Способ неполного окисления углеводородного топлива

 

Изобретение относится к области энергетики , в частности ; неполному окислению углеводородного топлива. Цель изобретения - повышение качества смешения топлива с кивлородсодержащим окислителем и получение в процессе неполного окисления синтез-газа. Способ неполного окисления углеводородного топлива осуществляют путем ввода в зону неполного окисления соосных примыкающих друг к другу центрального , а также первого, второго и третьего кольцевых газовых потоков, центральный и второй кольцевой из которых образованы кислородсодержащим окислителем, а первый кольцевой - углеродсодержащим топливом . Третий кольцевой поток образован упомянутым топливом и/или замедлителем, при этом его скорость на выходе в зону неполного окисления поддерживаютт 5-л5 м/с, этой скорости равны соответственно скорости центрального и второго кольцевого потоков окислителя, а скорость первого кольцевого потока топлива на входе в зону неполного окисления поддерживают равной 50-150 м/с, при этом окислитель и/или топливо предварительно смешивают с замедлителем , в качестве которого используют водяной пар или углекислый газ. 11 з.п. ф-лы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5ц5 F 23 D 14/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

6 (21) 4355646/06 (22) 10.05,88 (31) 3711156 (32) 12.05.87 (33) GB (46) 30.09.92. Бюл, ¹ 36 (71) Шелл Интернэшнл Рисерч Маахтхаппий

Б,В. (NL) (72) Франсискус Йоханна Арнолдус Мартенс (NL) (54) СПОСОБ НЕПОЛНОГО ОКИСЛЕНИЯ

УГЛЕВО4ОРО4НОГО ТОПЛИВА (57) Изобретение относится к области энергетики, в частностиЪ неполному окислению углеводородного топлива, Цель изобретения — повышение качества смешения топлива с кивлородсодержащим окислителем и получение в процессе неполного окисления синтез-газа. Способ неполного окисления углеводородного топлива осуществляют пуИзобретение относится к неполному окислению углеводородного топлива с применением многосопловой горелки, В частности, изобретение относится к неполному окислению углеводородного топлива, в соответствии с которым кислородсодержащий газ и углеводородное топливо подают в зону газификации через многосопловую горелку, включающую концентрическое устройство с двухпроходным или двухканальным подводом кислорода и двухпроходным или двухканальным подводом топлива, и при соответствующих условиях автотермически получают газовый поток, содержащий синтез-газ.

Кислородсодержащий газ обычно представляет собой воздух или кислород, или

„„ЯЦ„„1766282 А3 тем ввода в зону неполного окисления соосных примыкающих друг к другу центрального, а также первого, второго и третьего кольцевых газовых потоков, центральный и второй кольцевой из которых образованы кислородсодержащим окислителем, а первый кольцевой — углеродсодержащим топливом. Третий кольцевой поток образован упомянутым топливом и/или замедлителем, при этом его скорость на выходе в зону неполного окисления поддерживаютт 5-45 мlс„ этой скорости равны соответственно скорости центрального и второго кольцевого потоков окислителя, а скорость первого кольцевого потока топлива на входе в зону неполного окисления поддерживают равной 50 — 150 м/с, при этом окислитель и/или топливо предварительно смешивают с замедлителем, в качестве которого используют водяной пар или углекислый газ. 11 з.п, ф-лы. обогащенный кислородом воздух. 4ля регулирования температуры в пределах зоны газификации в нее подают замедлитель.

Более конкретно, изобретение относится к способу, по которому вк,ачестве топлива используются такие газы, как природный газ, газ нефтеперегонного завода, метан и тому подобные.

В таких процессах необходимо обеспечить хорошее и быстрое смешение топлива и кислородсодержащего газа с тем, чтобы осуществить процесс газификации. Более того, в таких процессах продолжительность эксплуатации оборудования может быть увеличена путем снижения конвективного и радиационного теплового потоков через

1766282 подъем пламени без ухудшения характеристик процесса.

Целью изобретения является осуществление неполного окисления углеводородного топлива, при котором быстрое и эффективное смешение реагентов достигается вне концентрического устройства, Целью изобретения является также осуществление неполного окисления углеводородного топлива, при котором энергия смешения кислорода и топлива обеспечивается за счет высокой скорости потока топлива. Еще одной целью изобретения является неполное окисление углеводородного топлива, при котором потери давления сведены к минимуму и при котором могут использоваться реакторы меньшей длины, поскольку эффективное время пребывания в реакторе поддерживают через уменьшение эффективной скорости горения и длины смешения по потоку за горелкой. Целью изобретения является также осуществление способа неполного окисления углеводородного топлива, при котором в зоне смешения относительно горячего синтез-газа из реактора с реагентами из третьего концентрического канала предотвращаются высокоэкзотермические реакции..

Предлагаемый способ неполного окисления углеводородного топлива отличается тем, что осуществляют подачу кислородсодержащего газа и углеводородного газа в зону газификации через многосопловую горелку, содержащую концентрическое устройство из двух кислородных проходов или каналов и двух топливных проходов или каналов, автотермически при подходящих условиях получают газовый поток, включающий синтез-газ, дополнительно подают кислородсодержащий газ через центральный канал концентрического устройства с относительно низкой скоростью

5 — 45 м/с, подают углеводородное топливо через первый концентрический канал, охватывающий центральный канал с относительно высокой скоростью 50 — 150 м/с, подают кислородсодержащий газ через второй концентрический канал, охватывающий первый канал, с относительно низкой скоростью 5 — 45 м/с и подают углеводородное топливо и/или замедлитель через третий концентрический канал, окружающий второй канал, с относительно низкой скоро.стью 5 — 45 м/с.

В предпочтительном варианте изобретения через указанный центральный канал подают 30 — 45 мас. / кислородсодержащего газа и 10 — 20 мас./ топлива подают через третий концентрический канал, 4,446

16,3

672

7,374

15,57

68,57

0,336

3,798

84,05

В другом предпочтительном варианте изобретения соответствующие скорости измеряют на выходе из указанных соответствующих каналов в зону газификации, 5 Измерение скорости может проводиться любым приемлемым способом и подробно не описывается.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления изобре10 тения кислородсодержащий газ и/или топливо содержит водяной пар или углекислый газ. В еще одном варианте воплощения изобретения процесс газификации осуществляют при давлении 0,1 — 12 МПа.

15 В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом изобретения углеводородное топливо представляет собой газ, например метан, природный газ или газ

° нефтеперегонных заводов.

20 Топливо и кислородсодержащий газ поступает в зону газификации через концентрическое устройство из двух кислородных каналов или проходов и двух топливных каналов. Центральный канал для подачи кис25 лорода (предпочтительно смешанный с замедлителем) окружен первым кольцевым каналом для подачи топлива. Первый кольцевой канал окружен вторым кольцевым каналом для подачи кислорода

30 (предпочтительно смешанный с замедлителем), а второй канал охватывается третьим кольцевым каналом для подачи топлива и/или замедлителя.

Многосопловые горелки на основе уст35 ройств из кольцевых концентрических каналов для подачи кислорода и топлива в зону газификации известны, подробно не рассматриваются, В соответствии с изобретением кисло40 род и топливо подают в зону газификации через соответствующие каналы с определенными низкими скоростями и при опреде, ленном массовом соотношении, чтобы свести к минимуму потерю давления, до45 стичь быстрого и совершенного смешания реагентов, эффективного времени пребывания в реакторе и подъема пламени.

Далее изобретение описывается более подробно в приводимых ниже примерах.

50 Испытания проводили при следующих условиях: а) топливо Пример 1 Пример 2

Массовый расход, кг/с 3,172

Плотность, кг/м 14,0

Температура, К 673

Состав, об. 7

Окись углерода

Углекислый газ

Метан

1766282 ды 1,702 7,832

6,474 3,286

0,310 0,698

Пример 1 Пример 2

20,03 7,334

0,12 0,4633

79,85 92,203

55,28

13,88

12,03

6,34

80

4,9

1600 теэ-газа, 40,4

5,2

54,3

0,1

35,6

2,0

61,0

1,4

Другие углеводоро

Водород

Азот б) окислитель

Мас. расход кислорода, кг/с 2,703 4,954

Мас.расход пара, кг/с 0,3808 0,2207

Плотность, кг/м 25,7 34,2

Температура, К 519 534

Состав, об.%

Вода

Азот

Кислород в) продукт

СО+, нм /день сухой 600.10 1275.10

r) геометрия горелки с торцовой стороны Пример 1 Пример 2

Диаметр центральной трубы, мм 64,00

Ширина щели

1-ro канала, мм 11,50

Ширина щели 2-ro канала, мм 13,72

Ширина щели 3-ro канала, мм 7,14

Длина зоны макросмешения реагентов за торцом горелки, м 0,150 0,11 д) распредлеление потоков массы и скорости, отношение, мас.%

Центральный канал (окислитель) 40 40

Первый канал (топливо) 80 80

Второй канал (окислитель) 60

Третий канал (топливо) 20

Скорость на выходе из сопла

Окислитель из первого канала, м/с 60

Окислитель из второго канала, м/с 20

Топливо из третьего канала, м/с 20 20 е) реактор

Давление, МПа 3,8

Температура, К 1675 ж) типичный состав сырого син об. сухого

Окись углерода

Углекислый газ

Водород

Метан

Для специалистов в данной области очевидны различные модификации изобретения. Такие модификации входят в объем патентных притязаний.

Формула изобретения

1, Способ неполного окисления углеводородного топлива, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, осуществляют подачу кислородсодержащего газа и углеводородного топлива в зону газификации через многосопловую горелку, включающую концентричное устройство из двух проходов или каналов для кислорода и двух проходов или каналов для топлива, и автотермически при соответствующих условиях получают газовый поток, содержащий синтез-газ, подачу кислородсодержащего газа осуществляют через центральный канал концентрического устройства с относительно низкой скоростью 5 — 45 м/с; подачу углеводородного топлива осуществляют через первый концентрический канал, примыкающий к центральному каналу, с относительно высокой скоростью 50 — 150 м/с; подачу кислородсодержащего газа осуществляют через второй концентрический канал, примыкающий к первому каналу, с относительно низкой скоростью 5-45 м/с; и подачу углеводородного топлива и/или замедлителя осуществля ют через третий концентрический канал, примыкающий к второму каналу, с относительно низкой скоростью

5 — 45 м/с, 2. Способ по и, 1, отличающийся тем, что соответствующие скорости измерены на выходе из соответствующих концентрических каналов в зону газификации.

3. Способ по пп. 1 или 2, о т л и ч а юшийся тем, что углеводородное топливо — газ, 4. Способ по и. 3, отличающийся тем, что газ — природный газ или нефтезаВодской газ, 5. Способ по и. 3, о тл и ч а ю шийся тем, что газ — метан.

6. Способ по любому из пп, 1 — 5, о т л ич а ю шийся тем, что кислородсодержащий газ и/или топливо смешивают с замедлителем, 7, Способ по и, 6, отл и чаю щи йся тем, что замедлитель — пар или углекислый газ.

8, Способ по любому из пп. 1 — 7, о т л ич а ю шийся тем, что процесс ведут при давлении 0,1 — 12,0 МПа.

9. Способ по любому из пп. 1 — 8, о т л ич а ю шийся тем, что через центральный канал подают 30 — 45 мас. кислородсодержащего газа.

10, Способ по любому из пп. 1 — 9, о т л ич а ю шийся тем, что через третий концентрический канал подают 10 — 20 мас.% топлива.

1766282

Составитель О. Староверова

Редактор Л Народная Техред М,Моргентал Корректор С.Лисина

За каз 3392 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

11. Способ по любому из пп. 1 — 10 существенно как описан в тексте со ссылкой на примеры.

12. Синтез-газ, полученный в соответствии с любым предшествующим пунктом,