close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

код для вставкиСкачать
1
Настоящее изобретение относится к способу работы печи, преимущественно, печи с
большим количеством горелок, в которой в качестве топлива используют газ, богатый по содержанию водородом.
Когда водород смешивают с воздухом в
широком диапазоне количественных соотношений, в результате его воспламенения может
произойти сильный взрыв. Кроме того, из всех
газов водород имеет максимальную скорость
ламинарного горения. Поэтому, в то время как
скорость горения ацетилена примерно в 3,5 раза
превышает скорости горения топлив предельных углеводородов, скорость горения водорода
примерно в 6 раз выше скорости горения предельных углеводородов.
При определенных химических процессах,
в частности, процессах, включающих эндотермические реакции, таких как парофазный риформинг (риформинг в паровой фазе) природного газа или другого углеводородного сырья, выгодно пропускать реакционные смеси, например, смесь углеводородного сырья и пара через
реакционные трубы многотрубного реактора,
расположенные в печи надлежащей конструкции и обогреваемые с помощью большого количества горелок. Горелки в печи установки парофазного риформинга и других печах, используемых в установках химических производств,
могут снабжаться каким-либо подходящим топливом, например, газойлем, природным газом
или другим подобным топливом. При необходимости сжигания различных топлив в печи
могут быть смонтированы горелки более чем
одного типа. Зачастую представляется удобным
и экономичным использовать в качестве топлива для печи имеющийся в наличии источник
отходящего горючего газа.
Реакционные трубы, установленные в печи
установки парофазного риформинга, как правило, имеют номинальный диаметр 5 дюймов
(12,7 см). Обычно эти трубы монтируют так, что
их оси расположены по существу вертикально,
и размещены трубы далеко друг от друга для
обеспечения нагрева за счет радиационного и
конвективного теплообмена. Горелки могут
быть установлены вблизи днища (пода) печи
так, что факел пламени направлен и распространяется по существу вертикально вверх, в то
время как реакционная смесь может одновременно быть подана сверху вниз по заполненным
катализатором трубам печи парофазной риформинг-установки. В другом более обычном выполнении печь обогревается сверху. В этом случае горелки монтируют вблизи верха (свода)
печи так, что пламя в этом случае распространяется вниз, внутрь печи, вдоль заполненных катализатором вертикально установленных труб
печи риформинг-установки.
Другими типами установок химической
промышленности, которые снабжены горелками, являются в том числе парофазные крекинг-
004437
2
установки для получения ацетилена и каталитические риформинг-установки. Печи в установках такого типа обычно выполнены с горелками,
размещенными сверху или на боковых стенках
(камеры печи). Используемые огневые подогреватели, например, такие, как подогреватели сырой нефти и подогреватели для вакуумных установок, также содержат много горелок В них
можно сжигать любое топливо из широкого ассортимента разнообразных жидких и газообразных топлив, часто используя при этом для различных топлив более чем один тип горелки.
Во всех таких печах горелки, как правило,
расположены на достаточном расстоянии друг
от друга, и обычно используемым методом является поджиг горелок, одну за другой, с помощью индивидуальных запальных факелов ("пилотов") или запальных устройств (воспламенителей), которые часто выполняют выдвижными,
при этом горелки обычно расположены друг от
друга таким образом, чтобы обеспечить надежное распространение пламени. Чтобы предотвратить пережог эти горелки (рабочие) и горелки с запальными факелами могут быть выполнены убранными в огнеупорную футеровку. Для
осуществления поджига указанным способом
обычно используют клиновые задвижки, наличие которых обеспечивают также возможность
технического обслуживания и ремонта горелок.
Такой метод применим также к горелкам, в совокупности образующим ряд (группу) горелок,
в котором большое количество позиций сжигания топлива снабжается из общего коллектора с
помощью одного подающего трубопровода или
одной трубы. Во всех случаях обычной практикой является поджиг горелок по отдельности.
В некоторых случаях имеющийся в наличии богатый водородом газ представляет собой
поток отходящего газа. Однако, если в качестве
топлива для печи, содержащей большое количество горелок, используют поток богатого водородом газа, то в области над горелками возможно формирование большого объема перемешанных водорода и воздуха, что при воспламенении
потока богатого водородом газа обуславливает
большую опасность взрыва. Этот взрыв представляет опасность для керамической футеровки
камеры печи, для реакционных труб, для других
элементов в печи, а также создает опасность для
работающих на установке операторов.
Известно использование потока водородсодержащего газа в качестве топлива для печи.
Например, известно использование очищающего газа, применяемого в установках получения
метанола, в качестве топлива для обычных печей риформинг-установок. Однако при запуске
установок для производства метанола поток
очищающего газа характеризуется малым содержанием водорода, и только, когда установка
полностью выходит на режим, то действительно
очищающий газ становится богатым водородом,
причем к этому времени горелки в печи уже
3
зажжены. Соответственно, замена используемого в качестве топлива бедного водородом газа
на богатый водородом газ очистки имеет место
только после зажигания горелок.
В международной заявке №94/29013 описана так называемая компактная установка для
риформинга. Она имеет плотно упакованный
ряд реакционных труб, которые, как правило, по
диаметру значительно меньше, чем реакционные трубы в традиционной печи парофазной
риформинг-установки. Так, в печи компактной
риформинг-установки реакционные трубы зачастую имеют номинальный диаметр, например,
1,5 дюйма (3,81 см), в то время как типичный
номинальный диаметр реакционных труб печи
традиционной риформинг-установки составляет
5 дюймов (12,7 см). Кроме того, в печи компактной риформинг-установки реакционные
трубы расположены много ближе друг к другу,
соответственно, в трубной решетке, образованной реакционными трубами, горелки расположены ближе друг к другу.
Поскольку в компактной риформингустановке горелки расположены намного ближе
друг к другу, чем в обычной риформингустановке, то, как правило, располагаемого места не достаточно для размещения клапанов индивидуального регулирования топливной форсунки каждой горелки. Поэтому топливные
форсунки горелок в каждом случае должны
снабжаться от общего коллекторного трубопровода. Кроме того, поскольку располагаемого
объема не достаточно, на практике в печи трудно обеспечить наличие большого количества
запальных устройств или запальных факелов, и,
возможно, существует повышенный риск пережога топливной форсунки по сравнению с традиционными риформинг-установками. Другим
возможным путем поджига является самовоспламенение, но пока не ясно, как этот процесс
можно безопасно осуществить. Следующий
возможный путь - осуществление поджига
внешней горелки из имеющегося ряда горелок с
расчетом на последующее распространение
пламени для воспламенения других горелок.
Хотя горелки в компактной установке риформинга расположены достаточно близко, что позволяет пламени распространиться от одной
горелки на другую, если условия для этого благоприятные, тем не менее важен выбор надлежащих диапазона скоростей потоков, топливных композиций и соотношений топливовоздух, что позволяет избежать риска взрывов и
ненадежного поджига всех горелок, в особенности, когда рассматриваемым топливом является
водород или газ, богатый водородом.
Задачей настоящего изобретения является
обеспечение способа поджига горелок печи,
содержащей ряд близко расположенных друг к
другу горелок, например, печи компактной установки риформинга, осуществляемого безопасно и надежно. Кроме того, задача изобрете-
004437
4
ния состоит в том, чтобы обеспечить способ
работы печи с большим количеством горелок,
которые установлены в ряд и не приспособлены
для индивидуального регулирования, в частности, которые не снабжены клапанами индивидуального регулирования. Кроме того, данное
изобретение направлено на обеспечение способа
инициирования воспламенения в печи с большим количеством горелок без применения индивидуальных инициирующих средств для каждой горелки. Помимо того, задачей изобретения
является способ, обеспечивающий безопасную
работу печи, снабженной большим количеством
горелок, использующих в качестве топлива богатый водородом газ, в особенности, при запуске горелок. Еще одна задача данного изобретения состоит в обеспечении способа работы печи
с большим количеством горелок, использующих
в качестве топлива богатый водородом газ, при
котором по существу отсутствует риск потенциально опасного взрыва топлива. Дополнительная задача изобретения заключается в обеспечении способа надежного использования теплотворной способности потока отходящего богатого водородом газа.
В соответствии с настоящим изобретением
обеспечивается способ работы печи с использованием в качестве топлива для печи газа, богатого водородом, причем печь имеет большое
количество горелок для сжигания поступающего в них топлива, при этом предлагаемый способ включает в себя
(a) обеспечение средств для зажигания факела пламени по меньшей мере в одной горелке,
заранее выбранной из большого числа имеющихся горелок,
(b) подачу в каждую из большого количества горелок кислородсодержащего газа и горючего газа, включающего в себя газообразный
углеводород в количествах, способных к образованию воспламеняемой смеси,
(c) зажигание факела пламени по меньшей
мере в одной выбранной горелке,
(d) создание возможности распространения
пламени по меньшей мере от одной выбранной
горелки к другим горелкам большого количества имеющихся горелок,
(e) изменение состава сжигаемого газа в
определенный период времени с тем, чтобы заменить по меньшей мере часть газообразного
углеводорода на газ богатый водородом, осуществляемое до тех пор, пока по меньшей мере в
каждой из большого количества горелок не установится факел преобладающего горения водорода.
Таким образом, очевидно, что способ согласно данному изобретению использует в начальной стадии углеводородный газ, добавляемый к кислородсодержащему газу в количестве,
достаточном для образования воспламеняемой
смеси.
Кислородсодержащий газ и горючий газ
5
подают по отдельности в каждую из большого
количества горелок печи, и затем, как только
зажигается факел пламени по меньшей мере в
одной выбранной заранее горелке из множества
имеющихся горелок, полученному исходному
пламени дают возможность распространяться по
всему ряду горелок к каждой из остальных горелок. Как только в каждой из большого количества горелок печи зажигается соответствующий факел, состав сжигаемого газа постепенно
регулируют с тем, чтобы заменить газообразный
углеводород газом, богатым по содержанию
водородом, при этом расходы воздуха и горючего газа регулируют так, чтобы факел пламени
сохранялся в каждой из большого количества
горелок, устраняя таким образом проблему,
возникающую при непосредственном воспламенении газообразного углеводорода. После того
как в каждой из большого количества горелок
установится факел пламени богатого водородом
газа, расходы богатого водородом газа в горелках могут быть увеличены до полных рабочих
расходов.
Способ согласно данному изобретению
относится к работе печи с использованием в
качестве топлива газа богатого водородом. Используемая печь снабжена большим количеством горелок для сжигания поступающего в них
топлива. Предлагаемый способ включает обеспечение средств для поджига факела пламени
по меньшей мере в одной определенной горелке, выбранной из множества имеющихся горелок. Кислородсодержащий газ и горючий газ,
включающий газообразный углеводород, подают к каждой из большого количества горелок в
количестве, достаточном для получения воспламеняемой смеси. Пламя зажигается по
меньшей мере в одной из выбранных заранее
горелок, и создают условия для его распространения по меньшей мере от одной выбранной
горелки к другим горелкам из большого количеств горелок. Затем за определенный период
времени состав сжигаемого газа изменяют так,
чтобы заменить по меньшей мере основную
часть газообразного углеводорода на богатый
водородом газ, причем состав изменяют до тех
пор, пока в каждой из большого количества горелок не установится факел преимущественного
горения водорода.
В предлагаемом способе в соответствии с
данным изобретением все горелки из большого
количества горелок могут быть подключены к
одному коллектору, через который подают горючий газ.
При осуществлении вышеуказанных стадий от (а) до (е) предпочтительно используют
уменьшенный объемный расход горючего газа
по сравнению с возможным полным рабочим
расходом горючего газа, служащего сжигаемым
в печи топливом. Подобным образом при осуществлении стадий от (а) до (е) предпочтительно создают уменьшенный расход богатого во-
004437
6
дородом газа по сравнению с расходом богатого
водородом газа во время работы печи с полной
нагрузкой. При осуществлении стадий (а) - (е)
также соответствующим образом может быть
уменьшен и расход кислородсодержащего газа.
Поэтому при проведении стадии (е) расход богатого водородом газа может быть много меньшим, чем полный рабочий расход, предусмотренный проектировщиком печи, и обычно составляет менее чем приблизительно 25% от величины полного рабочего расхода или даже
примерно 10% или менее, например около 5%
от величины полного рабочего расхода. Однако,
как только в каждой из большого количества
горелок устанавливается факел горения водорода или по меньшей мере факел преобладающего
горения водорода, расходы подводимого богатого водородом газа и кислородсодержащего
газа могут быть увеличены до полных рабочих
расходов. Следовательно, расход богатого водородом газа при проведении стадии (е) может
составлять меньше, чем приблизительно 25% от
полного рабочего расхода богатого водородом
газа, для сжигания которого предназначена
печь.
Во многих случаях будет достаточным зажечь факел горения на стадии (с) в отдельной
выбранной заранее горелке из большого количества имеющихся горелок. Однако более удобным или целесообразным может быть розжиг
факела на стадии (с) в двух или более заранее
выбранных горелках из большого количества
имеющихся в наличии горелок.
Предпочтительно в печи установлено
большое количество горелок в виде ряда горелок таким образом, что пламя, зажженное в одной или в каждой выбранной горелке, например,
в горелке, установленной во внешней части ряда, может распространяться от по меньшей мере
одной выбранной горелки до других горелок
ряда.
При предпочтительном осуществлении
процесса большое количество горелок монтируют в верхней части печи таким образом, что
при работе печи факел пламени от множества
горелок распространяется в направлении сверху
вниз. Такой печью может быть, например, печь
установки парофазного риформинга с большим
количеством труб, каждая из которых содержит
загрузку катализатора, причем оси труб печи
риформинг-установки установлены по существу
вертикально, в то же время имеющиеся в большом количестве горелки установлены в ряд в
верхней части печи, обеспечивая нагрев труб до
температуры, необходимой для проведения
процесса риформинга в паровой фазе, осуществляемого факелами пламени, исходящими от
большого количества горелок и направленными
вниз. При этом реакционная смесь, включающая
смесь пара и углеводородного сырья, которое
необходимо подвергнуть риформингу, проходит
вверх через обогреваемые трубы риформинг-
7
установки при параметрах, необходимых для
проведения парофазного риформинга. При таком выполнении установки способ, соответствующий данному изобретению, позволяет решить проблему, которая заключается в том, что
при отсутствии непосредственного розжига водородсодержащего газа опускное течение используемого для горения воздуха возможно было бы недостаточным для получения высокой
скорости этого воздуха, необходимой для преодоления подъемной силы водорода, и в пределах зоны возможного воспламенения образовалась бы большая подушка газообразного водорода, которую можно поджечь взрывом или
случайно. Если же в соответствии со способом
по настоящему изобретению для инициирования воспламенения в печи с опускным факелом
горения используют другое, газообразное углеводородное топливо, такое как метан или природный газ, то его более высокая плотность,
более узкие границы воспламенения и более
низкая скорость горения сводит опасность
взрыва во время розжига к минимуму.
В качестве альтернативы большое количество горелок может быть смонтировано в донной части печи так, что при работе печи факелы
от большого количества горелок распространяются вверх.
Средствами поджига факела горения в выбранной одной из многочисленных горелок могут быть любые известные средства зажигания.
Например, они могут включать в себя пьезоэлектрические устройства, которые производят
искру при их активации. Или же в качестве альтернативы эти средства могут включать электрически нагреваемый запальный элемент. Они
могут включать в себя растопочную форсунку,
на которой может быть зажжен пусковой факел
до начала подачи горючего газа ко множеству
имеющихся горелок. Или же это может быть
выдвижное запальное устройство известного
типа.
Предпочтительно газообразным углеводородом является метан или природный газ. Однако при необходимости вместо природного газа
или метана, или же в качестве добавки к ним,
могут быть использованы и другие газообразные углеводороды, например, этан, пропан, бутан, или смесь двух или более газов из числа
указанных. Газообразный углеводород может
быть смешан с инертным газом, например, азотом, аргоном или другим подобным газом с условием, что при смешивании с воздухом или
другим кислородсодержащим газом результирующая смесь останется горючей.
В более предпочтительном воплощении
способа используемая печь представляет собой
печь установки парофазного риформинга для
производства синтетического газа, применяемого в соответствующих установках синтеза, таких как установка синтеза метанола, установка,
реализующая процесс (реакцию) Фишера -
004437
8
Тропша или установка оксосинтеза для гидроформилирования олефинового сырья. Кроме
того, источником богатого водородом газа может служить поток непрореагировавшего отходящего газа установки синтеза.
Кислородсодержащим газом могут быть
кислород, богатый кислородом воздух или воздух (обычный), но предпочтительно - воздух. В
этом случае горючим газом, подводимым к заранее выбранной горелке, может быть природный газ, а кислородсодержащим газом - воздух.
Как правило, горючий газ и воздух подают
во множество имеющихся горелок в количествах, достаточных для получения смеси, состоящей в каждой из большого количества горелок
примерно на 4% по объему из природного газа и
на 96% по объему из воздуха. После создания в
каждой из множества горелок факела горения
количество подводимого природного газа может
быть постепенно увеличено (путем дискретных
приращений расхода или его непрерывного увеличения), чтобы получить смесь, в каждой из
большого количества имеющихся форсунок,
состоящую приблизительно на 8% по объему из
природного газа и на 92% из воздуха.
В предпочтительном воплощении предлагаемого способа на стадии (е) состав сжигаемого газа изменяют до тех пор, пока он не будет
состоять по существу из богатого водородом
газа. В этом случае стадия (е) может быть проведена за период времени, составляющий приблизительно от 1 секунды до 15 мин, предпочтительно - за период приблизительно от 5 с до 2
мин, еще более предпочтительно продолжительность этого периода составляет от около 5 с
до около 1 мин.
На стадии (е) способа, осуществляемого в
соответствии с данным изобретением, состав
сжигаемого газа изменяют до тех пор, пока по
меньшей мере основная часть (т.е. по меньшей
мере 50%) газообразного углеводорода не будет
заменена на газ, богатый водородом. Предпочтительна замена на стадии (е) газообразного
углеводорода (используемого в сжигаемом газе
на стадии (b)) на богатый водородом газ по
меньшей мере на 80% и более предпочтительна
- по существу на 100%.
Горелки предпочтительно монтируют в
верхней части печи так, чтобы факел от по
меньшей мере одной горелки или от всего ряда
горелок был направлен вниз.
При осуществлении работы печи парофазной риформинг-установки в соответствии с
предлагаемым способом в печи может быть
обеспечено надежное и безопасное зажигание
факела горения водорода.
Богатый водородом газ может представлять собой чистый водород или горючую смесь
водорода с одним или более другими газами,
например, инертными газами (например, азот,
аргон, и другой подобный газ) или углеводородным газом, например метаном, этаном, про-
9
паном, бутаном или другим подобным газом.
Предпочтительно богатый водородом газ может
включать по объему по меньшей мере около
50% водорода, более предпочтительно по
меньшей мере около 80% водорода, вплоть до
99% или более водорода. В том случае, когда
речь идет о печи установки парофазного риформинга метана или природного газа, проводимого с целью получения синтетического газа
для производства метанола и реализующего
процесс Фишера-Тропша или процесс оксосинтеза, синтетический газ, полученный в результате риформинга, содержит, согласно нижеприведенному пояснению, избыток водорода, и в этом
случае богатым водородом газом может служить непрореагировавший газ, оставшийся после проведения последующей стадии (или стадий) синтеза.
Основные реакции, происходящие в трубах печи установки парофазного риформинга,
имеют следующий вид:
(1) CR4 + Н2О = СО + 3Н2
(2) СО + Н2О = СО2 + Н2
(3) 2СО = СО2+С.
В результате полученный синтез-газ содержит Н2 и СО в молярном отношении приблизительно 3:1, что заметно превышает молярное
отношение Н2 и СО, необходимое для синтеза
метанола, составляющее 2:1. Реакции, происходящие при синтезе метанола из окиси углерода
и двуокиси углерода, которая обычно присутствует в качестве незначительной компоненты в
смеси синтез-газа, имеют следующий вид:
(4) СО + 2Н2 = СН3ОН
(5) СО2 + 3Н2 = СН3ОН + Н2О.
Во всех случаях синтез метанола из синтез-газа, получаемого посредством парофазного
риформинга метана или природного газа, приводит к образованию потока отходящего (побочного) газа, богатого водородом, который
приемлем для использования в способе, осуществляемом в соответствии с настоящим изобретением. При необходимости этот газ может
быть подвергнут подходящим стадиям очистки,
например, "ударной абсорбции под давлением",
что позволяет увеличить содержание водорода в
газе перед его использованием в качестве топлива в печи, при этом остаточный газ, который
богат окисями углерода, рециркулирует через
реакционные трубы зоны синтеза метанола.
Обычно предпочтительно предварительно
подогревать горючий газ и/или кислородсодержащий газ, например, воздух перед его подачей
в печь. Подогрев может быть осуществлен посредством обычного процесса теплообмена с
использованием традиционного источника тепла, такого как топочные газы, выходящие из
печи. Такое решение позволяет использовать
теплоту сгорания топлива, при его сжигании в
горелках печи, с оптимальной эффективностью.
В процессе подогрева горючий газ и/или кислородсодержащий газ может быть нагрет до тем-
004437
10
пературы, составляющей приблизительно от
300°С до приблизительно 800°С.
В предпочтительном воплощении способа
в соответствии с настоящим изобретением горючий газ подают отдельно от кислородсодержащего газа через коллекторный трубопровод к
индивидуальным подводящим трубам, питающим соответствующие горелки. Эти индивидуальные подводящие трубы не снабжены клапанами регулирования подачи. Кислородсодержащий газ подогревают путем теплообмена с
газами, полученными при риформинг-процессе,
а горячий нагретый кислородсодержащий газ
используют для внешнего нагрева индивидуальных подающих труб, по которым подают
горючий газ, чтобы предварительно его подогреть.
Когда необходимо прекратить горение богатого водородом газа в печи, вместо богатого
водородом газа, осуществив соответствующее
переключение, подают эквивалентное по объему количество инертного газа, например, азота,
поддерживая в то же время расход кислородсодержащего топлива. По мере того, как инертный
газ заменяет богатый водородом газ, пламя факела в течение определенного периода времени
будет угасать. По истечении достаточного периода времени подачи инертного газа опасность
взрыва в конструкции горелки исключается, и
таким образом устраняется возможность проскока пламени в горелке. Угасание пламени
приведет к прекращению реакции парофазного
риформинга и охлаждению газов, полученных
при риформинг-процессе, выходящих из реакционных труб. Поддерживая расход воздуха
через входной воздушный коллекторный трубопровод, можно тем самым содействовать охлаждению печи.
Для того, чтобы данное изобретение можно было хорошо понять и легко осуществить,
далее с помощью единственного примера будет
раскрыт предпочтительный способ в соответствии с данным изобретением со ссылкой на приложенные фигуры чертежей, на которых:
фиг. 1 изображает экспериментальную установку, предназначенную для моделирования
части ряда горелок и ряда труб печи компактной
риформинг-установки типа, описанного в международной заявке WO 94/29013, вид в плане;
фиг. 2 - вертикальный разрез экспериментальной установки, показанной на фиг. 1.
На фиг. 1 и 2 показана экспериментальная
установка с горелками, которая содержит теплоизолированный корпус в виде прямоугольного параллелепипеда, имеющего следующие габаритные размеры: длина 470 мм, ширина 115
мм и высота 1625 мм, к которому присоединен
второй корпус длиной 142 мм, шириной 115 мм
и высотой 1625 мм. Между этими двумя корпусами отсутствует разделительная стенка, и поэтому вместе они образуют один единый корпус
с сечением в виде буквы Т со смещением по
11
горизонтали верхнего элемента буквы. Стенки
установки 1 выполнены из пластин 2, 3, 4, 5, 6,
7, 8 и 9, изготовленных из мягкой стали. Верхний торец 10 установки открыт, а нижний закрытый торец образован нижней пластиной 11,
изготовленной из мягкой стали. Над нижней
пластиной 11 смонтирована поперечная пластина 12, также изготовленная из мягкой стали,
которая в установке 1 образует верхнюю стенку
коллекторного воздушного короба 13 и одновременно нижнюю стенку камеры сгорания. В
пластине 12 выполнены отверстия диаметром 3
мм, сквозь которые в камеру сгорания 15 может
нагнетаться воздух из воздушного коллекторного короба 13. Все соединения (пластин) в установке были герметичными.
Внутри камеры сгорания 15 смонтирован
пакет из восемнадцати алюминиевых труб
внешним диаметром 45 мм, размещенных на
одинаковом расстоянии друг от друга, с центрами сечений, расположенными в углах "шаговых" квадратов (построенных путем соединения
центров сечений труб и определяющих шаг расположения труб) со стороной 70 мм. Трубы 16 в
результате выполнены так, что они внешне воспроизводят пакет труб, устанавливаемый в печи
компактной риформинг-установки. В центрах
"шаговых" квадратов и на расстоянии от труб 16
смонтирована группа горелочных труб 17, образованная восемью трубами внешним диаметром
19 мм и длиной 150 мм. Шесть горелочных труб
17 расположены в линию, а две - в боковом ответвлении, образованном стенками 6, 7, и 8. В
зазор между трубами 16 и горелочными трубами
17 загружены сферические частицы из окиси
алюминия (не показаны) слоем в 50 мм так, чтобы над сферическими частицами каждая из горелочных труб 17 выступала приблизительно на
100 мм. Горелочные трубы 17 снабжаются каждая из топливного коллекторного короба 18,
имеющего высоту 25 мм, через единственное
отверстие 19 диаметром 2 мм. Каждая горелочная труба 19 окружена снаружи четырьмя отверстиями 14 для подачи через них воздуха.
Такое выполнение горелочных труб 17 и отверстий 14 для подачи воздуха обеспечивает, вместе с эффектом рассеяния воздуха на сферических частицах, эффективное распределение воздуха к горелочным трубам 17, подобное эффекту вынужденной подачи воздуха в камеру пламенной печи риформинг-установки, в которой
установлены трубы.
Для обеспечения возможности наблюдения
факелов и распространения пламени, в стенке 3
протяженной боковой стороны установки 1
смонтировано стеклянное окно 20. Низ окна 20
по уровню расположения совпадает с верхним
торцом горелочных труб 17. В каждой из стенок
2 и 4, а также в стенке 7 выполнено отверстие 22
диаметром 18 мм, причем низ отверстия 22 совпадает с уровнем верхнего торца 21 труб горелки 17.
004437
12
Отверстие 22 можно использовать для
ввода факела горения кислородо-пропановой
смеси, выполняющего роль запального факела,
предназначенного для воспламенения топлива,
выходящего из примыкающей (к отверстию 22)
горелочной трубы 17. Кроме того, отверстие 22
обеспечивает наличие дополнительного средства наблюдения. Над открытым торцом 10 установки 1 под определенным углом установлено
зеркало (не показано), обеспечивающее удобство наблюдения, позволяющее заглядывать сверху вниз, внутрь установки 1, при этом наблюдатель не подвергается воздействию тепла и дыма.
Настоящее изобретение далее иллюстрируется примерами осуществления. В описанных
ниже примерах все величины расходов газа
приведены в л/час и отнесены к температуре
0°С и давлению 760 мм рт. ст. (101,33 kPa).
Пример 1. Установка 1 была выполнена с
возможностью ее снабжения через короб 18 подачи топлива по существу чистым водородом,
используемым в качестве топлива, а через коллекторный короб 13 - воздухом. Расходы топлива и воздуха измеряли с помощью соответствующих ротаметров (не показаны). Был проведен ряд опытов, причем продолжительность
каждого из них составляла лишь несколько секунд. Выбранный порядок проведения опытов
включал создание расхода воздуха, который
поступал из воздухоподводящего короба 13 в
камеру 15 сгорания через отверстия 14, и создание затем расхода топлива через горелочные
трубы 17, подводимого из короба 18 подачи
топлива через отверстия 19. При этом предварительно в одно из предназначенных для зажигания отверстий 22 был введен запальный факел
горения кислородо-пропановой смеси так, чтобы при последующей подаче через короб 18
подачи водорода в прилегающей к отверстию 22
горелочной трубе 17 мог быть зажжен факел.
Если зажигание не происходило, расход топлива
прерывали, и изменяли величину расхода воздуха. Затем снова подавали топливо, и вновь
повторяли попытку поджига. В некоторых случаях зажигалось пламя также и в трубе 17, примыкающей к трубе 17, зажженной с помощью
запального
факела
горения
кислородопропановой смеси, и, как правило, далее пламя
распространялось по всем горелкам. Была сделана видеозапись каждой попытки зажигания. В
тех случаях, когда розжиг происходил, в камеру
15 сгорания для гашения факелов добавляли
азот и прекращали подачу топлива. Без добавления азота часто наблюдался проскок пламени
в горелках. Затем вновь производили подачу
топлива при новом расходе, осуществляя попытки зажигания так, как это было описано выше. Для каждого выбранного расхода топлива
был опробован ряд различных расходов воздуха. В результате проведенных экспериментов
было установлено, что воспламенение и распространение пламени возможно в интервале рас-
13
ходов водорода от 1600 до 5000 л/ч при расходах воздуха, соответствующих его избытку от
приблизительно 200 до 400%. Иными словами,
воспламенение было возможным при объемном
содержании водорода в смесях с воздухом от
около 10 до 15%. Однако, по наблюдениям, воспламенение и распространение пламени при
использовании в качестве топлива водорода
было, в общем, интенсивным и неустойчивым.
В каждой горелке, при ее розжиге от факела,
горящего над каждой горелочной трубой 17,
был зафиксирован отчетливый "хлопок". Было
установлено, что с увеличением расхода топлива выделение энергии сгорания топлива увеличивалось, причем проходило оно слишком интенсивно, особенно при расходах с более низким избытком воздуха. При более низких расходах топлива факел над горелочными трубами
17 или не формировался или же был слишком
слабым для обеспечения достаточной степени
распространения пламени. Это имело место
также и при расходах с большим избытком воздуха. Было замечено, что расчетная смесь "топливо/воздух" для некоторых из этих неудовлетворительно низких расходов топлива была
близка к отмеченному выше нижнему пределу
воспламеняемости водорода в воздухе, соответствующему 4% (отношение "топливо/воздух").
Пример 2. Был повторен порядок действий, описанный в примере 1, за исключением
того, что в качестве топлива использовали природный газ. Было установлено, что воспламенение и распространение пламени возможно в интервале значений расхода природного газа от
1450 до 2900 л/ч при избытка воздуха, составляющем от около 80 до около 100%. Согласно
наблюдениям воспламенение и распространение
пламени при использовании природного газа не
было сильным и неустойчивым.
Пример 3. Был повторен порядок действий, описанный в примере 2, при расходе воздуха, равном 35000 л/ч и расходе природного газа
1700 л/ч, при этом в каждой горелке был получен стабильный факел. Затем был проведен ряд
опытов, в которых в течение примерно от 5 секунд до примерно 60 с поток природного газа
был заменен водородом с расходом 4800 л/ч. В
факелах горения не были замечены изменения,
ни в части неустойчивости, ни в части интенсивности горения, не были также отмечены
взрывы во время или после перехода с одного
топлива на другое.
Пример 4. Установка 1 была перевернута
(днищем вверх) и для предотвращения выпадения сферических частиц, выполненных из окиси
алюминия, была установлена проволочная сетка. Был повторен порядок действий по примеру
2, за исключением того, что зажженные факелы
были направлены вниз, с получением аналогичных результатов.
Пример 5. При перевернутой установке 1
повторили порядок действий, описанный в при-
004437
14
мере 2, за исключением того, что зажженные
факелы были направлены вниз, с получением
аналогичных результатов.
Пример 6. При все еще перевернутой установке 1 повторили порядок действий в соответствии с примером 3. Для направленных вниз
факелов получили аналогичные результаты.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ работы печи при использовании
в качестве топлива для печи богатого водородом
газа, причем печь имеет большое количество
горелок для сжигания поступающего в них топлива, при этом предлагаемый способ включает в
себя
(a) подачу в каждую из большого количества горелок кислородсодержащего газа и горючего газа, включающего в себя газообразный
углеводород в количествах, достаточных для
образования воспламеняемой смеси,
(b) зажигание факела пламени по меньшей
мере в одной выбранной горелке,
(c) обеспечение возможности распространения пламени по меньшей мере от одной выбранной горелки к другим горелкам большого
количества имеющихся горелок,
(d) изменение состава сжигаемого газа в
заданный период времени с тем, чтобы заменить, по меньшей мере, часть газообразного
углеводорода на газ, богатый водородом, осуществляемое до тех пор, пока по меньшей мере
в каждой из большого количества горелок не
установится факел преобладающего горения
водорода.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что
множество горелок устанавливают в ряд в печи
так, что пламя, зажженное по меньшей мере в
одной заранее выбранной горелке, распространяется к каждой из других горелок ряда.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем,
что множество горелок устанавливают в верхней части печи так, что факелы горения от
большого количества горелок при работе печи
направлены сверху вниз.
4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем,
что множество горелок устанавливают в нижней
части печи так, что факелы от большого количества горелок при работе печи направлены снизу
вверх.
5. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в случае использования печи,
которая представляет собой печь установки для
проведения парофазного риформинга, имеющую большое количество труб, каждая из которых содержит засыпку катализатора, используемого при проведении парофазного риформинга, трубы печи риформинг-установки устанавливают таким образом, что их оси направлены вертикально, множество горелок устанавливают в ряд в верхней части печи для нагрева
труб печи риформинг-установки до температу-
15
004437
ры осуществления парофазного риформинга с
помощью факелов, распространяющихся вниз
из большого количества горелок, и обеспечивают прохождение реакционной смеси, включающей смесь пара и углеводородного сырья, предназначенного для переработки путем риформинга, снизу вверх через нагреваемые трубы
печи при условиях, необходимых для проведения парофазного риформинга.
6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что газообразный углеводород
включает в себя метан или природный газ.
7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что используют печь для проведения
риформинга в паровой фазе с получением синтез-газа для расположенной ниже по потоку
обрабатываемого сырья установки для проведения синтеза.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что
расположенная ниже по потоку обрабатываемого сырья установка для получения синтетического газа представляет собой или установку
для получения синтетического метанола, или
установку Фишера-Тропша, или установку для
проведения оксосинтеза.
9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что горючим газом, подводимым к
заранее выбранной горелке на стадии (d), является природный газ, а кислородсодержащим
газом является воздух, при этом горючий газ и
воздух подают во множество имеющихся горе-
16
лок в количествах, достаточных для получения
в каждой из множества горелок смеси, содержащей по объему около 4% природного газа и
около 96% воздуха.
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что
после зажигания факела в каждой из множества
горелок количество природного газа, подаваемого к этим горелкам, увеличивают путем дискретных приращений или непрерывно для получения смеси, состоящей приблизительно на 8%
по объему из природного газа и приблизительно
на 92% по объему из воздуха.
11. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что на стадии (d) состав горючего газа изменяют до тех пор, пока горючий газ
не будет состоять, по существу, из богатого водородом газа.
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что
стадию (d) осуществляют за период времени,
составляющий приблизительно от 5 с до 1 мин.
13. Способ по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что при проведении стадии (d)
расход богатого водородом газа уменьшают по
отношению к расходу богатого водородом газа,
реализуемому при последующей работе печи.
14. Способ по п.13, отличающийся тем, что
объемный расход богатого водородом газа на
стадии (d) составляет меньше чем около 25% от
полного рабочего расхода богатого водородом
газа, для сжигания которого предназначена
печь.
Фиг. 1
Фиг. 2
Евразийская патентная организация, ЕАПВ
Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа