CN110720014A - 具有改进的外燃烧器布置的用于吸热过程的设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于执行吸热过程的炉，该炉包括：包含催化剂的、用于转化气态进料的管，其中，管在该炉内被定位成与沿X轴线的耐火壁平行的排，其中，燃烧器安装到炉底板或炉天花板上，内燃烧器在这些管排之间被安装成排，并且外燃烧器在管排与该沿X轴线的壁之间被安装成排并且安装成靠近所述沿X轴线的壁，其中，这些外燃烧器被定位成使得，该外燃烧器与该沿X轴线的壁之间的距离b2w小于或等于所述外燃烧器的等效燃烧器喷嘴直径
Figure DDA0002308304160000011

Description

具有改进的外燃烧器布置的用于吸热过程的设备
本发明涉及一种适用于例如蒸汽甲烷重整(“SMR”)或烃原料裂化等吸热过程的竖直燃烧炉的设计、并且涉及一种使用所述炉的过程。
虽然以下说明仅涉及SMR过程，但本发明还应用于使用等效类型的反应器的其他吸热过程。
SMR过程主要基于甲烷的重整反应，在水蒸气存在的情况下，该反应生成氢气(H2)和一氧化碳(CO)的混合物。反应吸热且缓慢，并且反应发生需要额外的热量输入以及催化剂。通常，SMR反应器性能受到热传递而不是受到反应的动力学的限制。
在常规工业实践中，SMR反应器通常包括被布置在炉(还被称为炉膛)中的管，所述管填充有催化剂(很多时候是球粒形式)并且给送有工艺气体混合物(主要是甲烷和蒸汽)。
如图1所展示的几个被良好证明的构造可用于炉设计，该图呈现了下烧式(还被称为顶燃式或顶板燃烧式)、上烧式(还被称为底燃式或底板燃烧式)、侧烧式和阶梯状壁重整器。
顶燃技术是最推荐的设计之一并且由几个技术提供者提出；底燃技术在现代工厂中不常见。
顶燃式和底燃式炉典型地由带有耐火衬里的炉膛制成，该炉膛包含几排含催化剂的管。
根据顶燃技术，吸热过程所需的热量由在管之间成排放置的顶板燃烧器、并且还由在炉侧处沿炉的纵向壁的额外的顶板燃烧器排提供。燃烧产物通常被竖直向下吹出燃烧器，使得管在其上部分处面对火焰。工艺进料向下给送与燃烧气体处于同向流动。烟道气排气收集器通常设置在炉底板水平处。
根据底燃技术，燃烧器安装在燃烧区域的底板上并且竖直向上燃烧。燃烧产物通常被竖直向上吹出燃烧器，使得管在其下部分处面对火焰。工艺进料可以向下给送与燃烧气体处于逆向流动或向上给送而与燃烧气体处于同向流动。烟道气排气收集器通常设置在炉顶板水平处。吸热过程所需的热量由在管之间成排放置的底板燃烧式燃烧器、并且还由在炉侧处沿炉的纵向壁的额外的底板燃烧式燃烧器排提供。
在顶燃式和底燃式炉中，沿炉的壁布置的外燃烧器排在一侧上仅加热一排管并在另一侧上加热耐火壁，而每个内燃烧器排加热两排管(内燃烧器排的每一侧上一排管)。因此，外燃烧器与内燃烧器相比需要提供较少功率。
炉设计(还被称为炉膛设计)以及其使用的主要目的是，使从燃烧器火焰、壁以及热烟道气传递到管的热量最大，同时考虑到管最大操作温度限制。管最大操作温度或MOT(还被称为最大操作限制)随几个因素的变化而变化，并且特别是随着管机械负载(主要是进料气体压力)、用于管的合金的机械性能以及管的暴露于蠕变和热老化的期望寿命的变化而变化。
被传递到管的热量的任何增强都具有直接积极影响，其使得增大生产力或使得提高炉膛的紧凑性，这在资本性支出方面有价值。但是，所传递的热量的增强通常意味着较高的炉管表面温度水平，这种较高的炉管表面温度减少了管寿命或需要更多贵得多的耐受性合金。
炉中的热负荷分布的任何不均匀性将导致这些管中的一些管比其他管更热，这就是为什么管的温度轮廓对于炉的设计而言并且在操作期间是关键要素；当在性能与耐久性之间寻求折中时(好的折中实际上是必不可少的)，管温度轮廓提供决定性信息。
注意：当考虑管温度轮廓时，应注意到，所考虑的温度实际上是炉管表面温度或TST(还被称为管壁温度或TWT)，其通常被简单地称为管温度。
在操作期间，炉的耐久性受到最热的管的温度(还被称为最大管温度或MTT)的限制；这种温度不应该比MOT更热。同时，这种过程的性能，即转化的效率取决于平均管热通量和温度。因此，最热的管的温度与最冷的管的温度之间的差异越小，炉的性能就越好。
炉设计限制导致固有结果：可用热量在管排之间不均匀地传递。这种不均匀传递的主要原因是外燃烧器与内燃烧器(外燃烧器排的燃烧器与内燃烧器排的燃烧器)之间的排放燃烧产物动量通量差异。实际上，仅在一侧有重整管的外燃烧器通常以较低燃烧速率(通常是在排两侧均具有管的内燃烧器的燃烧速率的45％到80％之间)操作。
外燃烧器与内燃烧器之间的燃烧速率差异以及由此的质量流率差异意味着，来自外燃烧器的排放燃烧产物与来自内燃烧器的排放燃烧产物相比也具有较低动量通量。外燃烧器火焰会朝向重整器的中部偏转(效果还被称为“火焰弯曲”)，使得难以平衡重整管排之间的热负荷。
外燃烧器火焰朝向内燃烧器火焰弯曲的这种问题是已知的，但是还没有被恰当地解决。
外燃烧器火焰朝向内燃烧器火焰弯曲的这种问题是已知的并且已经在下烧式重整器的技术领域中被记录在案。相同的问题发生在上烧式重整器中并且在此情况下没有什么不同；下烧式重整器中的火焰行为与上烧式重整器中的火焰行为之间的差异仅仅是因为一些微不足道的浮力影响导致的。
现有技术已经提出了解决方案来纠正火焰弯曲的问题。这些解决方案主要涉及顶燃式重整器。
这些解决方案的大多数需要对燃烧系统、对燃烧器本身或者对燃烧器分配歧管进行重要修改。例如：
-在US 2007/0099141 A1和EP 2 369 229 A2中，多个(氧化剂/燃料)导管被添加到燃烧器中，以便修改火焰的行为；
-在US 2007/0128091 A1中，至少修改了外燃烧器喷嘴的倾斜度；
-在US 2015/0239736 A1中，外燃烧器排放速度被修改成高于内燃烧器的排放速度。
在EP 2 708 812 A1中，提出了另一个解决方案；披露了一种下烧式重整器以及用于操作该下烧式重整器的方法，其中，通常情况下，燃烧器在管排之间成排放置并且还被沿炉的与管排平行的壁放置在炉侧处。根据披露的解决方案，为了防止外燃烧器火焰朝向内燃烧器火焰弯曲，外燃烧器应该靠近炉壁定位，更具体地，外燃烧器和外管应该被定位成使得，外燃烧器的中心轴线到炉壁的距离小于最外管与炉壁之间的距离的25％、优选地10％、更优选地5％、最优选地2％。
因此，仍然需要改进在用于重整过程和其他吸热过程的炉(上烧式炉和下烧式炉)中的管排之间传递的热负荷的均匀性，并且因而增大工厂效率和安全性。
事实上已经发现，如果外燃烧器与通常实践(根据EP 2 708 812A1的传授)相比更靠近壁定位，就允许减小火焰弯曲并且改进温度的均匀性，外管与炉壁之间的距离似乎不会影响火焰的行为。
事实上已经提出了，外排的燃烧器靠近旁边的壁(即沿X轴线)安装；但是，也已经发现，所述壁与外燃烧器之间的距离不是相对于外管与平行于外管排的壁之间的距离来限定的、而是相对于外燃烧器喷嘴尺寸来限定的(参考图5)。
存在不同的或多或少复杂的燃烧器喷嘴几何形状，其通常具有用于喷射空气的几个喷嘴(还被称为尖端)以及在炉中喷射燃料(或燃料的混合物)的一个或几何喷嘴(或尖端)。
对于复杂的燃烧器几何形状，已经在本发明的上下文中定义了“等效燃烧器喷嘴直径”。因为用于喷射空气的喷嘴的(多个)面积显著大于用于喷射燃料的喷嘴的面积，因此“等效燃烧器喷嘴直径”(根据本发明)已经被定义为其面积为用于喷射空气的喷嘴的面积总和的圆盘的直径。
对于圆形或四边形燃烧器几何形状，已经在本发明的上下文中将“等效燃烧器喷嘴直径”定义为空气喷嘴在与壁垂直的方向上的最大尺寸。
本发明的目的是改进和防止在竖直燃烧式(上烧或下烧)重整器中外燃烧器火焰朝向内燃烧器火焰弯曲。由于外燃烧器与相邻壁(旁边的壁)之间的距离相对于所述外燃烧器的尺寸(通过本发明背景中的等效燃烧器喷嘴直径来估计)减小，因此防止火焰弯曲，从而允许外燃烧器火焰附于壁上。
因此，本发明的目的是提出一种用于执行吸热过程的炉，该炉包括：包含催化剂的、用于转化气态进料的管，其中，管在该炉内被定位成与沿X轴线的耐火壁(称为沿X轴线的壁)平行的排，其中，燃烧器安装到炉底板或炉天花板上，内燃烧器在这些管排之间被安装成排，并且外燃烧器在管排与该沿X轴线的壁之间被安装成排并且安装成靠近所述沿X轴线的壁，其特征在于，这些外燃烧器被定位成使得，该外燃烧器与最靠近的沿X轴线的壁之间的距离b2w小于或等于所述外燃烧器的等效燃烧器喷嘴直径
Figure BDA0002308304140000041
所述等效燃烧器喷嘴直径等于如下圆盘的直径，该圆盘的面积在复杂燃烧器几何形状的情况下是该燃烧器的用于空气喷射的喷嘴的面积的总和、或在圆形或四边形燃烧器几何形状的情况下是该空气喷嘴在与该壁垂直的方向上的最大尺寸。
根据本发明的替代性方案，为了在低于50％标称负载的负载下有利地使用炉，比率
Figure BDA0002308304140000051
优选地，比率
Figure BDA0002308304140000052
是0.60以便防止沿X轴线的耐火壁过热超过50℃。
对于根据本发明的旨在在高于50％标称负载的负载下使用同时防止耐火壁过热超过50℃的炉，比率
Figure BDA0002308304140000053
是这样的：
Figure BDA0002308304140000054
根据另一个方面，本发明涉及一种在包括管和燃烧器的炉中执行的吸热过程，所述过程包括：
-将气态进料和蒸汽引入包含催化剂的、用于转化气态进料的管中，其中，管在该炉内被定位成与沿X轴线的耐火壁相平行的排，
-在燃烧器中使得燃料与空气燃烧，这些燃烧器被安装到该炉底板或该炉天花板上，内燃烧器在这些管排之间被安装成排，并且外燃烧器在管排与该沿X轴线的壁之间被安装成排并且安装成靠近所述沿X轴线的壁，
-排放管中产生的产物，
其中，这些外燃烧器被定位成使得，该外燃烧器与该沿X轴线的壁之间的距离b2w小于或等于所述外燃烧器的等效燃烧器喷嘴直径
Figure BDA0002308304140000055
Figure BDA0002308304140000056
所述等效燃烧器喷嘴直径等于如下圆盘的直径，该圆盘的面积在复杂空气喷射几何形状的情况下是该燃烧器的用于空气喷射的喷嘴的面积的总和、或在圆形或四边形燃烧器几何形状的情况下是该空气喷嘴在与该沿X轴线的壁垂直的方向上的最大尺寸。
此外，本发明的过程可以单独或组合地是：
-蒸汽甲烷重整过程；
-适于在本发明的任何炉中实施的过程。
将在以下实例中并且基于附图更详细地描述本发明及其优点。
在附图中：
图1示出了用于典型炉设计的燃烧器的位置；
图2示出了上烧式炉以及代表性区域(或代表性部署区(bay))的底视图，突出显示了管和燃烧器布放；
图3a示出了图2所呈现的代表性区域的外燃烧器的四种不同位置；
图3b示出了图3a所呈现的代表性部署区的外燃烧器的四种不同位置的火焰喷射行为；
图4针对图3a和图3b所呈现的实例展示了围绕圆周的管温度的变化；
图5呈现了燃烧器喷嘴的不同的图式化模型；
图6a示出了外燃烧器在相同的代表性部署区中的位置的附加实例，其中，壁与管之间的距离以及壁与外燃烧器之间的距离都有变化，而燃烧器和管以及因而其直径保持不变；
图6b示出了与图6a的附加实例相对应的火焰喷射行为；
图7是与表征外燃烧器的位置的多个不同参数相关地报告发生火焰弯曲(是/否)的表格，这些参数包括比率(燃烧器到壁的距离/燃烧器的直径)以及(燃烧器到壁的距离中心/管到壁的距离)；
图8和图9示出了针对比率
Figure BDA0002308304140000061
的两个值(也就是分别为1和0.16)，重整器的以标称进料负载(为已经以其设计出重整器的进料负载)的％表示的负载对火焰弯曲的影响。如上所述，本发明旨在提出用于执行吸热过程的竖直燃烧类型的炉(上烧或下烧)的设计上的改进。
图10展示了b2w，即在耐火壁的温度下燃烧器到壁的距离的影响。
本发明的目的是通过防止外燃烧器火焰朝向内燃烧器火焰弯曲来提高竖直燃烧式SMR的效率。凭借本发明，将避免局部管温度不均匀性；管温度竖直轮廓将受到控制，使得维持沿整个管长度的高温并且因而维持高工艺气体转化。对于具有至少三个管排的重整器，本发明将有助于减轻排之间的温度差异。
为了能够识别和提出防止火焰弯曲发生的解决方案，已经做出利用计算流体动力学(CFD)的数值仿真来估计外燃烧器与其旁边的壁之间的距离对发生火焰弯曲的影响。
这种仿真是参考呈现了上烧式矩形炉的图做出的(但是，本发明旨在应用于工艺气体同向或逆向流动的所有类型的竖直燃烧式炉)。
燃烧器被表示为方块。如以上解释并且在图中显而易见的，对于方块表示而言，“等效燃烧器直径”是方块的边(但是维持了“等效直径”的命名)。
这些CFD仿真针对代表上烧式炉的减小尺寸的3-D区域使用求解器做出，该求解器旨在在考虑重整反应的动力学的情况下计算燃烧室(针对其使用3-D模型)与管状催化剂反应器(针对其使用1-D模型)之间的热传递。
阅读对实例以及附图的以下更详细的说明将有助于理解本发明。
图2呈现了上烧类型的炉的底视图，该炉具有两个有五十个管的排，每排被布置成三个区段(十六个管、中央区段十八个管、以及十六个管)，并且该炉具有三个有十五个燃烧器的排，每排被布置成三个有五个燃烧器的区段，这些燃烧器排与这些管排和X轴线相平行。
燃烧器排被布放成沿壁4定位的两个外燃烧器排(还被称为外燃烧器1a)以及一个内燃烧器排(还被称为内燃烧器1b)、以及两个管(还被称为外管3)排2。内燃烧器排在每一侧上被外管3排2所围绕。
由于燃烧器和管的这种布置，技术领域中的常见实践是，与加热两个管排的内燃烧器1b相比，加热单一管排的外燃烧器1a以较低功率运行。对于所呈现的实例，所有计算都在外燃烧器1a功率为内燃烧器1b功率的55％的情况下做出。
每个外燃烧器排沿着壁4(沿X轴线的壁，其还在文本中被标识为“纵向壁”或“旁边的壁”)且与其平行地定位，并且每个燃烧器排终止于壁5(沿Y轴线的壁，其还被标识为“端壁”)。根据常见的炉膛设计，每个外燃烧器1a与靠近外燃烧器排的旁边的壁4之间的距离被选择成足以避免外燃烧器排出的热燃烧产物与旁边的壁相互作用。出于安装和维护方便性，所述距离的常见值在0.5m到1m之间，这当然应与两个燃烧器排之间的距离(通常是大约2m)相关联地加以考虑。
根据本发明，与通常实践的相比，外燃烧器1a必须被定位成更靠近旁边的壁4，以确保外燃烧器排出的燃烧产物与旁边的壁之间的相互作用。外燃烧器排的燃烧器与旁边的壁4之间的距离被确定为“b2w”。其被测量为壁4与外燃烧器1a之间的最小距离。
使用代表性区域6来进行CFD计算，该区域在图2中被加深为灰色矩形并且包含三个相邻外管3，在其两侧，一侧是外燃烧器1a，并且另一侧是半个内燃烧器1b。
如之前在文本中陈述的，在现有技术EP 2 7080812A1中已经指明外燃烧器与旁边的壁4之间的距离对热通量的行为具有大的影响。
根据所述现有技术，为了在效率和可靠性方面改进顶燃式炉的行为，外燃烧器与旁边的壁之间的最佳距离会取决于壁与外管排之间的距离。
在被呈现用于展示本发明的实例中，执行的多个不同仿真已经应用于具有三个燃烧器排(两个外排和一个内排)以及炉中的两个管排的上烧式炉。
图3a示出了图2中限定的区域6的、外燃烧器1a处于不同位置(更确切地在四个不同距离b2w)的四个实例的四种表示；与壁4平行的对称平面使该区域终止并且在内燃烧器1b的中间将内燃烧器切开。外燃烧器的等效燃烧器喷嘴直径
Figure BDA0002308304140000081
对于这4种情况而言保持一致，其中
Figure BDA0002308304140000082
Figure BDA0002308304140000083
图3b呈现了位于与Y-轴线平行的竖直截面平面中并且在燃烧器的中间将其切开的四个温度场。温度场是根据以上所阐述的针对图2示出的代表性区域6的数值仿真、针对与图3a中所指示的(附图标记为n1、n3、n4、n7)相同的从外燃烧器到旁边的壁的四个距离b2w以及相同的外燃烧器等效喷嘴直径
Figure BDA0002308304140000084
产生的。在图上指示了温度最高的区和温度最低的区。
鉴于图3b所呈现的CFD仿真的结果，所显现的是当外燃烧器到旁边的壁4的距离达到等效燃烧器喷嘴直径(即当
Figure BDA0002308304140000085
)时，火焰的行为发生改变，这在下文详细说明。
对于在通常实践的重整器中经常发现的b2w＝0.5m(并且因此
Figure BDA0002308304140000086
Figure BDA0002308304140000087
)而言，图3b所呈现的仿真的结果示出了外燃烧器火焰朝向内燃烧器偏转。
以内燃烧器的燃烧速率的55％操作(并且因而与内燃烧器相比具有较低动量通量)的外燃烧器朝向该内燃烧被吸入。还产生大的气体再循环区，该气体再循环区延伸至并且跨过重整管排并且因此导致到内管排(未示出)的所不期望的能量传递。
对于b2w＝0.4m(并且因此
Figure BDA0002308304140000088
)而言，就像在常见的重整器中一样，也观察到外燃烧器火焰朝向内燃烧器偏转。
对于b2w＝0.3m(并且因此)的实例，外燃烧器火焰不再朝向内燃烧器偏转。同时，气体的再循环区被限制在燃烧器与管排之间的区域中并且不跨过管排(未示出)。
对于外燃烧器与壁4之间的甚至更小的距离，其中b2w＝0.05m(并且因此
Figure BDA00023083041400000810
)，外燃烧器火焰(以及气体)贴附在壁4上。
图4展示了在管高度的一半(即6m高，管具有12m的高度)处、针对代表性区域6的中间管并且针对图3a和图3b中所呈现的附图标记为n1、n3、n4、n7的同样这四个实例而言，管温度(本地围绕其整个圆周的)与平均管温度(局部温度也被确认为圆周温度)之间的差异。
可以观察到，火焰弯曲影响圆周管温度的轮廓：
-对于这四个实例，管的面向燃烧器的侧α以及相反侧γ(分别面向外燃烧器和内燃烧器)比平均管温度更热，面向相邻管的两个其他侧β和δ的温度低于平均管温度；
-对于观察到火焰弯曲的两个实例n4和n7，由于当火焰弯曲时热气体跨过管排，因此管的面向外燃烧器的侧α以及管的(面向内燃烧器的)相反侧γ之间示出了接近20℃的温度差异；
-另一方面，对于火焰附于壁上(即没有弯曲)的两个实例n1和n3，管的面向外燃烧器的侧α的温度与管的与外燃烧器相反的侧γ的温度之间的差异接近5℃；
-同时，面向相邻管的这两个其他侧β和δ的温度并未受火焰的弯曲直接影响并且维持低于平均管温度10到15°。
基于利用相同的重整器负载(与标称负载相对应)获得的以上结果，明显的是，火焰弯曲根据外燃烧器到旁边的壁的距离与等效燃烧器喷嘴直径之间的比率：
Figure BDA0002308304140000091
而具有二元反应(是或否)。在两种模式之间未观察到中间状态：火焰偏转并且火焰贴附到壁上。然而，在两种模式之间的极限处，可能存在大约
Figure BDA0002308304140000092
的临界比率，针对此临界比率，火焰在弯曲和贴附到壁上之间波动，这种情况不能用静止的CFD仿真来证明。
根据本发明，因此需要将外燃烧器1a与常规构造相比更靠近纵向壁4安装，但这并不是要遵循的仅有的限制。如EP 2 708 812 A1所传授的，与b2w相组合地考虑额外的参数，该额外的参数并非不是t2w(旁边的壁与外管排之间的距离)。
根据本发明，必须与距离b2w相组合地考虑的这个第二参数涉及燃烧器而不涉及管；更确切地，所述第二参数估计燃烧器的尺寸；在本发明的上下文中，估计燃烧器的尺寸的参数将这种尺寸表达为“等效燃烧器喷嘴直径”。之前已经在文本中披露了根据本发明计算“等效燃烧器喷嘴直径”的值的方法。
更准确地，如实例提出的，这两个参数必须以外燃烧器排与沿X轴线的壁之间的距离b2w与等效燃烧器喷嘴直径之间的比率：
Figure BDA0002308304140000093
的形式来组合考虑。
图5呈现了用于与壁4相邻的燃烧器的燃烧器喷嘴的不同图式化模型，对于每种情况，展示了“等效燃烧器喷嘴直径”和距离b2w。
对于圆形或四边形燃烧器，等效燃烧器喷嘴直径
Figure BDA0002308304140000101
已经(在本发明的上下文中)被定义为空气喷嘴在与壁垂直的方向上的最大尺寸。在所有情况下小于空气喷嘴表面(典型地小10到20倍)的燃料喷嘴表面被忽略。
对于复杂的燃烧器几何形状，已经在本发明的上下文中定义了“等效燃烧器喷嘴直径”。因为用于喷射空气的喷嘴的表面显著大于用于喷射燃料的喷嘴的表面，因此燃烧器的“等效燃烧器喷嘴直径”(根据本发明)已经被定义为其面积为用于喷射空气的喷嘴的面积总和的圆盘的直径。燃料喷射喷嘴的表面也被忽略。
为了展示了本发明并且演示本发明的解决方案与现有技术EP 2 708 812 A1的解决方案相比提供更好的结果，做出了额外的比较仿真。
图6a示出了五个外燃烧器1a和外管3的位置不同的实例：n2、n3、n4、n5以及n6；除了距离b2w和t2w之外，代表性部署区和条件是相同的。图包括图3a和图3b已经呈现的两个实例n3和n4。壁与管之间的距离以及壁与外燃烧器之间的距离都有变化，而燃烧器和管的尺寸保持不变。
图6b呈现了与图6a的实例(附图标记为n2、n3、n5、n4)相对应的、位于与Y-轴线平行的竖直截面平面中并且在燃烧器的中间将其切开的四个温度场。图6b示出了火焰喷射行为，也就是火焰弯曲发生或不发生。
图3和图6所报出的所有实例的结果的比较呈现在图7的表格中。
根据本发明，要考虑的数据为：
●b2w：外燃烧器喷嘴的边缘与旁边的壁之间的距离；
●
Figure BDA0002308304140000102
本发明定义的等效燃烧器喷嘴直径；
●比率：
Figure BDA0002308304140000103
现在参考现有技术EP 2 708 812 A1，在所述现有技术中考虑的数据为：
●
Figure BDA0002308304140000104
外燃烧器的中心与旁边的壁之间的距离；
●t2w：管与旁边的壁之间的距离。
仿真的结果在图7的表格中报出，其中：
●实例n1、n3、n4、n5、n7符合现有技术EP 2 708 812 A1和本发明的规则：在根据现有技术
Figure BDA0002308304140000105
等于或小于0.25、和根据本发明的规则
Figure BDA0002308304140000106
等于或小于1的条件下，n1和n3没有弯曲，并且另三个实例n4、n5以及n7发生弯曲。
●实例n2符合本发明的规则，即
Figure BDA0002308304140000111
等于或小于1没有弯曲，但其并不符合现有技术的规则
Figure BDA0002308304140000112
高于0.25而没有弯曲。
●实例n6符合本发明的规则，即
Figure BDA0002308304140000113
高于1弯曲，但其并不符合现有技术的规则
Figure BDA0002308304140000114
低于0.25而火焰弯曲。
这清楚地示出了，外燃烧器(即靠近旁边的壁)的好的位置取决于燃烧器的尺寸(凭借等效燃烧器喷嘴直径估计出的)、但不取决于如之前现有技术EP 2 708 812 A1所传授的壁到外管排的距离。
此外并且为了考虑到设备被设想用于标称负载，这些设备也经常被计划用于部分负载，已经针对部分负载以及
Figure BDA0002308304140000115
的等于或小于1的不同的值进行了额外的仿真。
图8呈现了针对
Figure BDA0002308304140000116
与100％标称负载相比，较低负载(25％、50％、75％标称负载)对外燃烧器火焰弯曲的影响。从针对低负载(即小于或等于50％标称负载)的这些额外的仿真得出，上极限不再防止火焰弯曲。
图9呈现了针对b2w/＝0.16，与100％标称负载相比，较低负载(25％、50％、75％标称负载)对外燃烧器火焰弯曲的影响。从这些额外的仿真中得出，对于所有负载，火焰均贴附到壁上。
也可以有利地将燃烧器是否太靠近壁考虑在内，耐火衬里以及保护在靠近外燃烧器的区域中的壁的水泥的寿命可能由于过度暴露于火焰和高温而减小。因此，更好的是，当选择耐火衬里和水泥时将所引入的严酷条件(壁处的在非常长时段期间的强辐射和对流热通量，耐火材料和水泥的表面处发生的不可避免的化学反应)考虑在内。
图10展示了外燃烧器排与旁边的壁的接近度如何影响耐火壁温度。当外燃烧器与旁边的壁之间的距离b2w从标准值0.5m减小到0.02m时，耐火壁温度增大110℃。
因此：
-为了避免在高负载(大于标称负载的50％)下发生火焰弯曲并且同时避免耐火壁过热超过50℃，以下标准应该优选地受到重视：
Figure BDA0002308304140000118
Figure BDA0002308304140000119
-替代性地，为了避免在低负载和高负载下都发生火焰弯曲并且同时避免耐火壁过热超过50℃，以下标准应该优选地受到重视：0.6≤b2w≤0.8。
作为防止炉壁过热的替代性或附加的解决方案，还可以局部施加高辐射率涂层，这在效率、资本性支出以及操作支出方面提供了累积益处。
在根据本发明将火焰贴附到壁上的外燃烧器用于竖直燃烧式重整器(上烧式或下烧式)的优点之中，我们给出的是：
●通过防止外火焰弯曲，对管的热传递更均匀并且因而是经优化的；
●外燃烧器排比平常更靠近壁，炉膛宽度以及因而资本性支出将减小。
●对于小的重整器，这可以是特别有利的，从而例如有利于运输。

Claims (7)

1.一种用于执行吸热过程的炉，该炉包括：包含催化剂的、用于转化气态进料的管，其中，管在该炉内被定位成与沿X轴线的耐火壁平行的排，其中，燃烧器安装到炉底板或炉天花板上，内燃烧器在这些管排之间被安装成排，并且外燃烧器在管排与该沿X轴线的壁之间被安装成排并且安装成靠近所述沿X轴线的壁，
其特征在于，这些外燃烧器被定位成使得，该外燃烧器与该沿X轴线的壁之间的距离b2w小于或等于所述外燃烧器的等效燃烧器喷嘴直径
Figure FDA0002308304130000012
所述等效燃烧器喷嘴直径等于如下圆盘的直径，该圆盘的面积在复杂空气喷射几何形状的情况下是该燃烧器的用于空气喷射的喷嘴的面积的总和、或在圆形或四边形燃烧器几何形状的情况下是该空气喷嘴在与该沿X轴线的壁垂直的方向上的最大尺寸。
2.适合在低于50％标称负载的进料负载下使用的根据权利要求1所述的炉，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的炉，其特征在于，
Figure FDA0002308304130000014
以便防止该耐火壁过热超过50℃。
4.旨在在高于50％标称负载的负载下使用的根据权利要求1所述的炉，其特征在于：以便防止该耐火壁过热超过50℃。
5.一种在包括管和燃烧器的炉中执行的吸热过程，所述过程包括：
-将气态进料和蒸汽引入包含催化剂的、用于转化气态进料的管中，其中，管在该炉内被定位成与沿X轴线的耐火壁相平行的排，
-在燃烧器中使得燃料与空气燃烧，这些燃烧器被安装到该炉底板或该炉天花板上，内燃烧器在这些管排之间被安装成排，并且外燃烧器在管排与该沿X轴线的壁之间被安装成排并且安装成靠近所述沿X轴线的壁，
-排放该管中产生的产物，其中，这些外燃烧器被定位成使得，该外燃烧器与该沿X轴线的壁之间的距离b2w小于或等于所述外燃烧器的等效燃烧器喷嘴直径
Figure FDA0002308304130000016
所述等效燃烧器喷嘴直径等于如下圆盘的直径，该圆盘的面积在复杂空气喷射几何形状的情况下是该燃烧器的用于空气喷射的喷嘴的面积的总和、或在圆形或四边形燃烧器几何形状的情况下是该空气喷嘴在与该沿X轴线的壁垂直的方向上的最大尺寸。
6.一种根据权利要求5所述的蒸汽甲烷重整过程。
7.根据权利要求5或6所述的并且适合在根据权利要求2至4中任一项所述的炉中使用的过程。
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