將反應氣體引入反應室的方法和裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種將燃料氣體和氧化劑分別引入管狀反應器的反應室以便它們混合并反應以及釋放熱量的方法和裝置。
【背景技術】
[0002]管狀反應器是已知的(例如專利DE 10320965B4)，其主要用于通過部分氧化生成合成氣體，為此，使含烴燃料氣體與氧化劑在反應器的反應室中一起反應。為了將待反應的氣體引入反應室，建議使用噴射燃燒器或旋流燃燒器，它們具有在燃燒器頭上彼此同心布置的管，這些管形成用于氣流的進料通道。考慮到反應室和燃燒器頭的低直徑比，在管狀反應器的操作期間，存在產生靜態聲波的風險，該靜態聲波可能干擾燃料器的運行。此外，通過氣體出口區域的低流量區可能加強煙灰生成。由于必須將氣體出口某些邊緣的速度始終維持為火焰速度，而且在負載范圍內以穩定方式運行這種燃燒器可能受到限制。因此，有時使用特定的預熱燃燒器將冷的反應器加熱至所使用氣體的著火溫度，而且這需要在采取標準操作之前，從熱的反應器移走該預熱燃燒器。
[0003]僅通過管壁將導入進料通道中的待反應氣體彼此分開會損害反應器。例如，導入通道中的氧化劑可與流入的燃料氣體在連通出口邊緣附近直接相鄰的通道中反應，使得可能由于管材料的燃盡而損害反應器。
[0004]使用這種燃燒器時，可能由于火焰長度而產生其他問題。尤其是在啟動過程中，其中反應室中的壓力通常遠低于標準操作期間的壓力，存在燃燒器火焰接觸反應室壁的風險，并導致強烈的熱應力。
【發明內容】
[0005]因此，本發明的目的是提出一種方法以及相關的裝置，以克服現有技術的缺陷。
[0006]本發明的目的通過以下方法來實現:在三個以上氣體射流的每種情況下，不僅將燃料氣體，還將氧化劑引入反應室，其中當進入反應室時，彼此盡可能相鄰的燃料氣體射流(K)和氧化劑射流(L)之間的間距為2-500mm，優選5_50mm。
[0007]本發明方法的另一個實施方案如下:
[0008].將氧化劑射流彼此平行地引入反應室。
[0009].至少一個燃料氣體射流分配給一個氧化劑射流，從而使這兩個氣體射流的軸形成5° -75°、優選20° -60°的角度。
[0010].至少兩個燃料氣體射流分配給一個氧化劑射流，從而使它們驅動圍繞氧化劑射流的軸的湍流。
[0011].將燃料氣體和氧化劑以最小速度引入反應室，在每種情況下，該最小速度比在管狀反應器的反應室中由兩種氣體的反應形成的產物氣體的平均流速大1/F倍，其中根據公式F=A-Phl3sw，F取決于反應室中的壓力P，A為0.25-2.5的數值。
[0012].根據反應室中待釋放的熱輸出量，增加或者減少燃料氣體射流和氧化劑射流的數量。
[0013].管狀反應器的橫截面上每單位面積的氣體射流的直徑和/或數量相同或者不同。
[0014]此外，本發明涉及一種將原料氣分別引入管狀反應器的反應室的裝置，其具有用于燃料氣體和氧化劑的進料通道，其中進料通道在反應室側面的出口開口處終止。
[0015]本發明的目的根據以下裝置來實現:不僅將用于燃料氣體的進料通道，還將用于氧化劑的進料通道在至少三個出口開口處終止;其中彼此盡可能相鄰的燃料氣體射流(K)和氧化劑射流(L)之間的間距為2-500mm，優選5_50mm ；并且其中進料通道的出口端由隔熱材料圍繞或者由隔熱材料形成。
[0016]本發明裝置的另一個實施方案如下:
[0017].用于氧化劑的進料通道的出口端為彼此平行布置的。
[0018].燃料氣體的進料通道分配給氧化劑的每個進料通道，其中兩個通道的出口端的軸形成5°-75°、優選20°-60°的角度。
[0019].所有出口開口精確布置在與反應室的縱軸平行的一個平面上。
[0020].進料通道的出口端構建成擴散器或收縮噴嘴。
[0021].出口開口的直徑為2-20mm，但優選5-10mm。
[0022].隔熱材料布置在管狀反應器中，使得從管狀反應器的進氣側上的反應室分隔出氣室，其中所述氣室可用于將燃料氣體分配到出口開口。
[0023].氧化劑通道和分配給所述氧化劑通道的一個或多個燃料氣體通道與圍繞它們的隔熱材料整合(zusammengefasst)成一個燃燒器組件。
[0024]?燃燒器組件具有與其相同或不同的至少一個第二燃燒器組件，它們整合形成具有在反應室側封閉的表面的單元。
[0025].管狀反應器的橫截面上每單位面積的進料通道的直徑和/或數量相同或不同。
[0026]由于本發明的燃料氣體和氧化劑分配給多個氣體射流，因此可降低火焰長度和均勻反應室的橫截面上的溫度特征譜。燃料氣體射流和氧化劑射流之間的間距，保證兩種類型的氣體的混合區域離開引入它們所使用的裝置的位移，與現有技術相比較，這降低了裝置的熱負載。
【附圖說明】
[0027]下文將結合示意圖1-3所示出的三個示例性實施方案來解釋本發明。
[0028]圖1示出本發明的具有燃燒器的管狀反應器。
[0029]圖2和3示出燃燒器組件及其布置的可能形式的實例。視圖為管狀反應器的縱軸方向上的反應室。
【具體實施方式】
[0030]在圖1示出的管狀反應器Z的頂端的縱向截面上，布置根據本發明的燃燒器，通過該燃燒器，可將燃料氣體2(單獨或與蒸汽混合)以及氧化劑I引入反應室R。燃燒器包括由隔熱材料制成的板P，板P填充在反應室R的橫截面中并用該橫截面隔開氣室G。將燃料氣體2(例如天然氣)(任選與蒸汽)通過氣室G分配到燃料氣體通道K中，通過燃料氣體通道K進入反應室R。燃料氣體通道K處于管狀反應器的縱軸的斜面上，由板P的隔熱材料中的排氣閥開口(Aussparungen)直接形成，或者由隔熱材料圍繞的金屬或陶瓷制成的管形成。在附圖中，在每種情況下，兩個燃料氣體通道K分配給一個氧化劑通道L，所述氧化劑通道管道L與管狀反應器Z的縱軸平行。與燃料氣體通道管道K的情況一樣，同樣適用于通過分配器管線O所連接的氧化劑通道L，其由板P的隔熱材料中的排氣閥開口直接形成，或由隔熱材料圍繞的金屬或陶瓷制成的管形成。由于燃料氣體通道K對相關的氧化劑通道L傾斜，在合成氣體3中產生湍流，并由此形成短火焰或反應區。圖1示出具有豎直縱軸的管狀反應器Z，燃料氣體2和氧化劑I從反應室R的頂部引入其底部。然而，不排除這樣的情況:管狀反應器Z可具有任何所需方向的縱軸，并可將燃料氣體2和氧化劑I在相應的任何所需方向引入反應室R。
[0031 ]圖2示出具有方形端面的燃燒器組件M，氧化劑通道L在其中部打開。四個燃料氣體通道K分配給氧化劑通道L。為了提高燃燒器的輸出量，可連接多個組件，從而形成封閉的表面。它的一個實例是由燃燒器組件M以及虛線示出的三個相同的組件m所形成的正方形。
[0032]在圖3中，燃燒器組件M’具有六邊形端面，氧化劑通道L在其中部打開。三個燃料氣體通道K分配給氧化劑通道L。為了提高燃燒器的輸出量，可以連接多個組件，從而形成封閉表面。它的一個實例是由燃燒器組件M’以及虛線示出的六個組件m’所形成的表面。
【主權項】
1.一種將燃料氣體(2)以及氧化劑(I)分別引入管狀反應器(Z)的反應室(R)以便使它們混合并反應以及釋放熱量的方法，其特征在于，在三個以上氣體射流(K，L)的每種情況下，不僅將燃料氣體(2)，還將氧化劑(I)引入反應室(R)，其中當進入反應室(R)時，彼此盡可能相鄰的燃料氣體射流(K)和氧化劑射流(L)之間的間距為2-500mm，優選5_50mm。2.權利要求1的方法，其特征在于，將所述氧化劑射流(L)彼此平行地引入反應室(R)。3.權利要求2的方法，其特征在于，至少一個燃料氣體射流(K)分配給一個氧化劑射流(L)，從而使這兩個氣體射流的軸形成5°-75°、優選20°-60°的角度。4.權利要求3的方法，其特征在于，至少兩個燃料氣體射流(K)分配給一個氧化劑射流(L)，從而使它們驅動圍繞所述氧化劑射流的軸的湍流。5.權利要求1-4中任一項的方法，其特征在于，將燃料氣體(2)和氧化劑(I)以最小速度引入反應室(R)，在每種情況下，所述最小速度比在所述管狀反應器的反應室(R)中由兩種氣體的反應形成的產物氣體(3)的平均流速大1/F倍，其中根據公式F=A-PGth398^F取決于反應室(R)中的壓力P，A為0.25-2.5的數值。6.權利要求1-5中任一項的方法，其特征在于，根據反應室(R)中待釋放的熱量輸出量，增加或減少燃料氣體射流(K)和氧化劑射流(L)的數量。7.—種將原料氣(I，2)分別引入管狀反應器(Z)的反應室(R)的裝置，其具有用于燃料氣體和氧化劑的進料通道(K，L)，所述進料通道在反應室側面的出口開口處終止，其特征在于，不僅將用于燃料氣體的進料通道(K)，還將用于氧化劑的進料通道(L)在至少三個出口開口處終止;其中彼此盡可能相鄰的燃料氣體(2)的出口開口和氧化劑(I)的出口開口之間的邊緣為2-500mm，優選5-50mm;并且其中進料通道(K，L)的出口端由隔熱材料圍繞或者由隔熱材料(P)形成。8.權利要求7的裝置，其特征在于，用于氧化劑的進料通道(L)的出口端為彼此平行布置的。9.權利要求8的裝置，其特征在于，用于燃料氣體的進料通道(K)分配給用于氧化劑的每個進料通道(L)，其中兩個通道的出口端的軸形成5°-75°、優選20°-60°的角度。10.權利要求7-9中任一項的裝置，其特征在于，所有出口開口精確布置在與所述反應室的縱軸平行的一個平面上。11.權利要求7-10中任一項的裝置，其特征在于，所述進料通道的出口端構建成擴散器或收縮噴嘴。12.權利要求7-11中任一項的裝置，其特征在于，所述出口開口的直徑為2-20mm，但優選5-10mmo13.權利要求7-12中任一項的裝置，其特征在于，所述隔熱材料(P)布置在管狀反應器(Z)中，使得從管狀反應器(Z)的進氣側的反應室(R)分隔出氣室(G)，其中所述氣室可用于將所述燃料氣體(2)分配到出口開口。14.權利要求7-13中任一項的裝置，其特征在于，氧化劑通道(L)和分配給所述氧化劑通道(L)的一個或多個燃料氣體通道(K)與圍繞它們的隔熱材料(P)整合成一個燃燒器組件(M，M，)。15.權利要求14的裝置，其特征在于，燃燒器組件(M，M’)具有與其相同或不同的至少一個第二燃燒器組件(m，m’)，它們整合形成具有在反應室側封閉的表面的單元。
【專利摘要】本發明涉及一種將燃料氣體(2)以及氧化劑(1)分別引入管狀反應器(Z)的反應室(R)以便使它們混合并反應以及釋放熱量的方法和裝置。其特征在于，在三個以上氣體射流(K，L)的每種情況下，不僅將燃料氣體(2)，還將氧化劑(1)引入反應室(R)，其中當進入反應室(R)時，彼此盡可能相鄰的燃料氣體射流(K)和氧化劑射流(L)之間的間距為2-500mm，優選5-50mm。
【IPC分類】F23D14/22, F23D14/46
【公開號】CN105627312
【申請號】CN201510925360
【發明人】H·陶茨
【申請人】林德股份公司
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年11月19日
【公告號】CA2910711A1, DE102014018376A1, US20160145099