CN105627312A - 将反应气体引入反应室的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种将燃料气体(2)以及氧化剂(1)分别引入管状反应器(Z)的反应室(R)以便使它们混合并反应以及释放热量的方法和装置。其特征在于，在三个以上气体射流(K，L)的每种情况下，不仅将燃料气体(2)，还将氧化剂(1)引入反应室(R)，其中当进入反应室(R)时，彼此尽可能相邻的燃料气体射流(K)和氧化剂射流(L)之间的间距为2-500mm，优选5-50mm。

Description

将反应气体引入反应室的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种将燃料气体和氧化剂分别引入管状反应器的反应室以便它们混合并反应以及释放热量的方法和装置。
背景技术
管状反应器是已知的(例如专利DE10320965B4)，其主要用于通过部分氧化生成合成气体，为此，使含烃燃料气体与氧化剂在反应器的反应室中一起反应。为了将待反应的气体引入反应室，建议使用喷射燃烧器或旋流燃烧器，它们具有在燃烧器头上彼此同心布置的管，这些管形成用于气流的进料通道。考虑到反应室和燃烧器头的低直径比，在管状反应器的操作期间，存在产生静态声波的风险，该静态声波可能干扰燃料器的运行。此外，通过气体出口区域的低流量区可能加强烟灰生成。由于必须将气体出口某些边缘的速度始终维持为火焰速度，而且在负载范围内以稳定方式运行这种燃烧器可能受到限制。因此，有时使用特定的预热燃烧器将冷的反应器加热至所使用气体的着火温度，而且这需要在采取标准操作之前，从热的反应器移走该预热燃烧器。
仅通过管壁将导入进料通道中的待反应气体彼此分开会损害反应器。例如，导入通道中的氧化剂可与流入的燃料气体在连通出口边缘附近直接相邻的通道中反应，使得可能由于管材料的燃尽而损害反应器。
使用这种燃烧器时，可能由于火焰长度而产生其他问题。尤其是在启动过程中，其中反应室中的压力通常远低于标准操作期间的压力，存在燃烧器火焰接触反应室壁的风险，并导致强烈的热应力。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种方法以及相关的装置，以克服现有技术的缺陷。
本发明的目的通过以下方法来实现：在三个以上气体射流的每种情况下，不仅将燃料气体，还将氧化剂引入反应室，其中当进入反应室时，彼此尽可能相邻的燃料气体射流(K)和氧化剂射流(L)之间的间距为2-500mm，优选5-50mm。
本发明方法的另一个实施方案如下：
·将氧化剂射流彼此平行地引入反应室。
·至少一个燃料气体射流分配给一个氧化剂射流，从而使这两个气体射流的轴形成5°-75°、优选20°-60°的角度。
·至少两个燃料气体射流分配给一个氧化剂射流，从而使它们驱动围绕氧化剂射流的轴的湍流。
·将燃料气体和氧化剂以最小速度引入反应室，在每种情况下，该最小速度比在管状反应器的反应室中由两种气体的反应形成的产物气体的平均流速大1/F倍，其中根据公式F＝A*p(-0.398)，F取决于反应室中的压力p，A为0.25-2.5的数值。
·根据反应室中待释放的热输出量，增加或者减少燃料气体射流和氧化剂射流的数量。
·管状反应器的横截面上每单位面积的气体射流的直径和/或数量相同或者不同。
此外，本发明涉及一种将原料气分别引入管状反应器的反应室的装置，其具有用于燃料气体和氧化剂的进料通道，其中进料通道在反应室侧面的出口开口处终止。
本发明的目的根据以下装置来实现：不仅将用于燃料气体的进料通道，还将用于氧化剂的进料通道在至少三个出口开口处终止；其中彼此尽可能相邻的燃料气体射流(K)和氧化剂射流(L)之间的间距为2-500mm，优选5-50mm；并且其中进料通道的出口端由隔热材料围绕或者由隔热材料形成。
本发明装置的另一个实施方案如下：
·用于氧化剂的进料通道的出口端为彼此平行布置的。
·燃料气体的进料通道分配给氧化剂的每个进料通道，其中两个通道的出口端的轴形成5°-75°、优选20°-60°的角度。
·所有出口开口精确布置在与反应室的纵轴平行的一个平面上。
·进料通道的出口端构建成扩散器或收缩喷嘴。
·出口开口的直径为2-20mm，但优选5-10mm。
·隔热材料布置在管状反应器中，使得从管状反应器的进气侧上的反应室分隔出气室，其中所述气室可用于将燃料气体分配到出口开口。
·氧化剂通道和分配给所述氧化剂通道的一个或多个燃料气体通道与围绕它们的隔热材料整合(zusammengefasst)成一个燃烧器组件。
·燃烧器组件具有与其相同或不同的至少一个第二燃烧器组件，它们整合形成具有在反应室侧封闭的表面的单元。
·管状反应器的横截面上每单位面积的进料通道的直径和/或数量相同或不同。
由于本发明的燃料气体和氧化剂分配给多个气体射流，因此可降低火焰长度和均匀反应室的横截面上的温度特征谱。燃料气体射流和氧化剂射流之间的间距，保证两种类型的气体的混合区域离开引入它们所使用的装置的位移，与现有技术相比较，这降低了装置的热负载。
附图说明
下文将结合示意图1-3所示出的三个示例性实施方案来解释本发明。
图1示出本发明的具有燃烧器的管状反应器。
图2和3示出燃烧器组件及其布置的可能形式的实例。视图为管状反应器的纵轴方向上的反应室。
具体实施方式
在图1示出的管状反应器Z的顶端的纵向截面上，布置根据本发明的燃烧器，通过该燃烧器，可将燃料气体2(单独或与蒸汽混合)以及氧化剂1引入反应室R。燃烧器包括由隔热材料制成的板P，板P填充在反应室R的横截面中并用该横截面隔开气室G。将燃料气体2(例如天然气)(任选与蒸汽)通过气室G分配到燃料气体通道K中，通过燃料气体通道K进入反应室R。燃料气体通道K处于管状反应器的纵轴的斜面上，由板P的隔热材料中的排气阀开口(Aussparungen)直接形成，或者由隔热材料围绕的金属或陶瓷制成的管形成。在附图中，在每种情况下，两个燃料气体通道K分配给一个氧化剂通道L，所述氧化剂通道管道L与管状反应器Z的纵轴平行。与燃料气体通道管道K的情况一样，同样适用于通过分配器管线O所连接的氧化剂通道L，其由板P的隔热材料中的排气阀开口直接形成，或由隔热材料围绕的金属或陶瓷制成的管形成。由于燃料气体通道K对相关的氧化剂通道L倾斜，在合成气体3中产生湍流，并由此形成短火焰或反应区。图1示出具有竖直纵轴的管状反应器Z，燃料气体2和氧化剂1从反应室R的顶部引入其底部。然而，不排除这样的情况：管状反应器Z可具有任何所需方向的纵轴，并可将燃料气体2和氧化剂1在相应的任何所需方向引入反应室R。
图2示出具有方形端面的燃烧器组件M，氧化剂通道L在其中部打开。四个燃料气体通道K分配给氧化剂通道L。为了提高燃烧器的输出量，可连接多个组件，从而形成封闭的表面。它的一个实例是由燃烧器组件M以及虚线示出的三个相同的组件m所形成的正方形。
在图3中，燃烧器组件M’具有六边形端面，氧化剂通道L在其中部打开。三个燃料气体通道K分配给氧化剂通道L。为了提高燃烧器的输出量，可以连接多个组件，从而形成封闭表面。它的一个实例是由燃烧器组件M’以及虚线示出的六个组件m’所形成的表面。

Claims (15)

1.一种将燃料气体(2)以及氧化剂(1)分别引入管状反应器(Z)的反应室(R)以便使它们混合并反应以及释放热量的方法，其特征在于，在三个以上气体射流(K，L)的每种情况下，不仅将燃料气体(2)，还将氧化剂(1)引入反应室(R)，其中当进入反应室(R)时，彼此尽可能相邻的燃料气体射流(K)和氧化剂射流(L)之间的间距为2-500mm，优选5-50mm。
2.权利要求1的方法，其特征在于，将所述氧化剂射流(L)彼此平行地引入反应室(R)。
3.权利要求2的方法，其特征在于，至少一个燃料气体射流(K)分配给一个氧化剂射流(L)，从而使这两个气体射流的轴形成5°-75°、优选20°-60°的角度。
4.权利要求3的方法，其特征在于，至少两个燃料气体射流(K)分配给一个氧化剂射流(L)，从而使它们驱动围绕所述氧化剂射流的轴的湍流。
5.权利要求1-4中任一项的方法，其特征在于，将燃料气体(2)和氧化剂(1)以最小速度引入反应室(R)，在每种情况下，所述最小速度比在所述管状反应器的反应室(R)中由两种气体的反应形成的产物气体(3)的平均流速大1/F倍，其中根据公式F＝A*p(-0.398)，F取决于反应室(R)中的压力p，A为0.25-2.5的数值。
6.权利要求1-5中任一项的方法，其特征在于，根据反应室(R)中待释放的热量输出量，增加或减少燃料气体射流(K)和氧化剂射流(L)的数量。
7.一种将原料气(1，2)分别引入管状反应器(Z)的反应室(R)的装置，其具有用于燃料气体和氧化剂的进料通道(K，L)，所述进料通道在反应室侧面的出口开口处终止，其特征在于，不仅将用于燃料气体的进料通道(K)，还将用于氧化剂的进料通道(L)在至少三个出口开口处终止；其中彼此尽可能相邻的燃料气体(2)的出口开口和氧化剂(1)的出口开口之间的边缘为2-500mm，优选5-50mm；并且其中进料通道(K，L)的出口端由隔热材料围绕或者由隔热材料(P)形成。
8.权利要求7的装置，其特征在于，用于氧化剂的进料通道(L)的出口端为彼此平行布置的。
9.权利要求8的装置，其特征在于，用于燃料气体的进料通道(K)分配给用于氧化剂的每个进料通道(L)，其中两个通道的出口端的轴形成5°-75°、优选20°-60°的角度。
10.权利要求7-9中任一项的装置，其特征在于，所有出口开口精确布置在与所述反应室的纵轴平行的一个平面上。
11.权利要求7-10中任一项的装置，其特征在于，所述进料通道的出口端构建成扩散器或收缩喷嘴。
12.权利要求7-11中任一项的装置，其特征在于，所述出口开口的直径为2-20mm，但优选5-10mm。
13.权利要求7-12中任一项的装置，其特征在于，所述隔热材料(P)布置在管状反应器(Z)中，使得从管状反应器(Z)的进气侧的反应室(R)分隔出气室(G)，其中所述气室可用于将所述燃料气体(2)分配到出口开口。
14.权利要求7-13中任一项的装置，其特征在于，氧化剂通道(L)和分配给所述氧化剂通道(L)的一个或多个燃料气体通道(K)与围绕它们的隔热材料(P)整合成一个燃烧器组件(M，M’)。
15.权利要求14的装置，其特征在于，燃烧器组件(M，M’)具有与其相同或不同的至少一个第二燃烧器组件(m，m’)，它们整合形成具有在反应室侧封闭的表面的单元。
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