專利名稱：烴燃料在燃燒爐中的燃燒方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及烴燃料在燃燒爐中的燃燒方法與實(shí)施這種燃燒方法的設(shè)備。
在化學(xué)工業(yè)中，在工業(yè)爐與過(guò)程加熱器中燃燒時(shí)通常使用烴燃料，采用適當(dāng)?shù)娜紵隣t提供熱量，以給在反應(yīng)容器中進(jìn)行的反應(yīng)以所需要的熱量。
已知燃燒爐的常見(jiàn)缺陷是，如在工業(yè)燃燒爐所需的高燃料氣體速度下燃燒爐面受到的損傷和由燃燒爐表面在高溫下接觸到腐蝕性氣氛而引起的金屬粉塵。
US 5 496 170公開(kāi)了漩渦流燃燒爐，其改進(jìn)設(shè)計(jì)是通過(guò)在靠近燃燒爐面燃燒而防止燃燒產(chǎn)物內(nèi)循環(huán)，因此基本上可防止由熱燃燒產(chǎn)物所造成的燃燒爐面損傷。
現(xiàn)在還觀察到，當(dāng)讓保護(hù)性氣體沿著燃燒爐體外表面和爐體面流動(dòng)，其量足以稀釋或代替在燃燒爐表面周圍的腐蝕性氣氛時(shí)，基本上可以避免金屬粉塵和受到腐蝕性氣氛的工業(yè)燃燒爐的滲碳作用。
因此，本發(fā)明提供一種在接觸到腐蝕性氣氛的燃燒爐中烴燃料燃燒的方法，其中讓非-腐蝕性氣氛沿著燃燒爐外表面通過(guò)，以保護(hù)該表面不與腐蝕性氣氛接觸。
合適的非-腐蝕性氣氛應(yīng)是任何氣體介質(zhì)，它不會(huì)在高溫下造成金屬粉塵或在金屬表面發(fā)生滲碳反應(yīng)。
合適的非-腐蝕性氣氛包括蒸汽、H2、CO2和氮?dú)饣蛩鼈兊幕旌衔铩?br>
此外，本發(fā)明提供一種烴燃料與氧化劑燃燒的燃燒爐，其中包括在外金屬表面內(nèi)供給燃料和氧化劑的通道，和燃料與氧化劑噴口，其改進(jìn)之處在于該燃燒爐包括在燃燒爐的至少部分外金屬表面周圍的同心并隔開(kāi)的壁，適于沿著表面引入與通過(guò)保護(hù)性的氣氛。
當(dāng)在反應(yīng)器中使用上述燃燒爐時(shí)，在反應(yīng)器頂部圍繞燃燒爐外表面，以適當(dāng)距離用耐高溫襯里材料形成該壁，因此形成了在燃燒爐操作期間保護(hù)性氣氛引入與通過(guò)的通道。
參看唯一的附圖，下面更詳細(xì)地說(shuō)明了一種本發(fā)明特定實(shí)施方案，該
了安裝在耐高溫襯里的反應(yīng)器頂上的本發(fā)明燃燒爐的截面圖。
燃燒爐2有帶圓柱金屬上表面4的外表面與圓錐形金屬噴口6，該燃燒爐安裝在反應(yīng)器1頂部。在燃燒爐頂1的燃燒爐表面與耐高溫襯里8之間，構(gòu)成了在上表面4與噴口6部分之間的環(huán)形空間10。蒸汽流沿著上表面4通過(guò)環(huán)形空間10，并流向噴口6。通過(guò)環(huán)形空間10的蒸汽流保護(hù)外表面免受腐蝕性燃燒氣氛，并防止該表面由燃燒氣氛造成的滲碳作用或金屬粉化反應(yīng)。
實(shí)施例在自熱重整爐(ATR)中試廠中，使用如US5 496 170公開(kāi)的燃燒爐實(shí)施了本發(fā)明方法的不同實(shí)施方案。為保護(hù)燃燒爐外壁免受金屬粉化，以蒸汽流在燃燒爐周圍的套管中流過(guò)。該燃燒爐的外噴嘴用合金制成，初步試驗(yàn)表明，在外部沒(méi)有蒸汽流保護(hù)的情況下，其噴嘴受到金屬粉塵的浸蝕作用。同時(shí)，通過(guò)測(cè)定某些蒸汽與碳的比(S/C)的臨界溫度，試驗(yàn)了有關(guān)生成積炭的個(gè)個(gè)燃燒爐的性能。在每個(gè)試驗(yàn)中，通過(guò)逐漸地降低反應(yīng)器出口溫度(T出口)直到超過(guò)積炭極限，可測(cè)定到該臨界溫度。此外，在沒(méi)有保護(hù)蒸汽流而在其他相同的條件(即入口流量、操作壓力和蒸汽與碳的比)下對(duì)燃燒爐測(cè)定了該值。蒸汽與碳之比定義為以摩爾計(jì)的所有蒸汽料的總和除以以碳原子摩爾計(jì)的烴的總和(C1)。在上述試驗(yàn)中使用的中試廠包括往ATR反應(yīng)器提供不同原料流的設(shè)備，ATR反應(yīng)器和產(chǎn)物氣體后處理設(shè)備。
原料流由天然氣、蒸汽、氧與氫組成。所有氣體壓縮到操作壓力，并預(yù)熱到操作溫度。天然氣的平均組成列于表1。天然氣在加入ATR反應(yīng)器之前進(jìn)行脫硫。原料流合并成三種蒸汽，并傳到ATR的燃燒爐。天然氣、氫氣和蒸汽的第一原料流預(yù)熱到溫度約500℃。
含有氧氣和蒸汽的第二原料流預(yù)熱到200～220℃。僅由蒸汽組成的第三原料流加熱到450℃。
在ATR反應(yīng)器中，進(jìn)行亞化學(xué)計(jì)算燃燒，接著催化蒸汽重整和轉(zhuǎn)移反應(yīng)。采用氣相色譜分析進(jìn)口和出口氣體的組成。產(chǎn)物氣體與重整和轉(zhuǎn)移反應(yīng)處于平衡。在ATR反應(yīng)器下游，將其過(guò)程氣體冷卻，并將產(chǎn)物氣體中的大部分蒸汽含量冷凝。
表
使用由市售Haynes-230合金制造的燃燒爐進(jìn)行兩個(gè)試驗(yàn)。在蒸汽與碳的比為0.35和0.6的操作條件下，在燃燒爐外壁上無(wú)保護(hù)蒸汽流，先進(jìn)行了這種合金試驗(yàn)，由此燃燒爐外部在約155個(gè)操作小時(shí)之后受到金屬粉塵浸蝕。根據(jù)本發(fā)明帶保護(hù)蒸汽試驗(yàn)的相應(yīng)操作條件匯集于下表2。
以參比試驗(yàn)“SP S/C 0.6參比”與“SP S/C 0.35參比”，在蒸汽套管中沒(méi)有蒸汽時(shí)，對(duì)上述燃燒爐型進(jìn)行了積碳生成極限試驗(yàn)。其試驗(yàn)結(jié)果匯集于表3。然后，研究了部分蒸汽沿著燃燒爐外壁通過(guò)蒸汽套管時(shí)的積碳極限。積碳性能試驗(yàn)的操作條件與表征燃燒爐積碳性能的臨界溫度(T臨界)一起列于表3。
表2
在蒸汽與碳之比(S/C)為0.60(MD S/C 0.60)與0.35(MD S/C 0.35)的條件下分別進(jìn)行金屬粉塵試驗(yàn)。操作條件匯集在表中，其中T進(jìn)口，1與T進(jìn)口，2分別是第一原料流與第二個(gè)原料流進(jìn)口溫度，而T出口與P出口是氣體離開(kāi)反應(yīng)器的溫度與壓力，在這些條件下蒸汽重整與轉(zhuǎn)移反應(yīng)是處于平衡的。
在每個(gè)試驗(yàn)之后，從ATR反應(yīng)器取出燃燒器以便檢驗(yàn)。在外壁上沒(méi)有保護(hù)蒸汽流的燃燒爐出現(xiàn)在氣體噴嘴外表面上被金屬粉塵腐蝕的表面區(qū)域，而有保護(hù)蒸汽的燃燒爐外噴嘴在其外表面沒(méi)有出現(xiàn)任何金屬粉塵征兆。
表3
積碳性能試驗(yàn)(SP)的操作條件與臨界溫度(T臨界)包括在蒸汽套管中沒(méi)有蒸汽的參比試驗(yàn)。
為了研究燃燒爐積碳性能，進(jìn)行了4個(gè)試驗(yàn)以確定在套管中有蒸汽流操作時(shí)的臨界溫度(T臨界)。如表3所表明的一樣，進(jìn)行的四個(gè)試驗(yàn)的蒸汽-碳比為0.60與0.35，其表中還列出了臨界溫度(T臨界)。在套管中蒸汽流與流到第一個(gè)原料流的蒸汽流都進(jìn)行改變，以便使流到過(guò)程中的總蒸汽流保持不變。將這些結(jié)果與在沒(méi)有蒸汽套管下操作的同樣類型燃燒爐所得到的結(jié)果(參比)比較。沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何顯著差別的試驗(yàn)。因此，在燃燒爐外部在蒸汽套管中有蒸汽流的操作，當(dāng)其量相應(yīng)于加入該過(guò)程總蒸汽量的8～35％時(shí)，就積碳而言不影響燃燒爐的性能。
權(quán)利要求
1.一種用于在接觸腐蝕性氣氛的燃燒爐中烴燃料燃燒的方法，其中以非-腐蝕性氣氛沿著燃燒爐外表面通過(guò)可保護(hù)燃燒爐外表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中非-腐蝕性氣氛由蒸汽、H2、CO2、氮?dú)饣蛩鼈兊幕旌衔锝M成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中烴燃料是與蒸汽一起燃燒的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中非腐蝕性氣體由蒸汽組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中至少部分蒸汽與非腐蝕性氣氛一起加到烴燃料中。
6.一種用于烴燃料與氧化劑燃燒的燃燒爐，該燃燒爐包括在外金屬表面內(nèi)供給燃料和氧化劑的通道、和燃料與氧化劑噴口、以及一個(gè)在燃燒爐至少部分外金屬表面周圍同心并隔開(kāi)的壁，該壁適于沿表面加入與通過(guò)保護(hù)性的氣氛。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃燒爐，其中壁由耐高溫襯里材料構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在接觸腐蝕性氣氛的燃燒爐中烴燃料燃燒的方法,其中以非－腐蝕性氣氛沿著燃燒爐外表面通過(guò)可保護(hù)燃燒爐外表面。
文檔編號(hào)F23L7/00GK1249414SQ99118869
公開(kāi)日2000年4月5日 申請(qǐng)日期1999年9月15日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月15日
發(fā)明者T·S·克里斯滕森, I·I·普里姆達(dá)爾, O·霍爾姆-克里斯滕森, P·S·克里斯滕森 申請(qǐng)人:赫多特普索化工設(shè)備公司