CN113382956B - 一种用于部分氧化的方法 - Google Patents
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Abstract
一种在包括反应室和燃烧器组件的反应器中进行部分氧化的方法，其中：燃烧器组件具有位于燃料通道内的单个氧化剂喷嘴，所述氧化剂喷嘴包括喷嘴管和喷嘴出口，喷嘴管和燃料通道布置成产生扩散火焰，喷嘴出口具有带有从喷嘴管的中心突出的两个或更多个长形瓣片的形状。
Description
技术领域
本发明涉及在ATR反应器或POX反应器中进行的部分氧化。
背景技术
自热重整(ATR)和部分氧化(POX)反应器广泛用于合成气的生产领域。
ATR反应器可以用作独立的合成气生成装置，或可以用于在烧制炉中进行一次蒸汽重整后的二次重整。由空气或富集空气进料的ATR反应器通常被称为二次重整器。相反，POX系统是通常用于对预热的烃气体和氧化剂进行转换的可替选技术。
自热重整在催化剂存在下进行，而部分氧化在不存在催化剂下进行。对于ATR(在催化剂床入口)，温度可以为约1000℃至1300℃，对于POX，温度甚至更高(1300℃或更高)。压力通常在10巴至100巴的范围内。
ATR和POX反应器包括燃烧器，该燃烧器通常安装在反应容器顶部，位于反应室上方。在ATR的情况下，反应室装有催化剂，而在POX的情况下，反应室是空的。
要求燃烧器在气态燃料和气态氧化剂之间提供混合。燃料可以是预热的烃或用一定量蒸汽的部分重整的烃，这些蒸汽可能已经包含在燃料中或添加到燃料中。氧化剂通常是空气、富氧空气或基本上纯净的氧气，可能会加入蒸汽。烃可以例如是天然气。在已知的构造中，燃烧器包括具有圆形横截面的氧化剂管，该氧化剂管与环形燃料管同轴地布置。
对于应用ATR或POX系统，特别感兴趣的领域是将烃源转化为部分氧化的含CO的合成气，例如H2和CO的混合物。ATR和POX均可用于生产这种气体。
含CO的气体仍具有相当高的热值，可以用作燃料。H2和CO气体在化学工业中也有多种应用，例如它是合成多种产品的原料，其中多种产品包括氨和甲醇。
然而，从烃源生产含CO的气体需要化学计量不足的燃烧，这可能导致不希望的烟灰形成。烟灰的形成有多个缺点：碳源的损失，碳源不能按需转化为二氧化碳；管道的结垢和阻塞；需要定期清洁，这很昂贵，并且需要处理污染物和潜在的致癌物质。
烟灰的形成是受多个参数影响的复杂过程。例如，已知蒸汽与碳的比率和氧气与碳的比率影响烟灰的形成：这两个比率越大，则烟灰的形成越少。然而，增加蒸汽与碳的比率和/或氧气与碳的比率以抑制烟灰的形成却具有增加作为有价值的原料的蒸汽或氧气的消耗的缺点。
还已知通过在燃料和氧化剂之间剧烈混合来减少烟灰的形成。因此，许多现有技术方案试图通过对燃料流和氧化剂流之一或二者施以高速和/或涡流来减少烟灰。其他方案不同于物流的通常的同轴配置，以试图改善混合，例如通过将燃料流垂直于氧化剂流进行引导，例如，如US 6,076,745中所公开的。值得注意的是，在这些情况下，可能地除旋流器外，燃烧器仍具有轴向对称的几何结构。这些技术以及更一般地基于高速、旋流器和流动方向变化的所有技术具有引入显著压力损失的缺点。
US 3,901,445公开了一种用于用空气或纯氧燃烧气态燃料的气体燃烧器。EP406071公开了一种用于烃的部分氧化的方法和反应器。
总而言之，减少烟灰形成的需求迫使采用某些操作参数，例如大量过量的蒸汽/氧气，或物流的高速度和涡流，这不可避免地带来一些缺点。
因此，仍然需要提供一种改进的ATR或POX燃烧器设计，其能够减少烟灰的形成并在更有利的条件下操作，从而使上述缺点最小化。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，并与现有技术相比，对于给定的一组操作参数，例如反应压力和温度、蒸汽和氧气消耗量、燃料和氧化剂原料流的压降，提供一种具有更少的烟灰形成的改进的部分氧化方法。
公开了一种用于气态烃燃料的部分氧化的反应器，其包括容器、反应室、至少一个燃烧器组件，其中：
所述燃烧器组件具有单个氧化剂喷嘴；
所述反应器包括至少一个燃料通道，所述至少一个燃料通道与所述气态烃燃料的入口连通；
所述氧化剂喷嘴包括氧化剂喷嘴管和氧化剂喷嘴出口；
所述氧化剂喷嘴管和燃料通道被布置成在反应室内产生扩散火焰；
所述氧化剂喷嘴出口成形为具有两个或更多个从氧化剂喷嘴管的轴线径向突出的长形瓣片。
所述反应器例如是催化自热重整反应器(ATR)或非催化POX反应器。
因此，本发明涉及使气态烃燃料的部分氧化以形成包含氢气和一氧化碳的产物气的方法，其中所述方法在上述反应器中进行。根据本发明的部分氧化的方法可以是根据第一实施方式的催化自热重整工艺，或者可以是根据第二实施方式的非催化工艺。
术语燃烧器组件表示包括单个氧化剂喷嘴并且以可移除的方式装配到反应器容器的独立式器件。燃烧器组件通常本身可移除，以进行检查、维护或更换。
燃烧器组件包括至少一个连接器(例如，第一凸缘)，其适于装配容器的相应的连接器(例如，第二凸缘)。例如，燃烧器组件是要装配在容器上部中的轴向长形体。
燃烧器组件可以联接至容器，使得燃烧器组件的氧化剂喷嘴至少部分地位于反应器的燃料通道内。
反应器可包括单个燃烧器组件或多个燃烧器组件。
在多燃烧器的实施方式中，燃烧器组件可以被设置在容器的不同位置。每个燃烧器组件可具有各自的单个氧化剂喷嘴。反应器可以包括安装在燃料通道内的单个燃烧器组件或多个燃烧器组件，其中每个燃烧器组件具有各自的专用燃料通道。安装在不同燃料通道中的燃烧器组件也可以具有不同的燃料输入部。
特别地，反应器可包括装配到容器的多个燃烧器组件和多个燃料通道，其中每个燃烧器组件具有各自的氧化剂喷嘴，并且所述燃烧器组件的每个氧化剂喷嘴安装在各自的燃料通道并且每个燃料通道容置单个氧化剂喷嘴。
反应器可以包括一个或多个不容纳氧气喷嘴并且与氧气喷嘴在空间上分开的燃料喷嘴。例如，反应器可以在压力容器的轴线上包括燃料喷嘴，并且多个氧化剂喷嘴呈卫星状安装在燃料喷嘴周围，每个氧化剂喷嘴具有到容器的各自连接，该连接在空间上与另一个氧化剂喷嘴的连接分开。
燃烧器组件优选位于反应室上方。
氧化剂喷嘴管沿着氧化剂喷嘴管的长度不与燃料通道连通，使得燃料在氧化剂喷嘴出口处开始与氧化剂汇合。因此，燃料和氧化剂在反应室内产生扩散火焰。
氧化剂喷嘴管和燃料通道可以是平行的或基本平行的。优选地，氧化剂喷嘴管和燃料通道是同轴的，例如氧化剂喷嘴管同轴地布置在燃料通道的内部。
氧化剂喷嘴出口具有瓣片型形状。因此，所述喷嘴出口包括两个或更多个瓣片，所述两个或更多个瓣片优选地以对称构造从喷嘴出口的中心突出。
在一个实施方式中，氧化剂喷嘴出口具有两个彼此相对即呈180°的长形瓣片。因此，所述喷嘴出口可采用带有圆角化末端的长形矩形的形状。
在另一个实施方式中，氧化剂喷嘴出口具有三个或更多个长形的瓣片，所述三个或更多个长形的瓣片围绕喷嘴管的中心径向地布置。因此，所述喷嘴出口呈星形构造。
多个径向布置的长形瓣片优选地具有360°/n度的规则角度间隔，其中n是瓣片的数量。
申请人已经发现，在给定一组条件下，与现有技术的燃烧器相比，氧化剂喷嘴出口的上述构造以令人惊讶的方式减少了烟灰的形成。
特别地，申请人已经发现，少量的所述长形瓣片对于减少烟灰的形成是优选的。优选的实施方式具有2至8个瓣片，更优选2至5个瓣片，例如3或4个瓣片。
每个长形瓣片可具有两个基本平行的壁，其在远侧尖端处汇合。每个长形瓣片具有从喷嘴管的中心到远侧尖端的径向长度，该径向长度优选地大于所述两个平行壁之间的距离。在一个特别优选的实施方式中，所述径向长度与所述距离的比率为至少2，优选为2至40，更优选为5至20。
氧化剂喷嘴管和燃料通道可以具有圆形的横截面，但可以采用不同的形状，例如正方形或矩形的横截面。氧化剂喷嘴管和燃料通道可具有相同或不同形状的横截面。燃料通道也可以被视为环形管。
在喷嘴出口附近，氧化剂喷嘴从喷嘴管的第一形状改变为喷嘴出口的第二形状。在优选的实施方式中，氧化剂喷嘴具有过渡区域，在该过渡区域中氧化剂喷嘴的形状从喷嘴管的形状逐渐改变为喷嘴出口的形状。
氧化剂喷嘴管还可包括一部分，该部分的横截面朝向喷嘴出口逐渐减小。横截面逐渐减小的该部分可以包括上述过渡区域。
减小横截面是有利的，因为它在氧化剂流与燃料汇合之前使氧化剂流加速。横截面的逐渐减小避免了边界层的分离，并在氧化剂喷嘴出口处提供了均匀的速度分布。
在优选的实施方式中，燃烧器组件不包括旋流器。如果合适的话，燃烧器组件可以是水冷的或气体冷却的。在这种情况下，燃烧器组件包括用于冷却介质的入口和出口以及要被冷却介质横穿的合适的内部腔室。然而，冷却系统不是必不可少的，并且在一些实施方式中，燃烧器组件不被冷却。
在一些实施方式中，氧化剂出口部在燃料出口部的前面，因此氧化剂管延伸到燃烧室中，例如在竖直布置中位于燃料出口下方。在可替选实施方式中，氧化剂出口部在燃料出口部后面缩回，因此氧化剂喷嘴终止在燃料通道内。
氧化剂喷嘴终止在燃料通道内的实施方式可以是优选的，因为它们提供了附加的燃烧空间。特别地，燃料通道的下部(例如，反应器的颈部的下部)可以用作附加的燃烧室，从而允许相应地减小主燃烧室和整个反应器的尺寸。
申请人已经发现，对于给定的工艺条件，与具有圆形横截面的常规喷嘴相比，具有氧化剂喷嘴的上述构造的部分氧化的方法提供了令人惊讶地低的烟灰形成。
据信，烟灰形成的减少是由于：得益于长形瓣片的形状，在氧化剂喷嘴输出部处燃料和氧化剂之间的接触表面增加，并且因此导致更好的混合。对于给定的氧化剂和燃料流的速度和物流特性，与常规的圆形喷嘴相比，氧化剂喷嘴的瓣片型设计产生了更好的混合。
其他优点是：保持了燃料和氧化剂的同轴布置；无需旋流器，旋流器会引起明显的压降；这样获得的扩散火焰相对较短，导致燃烧区中温度的分布更加均匀。
本发明也适用于二次重整。在二次重整过程中，烟灰的形成通常不是问题；然而，与现有技术相比，考虑到在较低的压降下更好地混合燃料和氧化剂，本发明仍然是有益的。
借助于以下关于优选实施方式的详细描述，优点将更加明显地显现。
附图说明
图1示出了根据本发明的一个实施方式的用于进行部分氧化过程的ATR反应器的方案。
图2示出了第一实施方式中的图1的反应器的燃烧器组件的细节。
图3示出了第二实施方式中的燃烧器组件的细节。
图4示出了在本发明的实施方式之一中的图2或图3的燃烧器的喷嘴输出部的横截面。
图5示出了喷嘴输出部的另一个实施方式。
图6针对现有技术的喷嘴并针对本发明的一些实施方式绘制了烟灰形成相对于蒸汽与碳的比率的实验结果。
具体实施方式
附图示出了具有轴线A-A的ATR反应器1，其包括容器30、在容器30内部的反应室2和在反应室2中的催化床3。
反应器1经由燃料入口31接收气态燃料5并接收氧化剂4，产生产物气6，其为包含H2和CO的部分氧化的气体。
反应器1包括安装在容器30上并装配在反应室2上方的燃烧器组件10。
燃烧器组件10包括同轴地位于反应器1的燃料通道12内的单个氧化剂喷嘴11。特别地，燃料通道12围绕氧化剂喷嘴11形成环形管，氧化剂喷嘴11和燃料通道12具有公共的轴。在该示例中，燃烧器组件被轴向安装，并且氧化剂喷嘴11和燃料通道12的所述公共轴线是反应器1的轴线A-A。
燃料通道12由反应器1的上颈部24界定。例如，燃料通道12由上颈部24的耐火壁界定，该耐火壁形成燃料通道12的外壁。氧化剂喷嘴11形成燃料通道12内的环形燃料通路的内壁。
氧化剂喷嘴11包括氧化剂喷嘴管13和氧化剂喷嘴出口14。
氧化剂喷嘴11与氧化剂入口连通，燃料通道12与燃料入口31连通。因此，在操作中，氧化剂喷嘴11被进给氧化剂4，燃料通道12被进给燃料5。
氧化剂4和燃料5形成两个分开的平行同轴物流。氧化剂喷嘴管13中的氧化剂4和燃料通道12中的燃料5最初被氧化剂喷嘴管13的表面壁分开，并且仅在氧化剂喷嘴出口14处汇合(特别地在氧化剂出口部16处)，他们在那里产生扩散火焰F。
燃料出口部15在燃料通道12的末端，氧化剂出口部16在氧化剂喷嘴出口14的末端。
图2示出了第一实施方式，其中氧化剂出口部16在燃料出口部15的前面，朝向反应室2，因此氧化剂喷嘴11延伸到催化床3上方的混合区域22中。在所示的竖直布置中，根据该第一实施方式的氧化剂出口部16在燃料出口部15的下方。
图3示出了第二实施方式，其中氧化剂出口部16在燃料出口部15的上方。因此，氧化剂喷嘴11终止在燃料通道12中。在所示的竖直布置中，根据该第二实施方式的氧化剂出口部16在燃料出口部15上方。
氧化剂4和燃料5在混合区域22中汇合，该混合区域22位于燃烧室2的上部，并且优选地延伸到颈部24中。在包括催化床3的ATR反应器中，混合区域22在催化床3的上方。
在图3中，可以理解的是，混合和燃烧在颈部24的下部区域24a中开始。除了在催化床3上方并对应于容器30的较大部分的主腔室3，所述区域24a可以被视为另外的混合和燃烧室。
本发明的一个方面是氧化剂喷嘴出口14的多瓣片构造。氧化剂喷嘴出口14可以包括两个或更多个瓣片，例如如图4和图5所示。
图4涉及一个实施方式，其中氧化剂喷嘴出口14终止于第一瓣片141和与第一瓣片相对的第二瓣片142，即瓣片141、142围绕喷嘴管13的中心轴线17间隔180°。
每个长形瓣片141或142具有两个基本平行的壁18、19，其在远侧尖端20处汇合。每个长形瓣片具有从喷嘴管13的中心到远侧尖端20的径向长度r，该径向长度r大于所述两个平行壁18、19之间的距离s。所述比率r/s优选为2至40，更优选为5至20。
因此，氧化剂喷嘴出口14的端部采用扁平体(“鸭嘴形”端)的形式，出口部16采用具有圆角化边缘21的长形矩形的形式。这导致在喷嘴出口14下游的混合区域22中氧化剂和燃料之间的足够的接触面，其中形成扩散火焰F。
特别地，氧化剂4以与燃料流同轴的大而扁平的流离开氧化剂喷嘴11，其中在氧化剂流周围具有更大的接触表面，这本是圆形几何结构可实现的。如图2所示，氧化剂4和燃料5在区域22中以同轴流混合。混合区域中的同轴流布置有利于减小压降。
申请人已经发现，如此获得的扩散火焰F的基本扁平的形状尽管不是径向对称的，但是导致了烟灰的出乎意料的低形成。更具体地，在相同工艺条件下，在相同氧化剂喷射速度的情况下，与圆形几何结构相比，烟灰水平大大降低。
根据另一个优选特征，氧化剂喷嘴11具有过渡区域23，其中燃料喷嘴的形状从喷嘴管13的形状逐渐改变为喷嘴出口14的形状。喷嘴管13还可以包括具有朝向喷嘴出口14逐渐减小的横截面的部分，以在氧化剂流4与燃料流5汇合之前使其加速。
图5示出了一个实施方式，其中氧化剂喷嘴出口14包括三个长形的瓣片143、144、145，它们以星形构型间隔开120°。其他实施方式可以包括更多的瓣片，但优选具有2至8个瓣片，甚至更优选具有2至5个瓣片。
在多瓣片构造中，氧化剂喷嘴出口14的每个瓣片优选具有如在图2中的上述形状和上述优选的r/s比。
本发明的方法可以在POX反应器中进行。该反应器可以与上述反应器1相似，但是内部没有催化床。
ATR或POX反应器还可包含多于一个燃烧器组件。每个燃烧器组件包括单个氧化剂喷嘴，并构成一个独立式器件，该独立式器件可从容器中移除，例如以用于维护、检查或更换。不同的燃烧器组件可以具有同一或分开的燃料输入部和燃料通道。
在一些实施方式中，燃烧器组件可以是水冷的或气体冷却的。可以使用蒸汽或其他气体进行气体冷却。冷却气体在用于冷却燃烧器之后，可以排放到装置中，或其可以通过专用的出口喷嘴离开装置，而不会与燃烧器周围流动的气体混合。
图6绘制了在根据本发明的ATR或POX反应器的燃烧器组件中，在O2/C＝0.5和压力为15bar的压力下，使用天然气作为燃料并且使用氧气作为氧化剂的烟灰浓度相对于蒸汽与碳的比率。
图线I涉及现有技术的圆形氧化剂喷嘴；图线II涉及两瓣片型氧化剂喷嘴，图线III涉及三瓣片型氧化剂喷嘴。
图6示出了与具有圆形氧化剂喷嘴的常规燃烧器相比，特别是在低蒸汽/碳比的情况下，本发明在低烟灰形成方面的显著优点。
Claims (19)
1.一种使气态烃燃料(5)部分氧化以形成含氢气和一氧化碳的产物气(6)的方法，其中：
所述方法在包括容器(30)、反应室(2)和至少一个燃烧器组件(10)的反应器(1)中进行；
所述燃烧器组件(10)具有单个氧化剂喷嘴(11)；
所述反应器(1)包括至少一个燃料通道(12)，所述至少一个燃料通道(12)与所述气态烃燃料的入口(31)连通；
所述氧化剂喷嘴(11)包括氧化剂喷嘴管(13)和氧化剂喷嘴出口(14)，
所述氧化剂喷嘴管(13)和所述燃料通道(12)被布置成产生扩散火焰，
所述氧化剂喷嘴出口(14)具有带有从所述氧化剂喷嘴管(13)的轴线突出的两个或更多个长形瓣片的形状；
所述方法包括：在所述反应器的所述氧化剂喷嘴中进给氧化剂(4)；在所述反应器的所述燃料通道中进给气态烃燃料(5)，在燃料喷嘴的出口处形成扩散火焰(F)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应器的所述氧化剂喷嘴出口(14)具有彼此相对对称布置的两个长形瓣片。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应器的所述氧化剂喷嘴出口(14)具有三个或更多个长形瓣片，所述三个或更多个长形瓣片围绕所述氧化剂喷嘴管(13)的中心径向布置。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述反应器的所述径向布置的长形瓣片具有规则的角度间隔。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中所述反应器的所述径向布置的瓣片的数量为3个至8个。
6.根据权利要求3或4所述的方法，其中所述反应器的所述径向布置的瓣片的数量为3个或4个。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应器的每个长形瓣片具有两个基本平行的壁，所述两个基本平行的壁在所述瓣片的远侧尖端(20)处汇合，并且每个长形瓣片具有从所述氧化剂喷嘴管的中心到所述远侧尖端的径向长度(r)，所述径向长度(r)大于所述两个平行壁之间的距离(s)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述径向长度与所述平行壁之间的距离之比率(r/s)为至少2。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述径向长度与所述平行壁之间的距离之比率(r/s)为2至40。
10.根据权利要求7所述的方法，其中所述径向长度与所述平行壁之间的距离之比率(r/s)为5至20。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应器的所述氧化剂喷嘴(11)具有过渡区域(23)，其中所述氧化剂喷嘴的形状从所述氧化剂喷嘴管(13)的形状逐渐改变为所述氧化剂喷嘴出口(14)的形状。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应器的所述氧化剂喷嘴管(13)包括一部分，所述部分的横截面朝向所述氧化剂喷嘴出口(14)逐渐减小。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应器的所述氧化剂喷嘴(11)和所述燃料通道(12)是同轴的。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应器的所述燃烧器组件(10)是水冷的或气体冷却的。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应器的所述燃烧器由以下任何一种制成：金属、陶瓷材料、复合陶瓷材料或这些材料的组合。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应器的所述至少一个燃烧器组件(10)联接至所述容器(30)，使得所述燃烧器组件的所述氧化剂喷嘴(11)被至少部分地容纳在所述反应器的燃料通道(12)内。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应器包括装配至所述容器的多个燃烧器组件和多个燃料通道，其中所述燃烧器组件中的每个具有各自的氧化剂喷嘴，并且每个氧化剂喷嘴被安装在各自的燃料通道内，并且所述燃料通道中的每个容纳单个氧化剂喷嘴。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应器包括至少一个不容纳任何氧气喷嘴的燃料通道。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述反应器包括单个燃料通道和围绕所述燃料通道布置的多个燃烧器组件。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3901445A (en) * | 1974-11-08 | 1975-08-26 | Pullman Inc | Gas burner - lance construction |
| US4153410A (en) * | 1976-12-07 | 1979-05-08 | Basf Aktiengesellschaft | Production of sulfur-free combustion gases of low soot content |
| JP2001220104A (ja) * | 2000-02-07 | 2001-08-14 | Nippon Sanso Corp | 一酸化炭素、水素生成用燃焼装置 |
| CN207574388U (zh) * | 2017-12-08 | 2018-07-06 | 福建省烟草公司龙岩市公司 | 一种大面积喷火枪 |
| CN108458339A (zh) * | 2017-02-22 | 2018-08-28 | 气体产品与化学公司 | 双级氧气燃料燃烧器 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2648800B1 (fr) * | 1989-06-27 | 1991-10-18 | Inst Francais Du Petrole | Dispositif et procede de fabrication de gaz de synthese par combustion et son application |
| DE69802133T2 (de) | 1997-05-01 | 2002-03-07 | Haldor Topsoee As Lyngby | Wirbelbrenner |
| US5992763A (en) * | 1997-08-06 | 1999-11-30 | Vortexx Group Incorporated | Nozzle and method for enhancing fluid entrainment |
| DE10041739A1 (de) * | 2000-08-25 | 2002-04-25 | Basf Ag | Vormisch-Brennerblock für partielle Oxidationsprozesse |
| US6558156B2 (en) * | 2001-07-25 | 2003-05-06 | Chi Lam Wong | Multi-flame lighter |
| CN101004260B (zh) * | 2002-08-09 | 2010-10-06 | 杰富意钢铁株式会社 | 管状火焰燃烧炉以及燃烧控制方法 |
| US6866503B2 (en) * | 2003-01-29 | 2005-03-15 | Air Products And Chemicals, Inc. | Slotted injection nozzle and low NOx burner assembly |
| US20070048679A1 (en) * | 2003-01-29 | 2007-03-01 | Joshi Mahendra L | Fuel dilution for reducing NOx production |
| CN100341616C (zh) * | 2003-06-23 | 2007-10-10 | 卡萨尔化学股份有限公司 | 二次重整设备 |
| EP1531147A1 (en) * | 2003-11-06 | 2005-05-18 | CASALE ChEMICALS S.A. | Catalytic secondary reforming process and reactor for said process |
| US7390189B2 (en) * | 2004-08-16 | 2008-06-24 | Air Products And Chemicals, Inc. | Burner and method for combusting fuels |
| EP2329189B1 (de) * | 2008-09-29 | 2016-01-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Brennstoffdüse |
| CA2827865C (en) * | 2011-03-10 | 2016-01-05 | Air Products And Chemicals, Inc. | Oxy-fuel burner arrangement |
| CA2856834C (en) * | 2011-12-01 | 2016-11-29 | Air Products And Chemicals, Inc. | Staged oxy-fuel burners and methods for using the same |
| EP2604919A1 (de) * | 2011-12-12 | 2013-06-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Brennstoffdüse für zwei Brennstoffe |
| US10458655B2 (en) * | 2015-06-30 | 2019-10-29 | General Electric Company | Fuel nozzle assembly |
-
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3901445A (en) * | 1974-11-08 | 1975-08-26 | Pullman Inc | Gas burner - lance construction |
| US4153410A (en) * | 1976-12-07 | 1979-05-08 | Basf Aktiengesellschaft | Production of sulfur-free combustion gases of low soot content |
| JP2001220104A (ja) * | 2000-02-07 | 2001-08-14 | Nippon Sanso Corp | 一酸化炭素、水素生成用燃焼装置 |
| CN108458339A (zh) * | 2017-02-22 | 2018-08-28 | 气体产品与化学公司 | 双级氧气燃料燃烧器 |
| CN207574388U (zh) * | 2017-12-08 | 2018-07-06 | 福建省烟草公司龙岩市公司 | 一种大面积喷火枪 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 孙晓霞.催化裂化新型靶式进料喷嘴的研制和工业试验.石油炼制与化工.1991,(07),全文. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| WO2020156743A1 (en) | 2020-08-06 |
| CN113382956A (zh) | 2021-09-10 |
| EP3689818A1 (en) | 2020-08-05 |
| EP3917874A1 (en) | 2021-12-08 |
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| US20220098035A1 (en) | 2022-03-31 |
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