant distance from the swirler 10, due to the possibility for a specialist to select the shape and number of partitions included in the hydraulic resistance means in the through channel 2, depending on the parameters of the reactor 100 and the reaction components used, as well as the required parameters at the outlet of the reactor 100. Thus, the hydraulic resistance means is capable of not only slowing down part of the flow of the reaction component passing through channel 2, but also, if necessary, breaking it into separate streams, and, in some cases, even additionally swirling this flow and/or accelerating it.
Работает предложенный реактор 100 с неподвижным слоем катализатора по одному из наилучших вариантов осуществления следующим образом. The proposed reactor 100 with a fixed catalyst bed operates according to one of the best embodiments as follows.
Окислительный компонент реакции в виде потока текучей среды проходит по соответствующему каналу или трубопроводу, который содержится в узле ввода компонентов реакции 101 реактора 100. Аналогично, топливный компонент реакции в виде потока текучей среды проходит по соответствующему каналу или трубопроводу, который содержится в узле ввода компонентов реакции 101 реактора 100.The oxidizing component of the reaction in the form of a fluid flow passes through a corresponding channel or pipeline, which is contained in the reaction component input unit 101 of the reactor 100. Similarly, the fuel component of the reaction in the form of a fluid flow passes through a corresponding channel or pipeline, which is contained in the reaction component input unit 101 of the reactor 100.
В каждом из этих двух каналов или только в одном из них установлен лопаточный завихритель 10 так, что отношение расстояния от выходного сечения сквозного осевого канала 2 до выходного сечения канала 6 для окислительного или топливного компонента к длине сквозного канала 2 равно значению из диапазона от 5,1 до 5,6 (H/L).In each of these two channels or only in one of them, a vane swirler 10 is installed so that the ratio of the distance from the outlet section of the through axial channel 2 to the outlet section of the channel 6 for the oxidizing or fuel component to the length of the through channel 2 is equal to a value from the range from 5.1 to 5.6 (H/L).
Первая часть потока, преимущественно большая, попадает на восемь лопаток 3 с углом поворота 120 градусов, придающих данной части потока лучшее закрученное, вихревое движение. Другая (вторая) часть потока, преимущественно меньшая, попадает в сквозной канал 2, на входе в который установлена шайба 4 с отверстием, диаметр которого меньше диаметра входного сечения канала 2. Шайба 4 лишь притормаживает вторую часть потока, не блокирует ее и практически не сокращает, как это происходило бы в случае уменьшения диаметра канала 2 до диаметра отверстия шайбы 4, поскольку канал 2 остается большего диаметра и способен вмещать больший объем потока компонента реакции. Отношение диаметра отверстия шайбы 4 к диаметру канала 2 (d1/D) равно значению из диапазона от 0,40 до 0,55.The first part of the flow, predominantly the larger one, enters eight blades 3 with a rotation angle of 120 degrees, which impart a better swirling, vortex motion to this part of the flow. The other (second) part of the flow, predominantly the smaller one, enters the through channel 2, at the entrance to which a washer 4 with an opening, the diameter of which is smaller than the diameter of the inlet section of channel 2, is installed. The washer 4 only slows down the second part of the flow, does not block it and practically does not reduce it, as would happen in the case of decreasing the diameter of channel 2 to the diameter of the opening of the washer 4, since channel 2 remains of a larger diameter and is capable of accommodating a larger volume of the reaction component flow. The ratio of the diameter of the opening of the washer 4 to the diameter of channel 2 (d1/D) is equal to a value from the range from 0.40 to 0.55.
Далее часть потока компонента реакции встречает на своем пути по каналу 2 пластину 5 с отверстиями, расположенными по ее периметру симметрично относительно оси канала 2. Пластина 5 дополнительно притормаживает данный поток и за счет расположенных подобным образом отверстий разбивает его на струи, которые на выходе из канала 2 будут легче закручиваться. Так, за счет шайбы 4 и пластины 5 поток притормаживается более точным и прогнозируемым образом.Then, part of the reaction component flow encounters plate 5 with holes located along its perimeter symmetrically relative to the axis of channel 2 on its way along channel 2. Plate 5 additionally slows down this flow and, due to the holes located in a similar manner, breaks it into streams that will twist more easily at the exit from channel 2. Thus, due to washer 4 and plate 5, the flow is slowed down in a more precise and predictable manner.
Далее меньшая часть потока компонента реакции выходит из канала 2, имея при этом преимущественно прямое движение по пути, соосному каналу 2, и меньшую скорость (V2), чем скорость (V) у всего потока до завихрителя (V2 < V). Первая, большая часть потока так же сходит с лопаток 3, имея при этом закрученное движение и скорость (V1), отличающуюся от скорости части потока из канала 2 (V1 < V2). Причем скорость (V1) потока после лопаток 3 тоже меньше скорости (V) всего потока до завихрителя (V1 < V).Then a smaller part of the reaction component flow leaves channel 2, having predominantly a straight motion along the path coaxial with channel 2, and a lower speed (V2) than the speed (V) of the entire flow before the swirler (V2 < V). The first, larger part of the flow also leaves blades 3, having a swirling motion and a speed (V1) that differs from the speed of the part of the flow from channel 2 (V1 < V2). Moreover, the speed (V1) of the flow after blades 3 is also less than the speed (V) of the entire flow before the swirler (V1 < V).
Прямой поток из канала 2 захватывает закрученный поток с лопаток 3 и способствует его движению далее по каналу для компонента реакции и после выхода из канала в зону реактора 100 над слоем катализатора с большей силой и скоростью, чем если бы весь поток сходил только с лопаток 3. Вместе с тем, в упомянутую зону реактора 100 подается поток другого компонента реакции, завихренным аналогичным образом или нет, который интенсивно смешивается с завихренным потоком первого компонента реакции на рассчитанном и заданном специалистом за счет конструкции завихрителя 10 расстоянии от него. Смесь воспламеняется и проходит через слой катализатора в зоне 102, затем покидает реактор 100 через узел вывода продуктов реакции 103.The direct flow from channel 2 captures the swirled flow from blades 3 and promotes its movement further along the channel for the reaction component and after exiting the channel into the reactor zone 100 above the catalyst bed with greater force and speed than if the entire flow came off only blades 3. At the same time, a flow of another reaction component, swirled in a similar manner or not, is fed into the said zone of reactor 100, which intensively mixes with the swirled flow of the first reaction component at a distance from it calculated and specified by a specialist due to the design of swirler 10. The mixture ignites and passes through the catalyst bed in zone 102, then leaves reactor 100 through the reaction product outlet unit 103.
Для рассматриваемого примера реализации средства гидравлического сопротивления, канал 2 создает меньший перепад давления для второй части потока, чем у первой части потока, и позволяет потоку на выходе из канала 2 сохранить большую скорость, чем у основной части потока (V2 > V1), а также устремить эту основную часть за собой на большее расстояние от завихрителя 10. За счет этого на требуемом отдалении от завихрителя 10 создается зона интенсивного вихреобразования потока, например, окислительного компонента реакции, а скорость потока устанавливается точным и стабильным образом, что улучшает смешение всех компонентов и позволяет обеспечить нужное распределение температур по реактору, а значит улучшает его работу и повышает надежность.For the considered example of the implementation of the hydraulic resistance means, channel 2 creates a smaller pressure drop for the second part of the flow than for the first part of the flow, and allows the flow at the outlet of channel 2 to maintain a higher speed than for the main part of the flow (V2 > V1), and also to direct this main part behind itself at a greater distance from the swirler 10. Due to this, at the required distance from the swirler 10, a zone of intensive vortex formation of the flow is created, for example, the oxidizing component of the reaction, and the flow speed is set in an accurate and stable manner, which improves the mixing of all components and allows for the required temperature distribution throughout the reactor, and therefore improves its operation and increases reliability.
Результаты испытаний изобретений в аппарате вторичного риформинга углеводородного газа по наиболее предпочтительным вариантам представлены в таблице ниже.The results of testing the inventions in the apparatus for secondary reforming of hydrocarbon gas according to the most preferred options are presented in the table below.
Таблица 1. Варианты 1-4 осуществления изобретений.Table 1. Variants 1-4 for implementing inventions.
(* - хорошо, ** - очень хорошо, *** - превосходно)ensuring increased efficiency and reliability of reactor operation due to the intensity of vortex formation and mixing of reaction components at the required distance from the outlet of the blade swirler
(* - good, ** - very good, *** - excellent)
Claims (28)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2838720C1 true RU2838720C1 (en) | 2025-04-22 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2036383C1 (en) * | 1992-10-26 | 1995-05-27 | Кашапов Рафаэль Салихзянович | Burner device |
| SU1594755A1 (en) * | 1986-12-08 | 1996-11-20 | Краснодарский политехнический институт | Reactor for performing catalytic processes |
| RU2142582C1 (en) * | 1997-01-16 | 1999-12-10 | ПО "Северное машиностроительное предприятие" | Axial vane swirler |
| RU2308645C2 (en) * | 2001-01-04 | 2007-10-20 | Хальдор Топсеэ А/С | Vortex burner |
| RU2535901C2 (en) * | 2009-03-23 | 2014-12-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Swirler, method for prevention of backfire of burner at least with one swirler, and burner |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1594755A1 (en) * | 1986-12-08 | 1996-11-20 | Краснодарский политехнический институт | Reactor for performing catalytic processes |
| RU2036383C1 (en) * | 1992-10-26 | 1995-05-27 | Кашапов Рафаэль Салихзянович | Burner device |
| RU2142582C1 (en) * | 1997-01-16 | 1999-12-10 | ПО "Северное машиностроительное предприятие" | Axial vane swirler |
| RU2308645C2 (en) * | 2001-01-04 | 2007-10-20 | Хальдор Топсеэ А/С | Vortex burner |
| RU2535901C2 (en) * | 2009-03-23 | 2014-12-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Swirler, method for prevention of backfire of burner at least with one swirler, and burner |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2654041C2 (en) | Premixing device, reactor with fixed bed and radial flow and reaction system for oxidative dehydrogenization of butylene | |
| CN103990393B (en) | The mixing apparatus and mixed method with tangential inlet for two-phase concurrent container | |
| KR100371482B1 (en) | Splitter device for multi-phase downflow reactor | |
| JP3581410B2 (en) | Gas mixing method and apparatus | |
| US5462719A (en) | Method and apparatus for mixing and distributing fluids in a reactor | |
| US7276215B2 (en) | Mixing device for two-phase concurrent vessels | |
| JP2004237283A (en) | Improved multi-phase mixing device with multi-stage gas introduction | |
| CN100355494C (en) | Mixing device for two-phase concurrent vessels | |
| RU2838720C1 (en) | Blade swirler for reaction component for fixed catalyst bed reactor, fixed catalyst bed reactor and method of operation thereof | |
| RU231069U1 (en) | FIXED BED REACTOR | |
| US3895919A (en) | Device for the production of a homogenous gas mixture | |
| CA2967938C (en) | Carbon monoxide oxidation device | |
| RU2385289C2 (en) | Reactor and method of secondary catalytic reforming | |
| US3946104A (en) | Method of producing an homogeneous gas mixture | |
| CN104096517B (en) | A kind of quench mixer for hydrogenation reactor | |
| RU231751U1 (en) | VANE VORTEX FOR FLUID FLOW | |
| EP2846905B1 (en) | A method for revamping a secondary reformer | |
| EP3658273B1 (en) | Methods and apparatus for fluid contacting in a downflow vessel | |
| CN116694360B (en) | A hydrogenation reaction system | |
| CA1116856A (en) | Apparatus for mixing reacting gases in oxygen reforming reactors | |
| RU96121379A (en) | GAS FLOW MIXER WITH VARIOUS TEMPERATURE, INTENDED FOR PARTICULARLY FOR HETEROGENEOUS EXOTHERMIC SYNTHESIS REACTORS | |
| CN114950173B (en) | Microbubble cold hydrogen mass transfer mechanism and catalytic hydrogenation reactor | |
| WO2006065766A2 (en) | Burnerless autothermal reformer mixer | |
| CN2600160Y (en) | Quench mixer in hydrocarbon conversion reactor | |
| DE10144285A1 (en) | Apparatus for generating hydrogen |