CN101626976B - 为包含一种或多种烃的原料流的吸热反应提供含氧气流的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种为包含一种或多种烃的原料流的吸热反应生产具有预定氧气浓度和预定温度的含氧气流的方法，其特征在于流体燃料流与初级空气流在初级空气流与流体燃料流的λ值为0.6-1.2时燃烧而获得燃烧气流，并且将次级空气流与该燃烧气流混合而获得用于吸热反应的含氧气流，其中次级空气流的体积流动和温度用于调节该含氧气流的预定氧气浓度和预定温度。
Description
本发明涉及一种为包含一种或多种烃的原料流的吸热反应提供具有预定氧气浓度和预定温度的含氧气流的方法，一种进行所述方法的装置及其用途。
通常需要提供具有预定氧气浓度和预定温度的含氧原料流用于吸热反应工艺。所需温度通常很高以致于它们不能通过仅与工艺自身的产物流热整合而获得。为此，在现有技术工艺中，通常电加热含氧进料流，这是非常昂贵的，尤其是对于大型设备。电加热具有的其它缺点是它特别难控制。
因此，本发明的目的为提供一种提供具有预定氧气浓度和预定温度的含氧进气流的方法和装置，其可以技术上简单的方式实现并且比电加热便宜，而且能够选择性调节氧气含量和温度。
该目的通过一种为包含一种或多种烃的原料流的吸热反应提供具有预定氧气浓度和预定温度的含氧气流的方法实现，其中流体燃料流与初级空气流在初级空气流与流体燃料流的λ值为0.6-1.2时燃烧而获得燃烧气流；并且将次级空气流与该燃烧气流混合而获得用于吸热反应的含氧气流；其中该含氧气流的预定氧气浓度和预定温度经由次级空气流的流速和温度调节。
已经发现通过使流体燃料流与首先的所谓初级空气流燃烧并随后与另外的所谓次级空气流混合，可以提供用于吸热反应的气流，这满足了预定吸热反应在氧气浓度和温度方面的要求。所提供的含氧气流为满足预定吸热反应加热要求的直接氧化剂。
流体通常指的是符合非固体连续体的流动定律的所有液体、蒸气和气体。流体燃料流可特别为气态燃料流。
流体燃料流可特别有利地为已存在于用于随后吸热反应工艺的设备中且包含一种或多种烃的原料流的部分料流。
作为已存在于用于随后吸热反应工艺的设备中且包含一种或多种烃的原料流的部分料流，流体燃料流可有利地另外具有混入其中的含甲烷气体。
此外，作为用于吸热反应的包含一种或多种烃的原料流的部分料流，流体燃料流可另外具有混入其中的来自吸热反应的返回料流。
使用含氧气流的吸热反应例如可为氧化脱氢或部分氧化。
因此，原料流包含一种或多种烃，其为各吸热反应的初始物质。
在随后吸热反应中要使用的流体燃料流的比例由待进行反应的具体要求决定，特别是由含氧气流在引入吸热反应过程中必须具有的温度决定。该温度通常可为400-700℃。
术语λ值以已知方式用于表征包含一种或多种燃料(特别是烃和空气)的混合物组成，并且定义为实际空气燃料比(相对于空气与燃料的化学计量比)。因此，λ值为1，对应于完全燃烧的组成；λ值大于1，对应于贫的空气/燃料混合物，λ值小于1，对应于富的空气/燃料混合物。
根据本发明方法，将流体燃料流与初级空气流的混合物的λ值调节至λ值为0.6-1.2，即将该混合物从略微富调节至略微贫。因此，燃烧气流仍可包含残余烃。需要的话，它们在随后方法步骤中通过与次级空气流混合而完全燃烧。然而，该燃烧气流还可优选包含过量未使用的氧气，特别是相对于该燃烧气流的总体积为2-3体积％。
原料流的部分料流与初级空气流特别是在1500-1700℃的温度下进行燃烧。
该燃烧气流随后具有混入其中的次级空气流，其优选包含水蒸气以防止燃烧过程中形成烟灰。
优选选择在次级空气流中添加的水蒸气的比例使得排出气流中的水蒸气含量(即在吸热反应中使用的含氧气流中的水蒸气含量)为0-50体积％，特别是0.5-4体积％。
将初级空气流和次级空气流优选预热到特别是150-200℃，优选约170℃的温度。
初级空气流和/或次级空气流的预热优选可通过与吸热反应的产物流热整合而进行。
特别是通过相应地调节水蒸气及特别是次级空气的添加量而将本方法提供的含氧气流的氧气含量调节至优选2-20体积％，更优选13-20体积％的值。
本发明的另一个目的为一种用于进行上述为包含一种或多种烃的原料流的吸热反应提供具有预定氧气浓度和预定温度的含氧气流的方法的装置，在该方法中，流体燃料流与初级空气流在流体燃料流的λ值为0.6-1.2时完全燃烧而获得燃烧气流，并且将次级空气流与该燃烧气流混合而获得用于吸热反应的含氧气流；其中该含氧气流的预定氧气浓度和预定温度经由次级空气流的流速和温度调节，该装置的特征在于长条状燃烧室，其具有借助一个或多个在燃烧室一端中心排列而形成燃烧器的喷嘴的流体燃料流的供料，及将初级空气流供入喷嘴区域的供料，借助燃烧室周边上的开口供应次级空气流的供料，并且在燃烧室另一端具有所述方法提供的含氧气流的出口。
该装置包括长条状燃烧室，其由耐高温材料，特别是耐高温刚，优选铬镍刚制成，并且具有外部绝热层。该燃烧室基本上可为立方形。“基本上”在这里是指燃烧室的几何形状，特别是其两端处，即将燃烧气体供入燃烧器的区域和出口区域，可能与立方形的几何形状不同。
该燃烧室基本上为圆柱形。“基本上”在这里是指燃烧室的几何形状，特别是其两端处，即将燃烧气体供入燃烧器的区域和出口区域，可能与圆柱形的几何形状不同。此外，在优选的实施方案中，燃烧室壁由两个或更多个同心段组成，同心段的直径随着与该燃烧室的燃烧器端距离的增加而增加，因此该实际方案只是基本上为圆柱形，而不是精确的圆柱形。
燃烧室可优选垂直排列，其中燃烧器端在底部，而出口端在顶部。
长条状燃烧室在其一端具有流体燃料流的供料，所述供料在中心排列且借助一个或多个形成燃烧器的喷嘴而通向燃烧室。
将初级空气流特别是借助围绕流体燃料流的供料线同心排列的管线而引入喷嘴区域。
借助燃烧器技术中常用的火焰检测器监测燃烧。
在燃烧室周边上提供有用于将次级空气与来自燃烧器的燃烧气体混合的开口。
它们可为燃烧室壁中的穿孔，其在燃烧室区域中可沿着周边在燃烧器后面排列在一个或多个环形路径上。
然而，燃烧室周边上的用于供应次级空气的开口优选为鳍状环缝。它们优选从燃烧室中间开始排列并因燃烧室壁由两个或更多个同心管段组成而形成，同心管段的直径随着管段与燃烧器距离的增加而增加，并且其中前面管段的外径小于各后面管段的内径。因此，用于供应次级空气流的环缝保持在所述管段之间，其部分彼此插入。
通过具有上述用于供应次级空气流的环缝的具体实施方案，不仅实现
了对所提供的含氧气流的预定氧气含量和预定温度的调节，而且次级空气
流还另外对燃烧室壁具有冷却作用。
在与燃烧器相对的燃烧室那端，存在含氧气流出口。静态混合器可优选设置在出口区域中。
本发明的目的还有提供含氧气流的上述方法和上述装置在氧化脱氢工艺，特别是丙烷氧化脱氢或丁烷氧化脱氢中的用途。
现在将参考附图更详细地描述本发明。
唯一的图1显示出本发明燃烧室的优选实施方案的断面示意图。
燃烧室1在一端具有流体燃料流的供料2，其末端为燃烧室1中的一个或多个喷嘴3，及初级空气流的供料4，其围绕原料流的供料2同心排列并通向喷嘴3区域。
次级空气流经由燃烧室1外壁与绝热层6之间的另一个供料5导入燃烧室并且可经由穿孔7进入燃烧室1，所述穿孔7例如沿着周边排列在四个环形路径上。
大致从燃烧室1中间开始，例如提供有三个环缝8，次级空气通过所述环缝8沿着燃烧室壁流入燃烧室1。
燃烧室末端为含氧气流的出口9。静态混合器10设置在出口9区域中。
Claims (19)
1.一种通过使用具有预定氧气浓度和预定温度的含氧气流进行包含一种或多种烃的原料流的吸热反应的方法，其中流体燃料流与初级空气流在初级空气流与流体燃料流的λ值为0.6-1.2时燃烧而获得燃烧气流；并且将次级空气流与所述燃烧气流混合而获得用于吸热反应的含氧气流；其中所述含氧气流的2-20体积％的预定氧气浓度和预定温度经由次级空气流的流速和温度调节，其中所述吸热反应为丙烷氧化脱氢或丁烷氧化脱氢，λ值为相对于空气与燃料的化学计量比实际的空气与燃料比。
2.根据权利要求1的方法，其中所述次级空气流包含水蒸气。
3.根据权利要求1的方法，其中所述流体燃料流为包含一种或多种烃的原料流的部分料流。
4.根据权利要求3的方法，其中所述流体燃料流另外具有混入其中的含甲烷气体。
5.根据权利要求3的方法，其中所述流体燃料流另外具有混入其中的来自吸热反应的返回料流。
6.根据权利要求1的方法，其中所述流体燃料流与初级空气流在λ值为0.8时燃烧。
7.根据权利要求1的方法，其中初级空气流和/或次级空气流通过与来自吸热反应的产物流热整合而预热。
8.根据权利要求7的方法，其中初级空气流和/或次级空气流的预热进行到150-200℃的温度。
9.根据权利要求1的方法，其中所述燃烧气流含有2-3体积％的残余氧气。
10.根据权利要求2的方法，其中调节所述次级空气流中的水蒸气含量使得所述方法提供的含氧气流的水蒸气含量为0.5-50体积％。
11.根据权利要求1的方法，其中将所述方法提供的含氧气流中的氧气含量调节至13-20体积％。
12.一种进行权利要求1的通过使用具有预定氧气浓度和预定温度的含氧气流进行包含一种或多种烃的原料流的吸热反应的方法的装置，所述方法中流体燃料流与初级空气流在初级空气流与流体燃料流的λ值为0.6-1.2时燃烧而获得燃烧气流；并且将次级空气流与所述燃烧气流混合而获得用于吸热反应的氧气含量为2-20体积％的含氧气流；其中所述含氧气流的预定氧气浓度和预定温度经由次级空气流的流速和温度调节，所述装置的特征在于长条状燃烧室(1)，其具有借助一个或多个喷嘴(3)供应流体燃料流的部分料流的供料(2)，所述喷嘴(3)在燃烧室一端中心排列而形成燃烧器，将初级空气流供入喷嘴(3)区域的供料(4)，及借助燃烧室(1)周边上的开口供应次级空气流的供料(5)，并且在燃烧室(1)另一端具有含氧气流的出口(9)。
13.根据权利要求12的装置，其中所述燃烧室(1)基本上为立方形，除其末端以外。
14.根据权利要求12的装置，其中所述燃烧室(1)基本上为圆柱形，除其末端以外。
15.根据权利要求12的装置，其中所述初级空气流的供料(4)借助围绕流体燃料流的部分料流的供料(2)同心排列的环形管线进行。
16.根据权利要求12的装置，其中所述次级空气流的供料(5)的开口为燃烧室(1)壁中的穿孔(7)，其排列在一个或多个沿着燃烧室(1)周边排列的环形路径上。
17.根据权利要求12的装置，其中以一个或多个鳍状环缝的形式在燃烧室(1)周边上提供供应次级空气流的开口，其因燃烧室(1)壁由两个或更多个管段组成而形成，所述管段内径随着与燃烧室(1)燃烧器端距离的增加而增加，并且其部分彼此插入，然而其中前面管段的外径小于后面管段的内径，并且其导致形成一个或多个环缝(8)。
18.根据权利要求12的装置，其中静态混合器(10)设置在含氧气流的出口(9)区域中。
19.根据权利要求12的装置，其中所述燃烧室(1)由耐高温钢制成。
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