(11)	031840 (13) B1	Разделы: A B C D E F G H
(21)	201691041
(22)	2014.11.19
(51)	B01J 3/08 (2006.01) B01J 19/26 (2006.01)
(31)	61/906,353
(32)	2013.11.19
(33)	US
(43)	2016.11.30
(86)	PCT/US2014/066407
(87)	WO 2015/077335 2015.05.28
(71)	(73) ЮНИВЕРСИТИ ОФ ВАШИНГТОН ТРУ ИТС СЕНТЕР ФОР КОММЕРШЛАЙЗЕЙШН; ЮОП ЛЛС (US)
(72)	Мэттик Артур Т., Стивенс Карл Й., Ноулен Карл, Серфф Роберт, Хансен Вигго (US)
(74)	Медведев В.Н. (RU)
(54)	СИСТЕМЫ РЕАКТОРОВ НА ОСНОВЕ СВЕРХЗВУКОВОЙ УДАРНОЙ ВОЛНЫ И СПОСОБЫ СИНТЕЗИРОВАНИЯ ОЛЕФИН-УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ

(57) 1. Реактор на основе ударной волны для формирования олефин-углеводородных газов, содержащий

участок форсунок для сырья, имеющий вход для приема транспортирующего газа со сверхзвуковой скоростью из сужающегося-расширяющегося сопла;

первую форсунку для сырья, расположенную с возможностью впрыска исходного газа в участок форсунок для сырья под первым углом по отношению к продольной оси участка форсунок для сырья;

вторую форсунку для сырья, расположенную с возможностью впрыска исходного газа в участок форсунок для сырья под вторым углом по отношению к продольной оси участка форсунок для сырья, причем второй угол больше первого угла; и

участок сверхзвукового диффузора, выполненный с возможностью замедления потока в пределах реактора на основе ударной волны со сверхзвуковой скоростью до околозвуковой скорости.

2. Реактор по п.1, в котором вторая форсунка для сырья расположена с возможностью впрыска исходного газа в пределах зоны струй исходного газа, созданных первой форсункой для сырья.

3. Реактор по п.1, дополнительно содержащий третью форсунку для сырья, расположенную с возможностью впрыска исходного газа в участок форсунок для сырья под третьим углом по отношению к продольной оси участка форсунок для сырья, причем третий угол больше второго угла.

4. Реактор по п.1, в котором первая и вторая форсунки для сырья в целом выровнены в направлении продольной оси.

5. Реактор по п.1, выполненный с возможностью впрыска исходного газа на сверхзвуковой скорости.

6. Реактор по п.1, в котором обеспечивается скорость транспортирующего газа больше числа Маха 2.

7. Реактор по п.1, в котором форсунки для сырья выполнены и расположены с возможностью введения около 50% общего газового потока через реактор.

8. Реактор по п.1, дополнительно содержащий сверхзвуковую смесительную камеру ниже по потоку участка форсунок для сырья, в котором во время работы в сверхзвуковой смесительной камере развиваются косые ударные волны так, что транспортирующий газ и исходный газ вступают в реакцию в сверхзвуковой смесительной камере, по меньшей мере, частично в точке термического расщепления.

9. Реактор по п.1, дополнительно содержащий слой термически защитного покрытия по меньшей мере на части внутренней поверхности участка форсунок для сырья.

10. Реактор по п.1, причем сужающееся-расширяющееся сопло выполнено с возможностью ускорения транспортирующего газа от дозвуковой скорости до сверхзвуковой скорости.

11. Реактор по п.10, в котором сужающееся-расширяющееся сопло содержит сопловую форсунку, предназначенную для впрыска по меньшей мере одного из исходного газа и транспортирующего газа.

12. Реактор по п.10, дополнительно содержащий форсунку пленочного охлаждения, расположенную на суживающемся отрезке сужающегося-расширяющегося сопла.

13. Реактор по п.11, в котором сопловая форсунка расположена на расширяющемся отрезке сужающегося-расширяющегося сопла.

14. Реактор по п.11, дополнительно содержащий охлаждающий тракт вокруг критического сечения сужающегося-расширяющегося сопла, причем охлаждающий тракт выполнен с возможностью приема исходного газа.

15. Реактор по п.1, в котором форсунка для сырья содержит покровной слой для снижения каталитического воздействия на стенки.

16. Реактор по п.1, в котором участок сверхзвукового диффузора выполнен с возможностью замедления потока от в пределах реактора на основе ударной волны со сверхзвуковой скорости до околозвуковой скорости при минимальном сечении участка сверхзвукового диффузора.

17. Реактор по п.1, в котором исходный газ содержит метан.

18. Реактор по п.16, в котором участок сверхзвукового диффузора имеет сужение, выполненное с возможностью замедления исходного газа и его сохранения в целом изотермическим.

19. Реактор по п.1, дополнительно содержащий камеру сгорания для выработки транспортирующего газа из смеси горючего и окислителя.

20. Реактор по п.1, в котором камера сгорания выполнена с возможностью сжигания горючего, выбранного из группы, состоящей из метана, водорода, а также их комбинации.

21. Реактор по п.1, в котором окислитель содержит кислород.

22. Реактор по п.16, в котором расширяющаяся часть участка сверхзвукового диффузора выполнена с возможностью стабилизации цепи нормальной ударной волны.

23. Реактор по п.22, в котором цепь нормальной ударной волны выполнена с возможностью создания точки термического расщепления для исходного газа.

24. Способ синтезирования олефин-углеводородных газов с использованием реактора на основе ударной волны по п.1, причем способ содержит

ускорение потока транспортирующего газа от дозвуковой скорости до сверхзвуковой скорости в сужающемся-расширяющемся сопле, причем сверхзвуковая скорость преобладает на входе в участок форсунок для сырья;

добавление исходного газа в участок форсунок для сырья через первую форсунку для сырья под первым углом по отношению к продольной оси участка форсунок для сырья;

добавление исходного газа в участок форсунок для сырья через вторую форсунку для сырья под вторым углом по отношению к продольной оси участка форсунок для сырья, при этом вторая форсунка для сырья расположена для впрыска исходного газа в пределах зоны струй исходного газа, созданных первой форсункой для сырья, причем транспортирующий газ вступает в реакцию с исходным газом для создания олефинов; при этом смесь транспортирующего газа, исходного газа и олефинов замедляется от сверхзвуковой скорости до дозвуковой скорости в участке сверхзвукового диффузора.

25. Способ по п.24, в котором добавление исходного газа осуществляется так, что исходный газ вступает в реакцию преимущественно в сверхзвуковой смесительной камере, причем сужение участка сверхзвукового диффузора расположено ниже по потоку участка форсунок для сырья.

26. Способ по п.25, в котором добавление исходного газа осуществляется так, что исходный газ продолжает реагировать внутри через цепь нормальной ударной волны участка сверхзвукового диффузора.

27. Способ по п.25, который дополнительно включает в себя поддержание исходного газа в общем изотермическом состоянии при сужении участка сверхзвукового диффузора.

28. Способ по п.24, который дополнительно включает в себя добавление исходного газа в участок форсунок для сырья посредством третьей форсунки для сырья под третьим углом по отношению к продольной оси участка форсунок для сырья, причем третий угол больше второго угла, и при этом третья форсунка для сырья предназначена для впрыска исходного газа в пределах зоны струй исходного газа, созданных первой и второй форсунками для сырья.

29. Способ по п.24, который дополнительно включает в себя предварительный нагрев исходного газа путем его протекания через охлаждающий тракт вокруг критического сечения сужающегося-расширяющегося сопла.

30. Способ по п.24, который дополнительно включает в себя пленочное охлаждение сужающегося-расширяющегося сопла путем впрыска по меньшей мере одного из водяного пара, воды и водорода выше по потоку от критического сечения сужающегося-расширяющегося сопла.

31. Способ по п.24, который дополнительно включает в себя инициирование реакции самовоспламенения между горючим и окислителем для образования транспортирующего газа в камере сгорания выше по потоку форсунки для сырья.

32. Способ по п.31, который дополнительно включает в себя

предварительный нагрев диэфира и кислорода до температуры самовоспламенения;

смешивание диэфира и кислорода для инициирования реакции самовоспламенения с последующим образованием транспортирующего газа с применением пусковой реакции самовоспламенения.

33. Способ по п.24, в котором исходный газ включает в себя метан.