Способ неполного окисления углеводородного топлива Советский патент 1992 года по МПК F23D14/22 

Изобретение 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

обогащенный кислородом воздух. Для регулирования температуры в пределах зоны газификации в нее подают замедлитель.

Более конкретно, изобретение относится к способу, по которому в качестве 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

VI ON Ю 00 Ю

СО

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 ус- ловиях 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 скоростью 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.

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

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления изобре- 0 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. 5 В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом изобретения углеводородное топливо представляет собой газ, например метан, природный газ или газ нефтеперегонных заводов. 0 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 кис- 5 лорода (предпочтительно смешанный с замедлителем) окружен первым кольцевым каналом для подачи топлива. Первый кольцевой канал окружен вторым кольцевым каналом для подачи кислорода 0 (предпочтительно смешанный с замедлителем), а второй канал охватывается третьим кольцевым каналом для подачи топлива и/или замедлителя.

Многосопловые горелки на основе уст- 5 ройств из кольцевых концентрических каналов для подачи кислорода и топлива в зону газификации известны, подробно не рассматриваются.

В соответствии с изобретением кисло- 0 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, до- 5 стичь быстрого и совершенного смешания реагентов, эффективного времени пребывания в реакторе и подъема пламени.

Далее изобретение описывается более подробно в приводимых ниже примерах. 0 Испытания проводили при следующих условиях:

а) топливоПример 1 Пример 2

Массовый

расход, кг/с3,1724,446

5Плотность, кг/м3 14,016,3

Температура, К 673672

Состав, об.%

Окись углерода 7,374 0,336 Углекислый газ15,57 3,798

Метан68,5784,05

Другие углеводороды 1,702 7,832 Водород6,474 3,286

Азот0,310 0,698

б)окислитель Пример 1 Пример 2 Мае. расход

кислорода, кг/с2,703 4,954

Мас.расход пара, кг/с 0,3808 0,2207 Плотность, кг/м325,7 34,2

Температура, К519 534

Состав, об.%

Вода20,03 7,334

Азот -0,12 0,4633

Кислород79,85 92,203

в)продукт

СО + Н , нм3/день

сухой600.103 1275.103

г)геометрия горелки с торцовой

стороныПример 1 Пример 2

Диаметр центральной трубы, мм 55,28 64,00 Ширина щели

1-го канала, мм13,88 11,50

Ширина щели 2-го

канала, мм12,03 13,72

Ширина щели 3-го

канала, мм6,347,14

Длина зоны макросмешения реагентов за торцом горелки, м 0,150 0,11

д)распредлеление потоков массы и скорости, отношение, мас.% Центральный канал (окислитель)4040 Первый канал (топливо) 80 80 Второй канал (окислитель) 6060 Третий канал (топливо) 2020 Скорость на выходе из сопла Окислитель из первого

канала, м/с60 80

Окислитель из второго

канала, м/с2020

Топливо из третьего

канала, м/с2020

е)реактор

Давление, МПа3,8 4,9

Температура, К- 1675 1600

ж)типичный состав сырого синтез-газа, б.% сухого

Окись углерода40,4 35,6

Углекислый газ5,22,0

Водород54,3 61,0

Метан0,11,4

Для специалистов в данной области чевидны различные модификации изобреения. Такие модификации входят в обьем атентных 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

0 кислорода и двух проходов или каналов для топлива, и автотермически при соответствующих условиях получают газовый поток, содержащий синтез-газ, подачу кислородсодержащего газа осуществляют

5 через центральный канал концентрического устройства с относительно низкой скоростью 5-45 м/с; подачу углеводородного топ- лива осуществляют через первый концентрический канал, примыкающий к

0 центральному каналу, с относительно высокой скоростью 50-150 м/с; подачу кислородсодержащего газа осуществляют через второй концентрический канал, примыкающий к первому каналу, с относительно низ5 кой скоростью 5-45 м/с; и подачу углеводородного топлива и/или замедлителя осуществляют через третий концентрический канал, примыкающий к второму каналу, с относительно низкой скоростью

0 5-45 м/с.

2.Способ по п. 1,отличающийся тем, что соответствующие скорости измерены на выходе из соответствующих концентрических каналов в зону газификации.

5 3. Способ по пп. 1 или 2, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что углеводородное топливо - газ.

4.Способ по п. 3, отличающийся тем, что газ - природный газ или нефтеза0 водской газ.

5.Способ по п. 3, отличающийся тем, что газ - метан.

6.Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что кислородсодержащий

5 газ и/или топливо смешивают с замедлителем.

7.Способ по п, 6, отличающийся тем, что замедлитель - пар или углекислый газ.

0 8. Способ по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что процесс ведут при давлении 0,1-12,0 МПа.

9.Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что через центральный

5 канал подают 30-45 мас.% кислородсодержащего газа.

10.Способ по любому из пп. 1-9, отл и- чающийся тем, что через третий концентрический канал подают 10-20 мас.% топлива.

11. Способ по любому из пп. 1-10 суще-12. Синтез-газ, полученный в соответстственно как описан в тексте со ссылкой на вии с любым предшествующим пунктом, примеры.

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 соос- ных 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.