CS265245B2

CS265245B2 - Process for partial oxidation of hydrocarbon fuel

Info

Publication number: CS265245B2
Application number: CS875779A
Authority: CS
Inventors: Franciscus Johanna Arn Martens; Hendrikus Johannes An Hasenack
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 1986-08-05
Filing date: 1987-08-03
Publication date: 1989-10-13
Also published as: CN1006629B; JPS6343996A; US4789384A; GB8619076D0; DE3773791D1; IN169781B; NO171011B; NO873239D0; EP0255748A3; NO171011C; PT85471A; ES2025139B3; EP0255748A2; CS577987A2; JP2587242B2; NO873239L; AU590106B2; AU7651587A; RU2039699C1; EP0255748B1

Description

(57) Způsob parciální oxidace paliva, využívající víceotvorového hořáku, obsahujícího střední kanál a tři soustředné kanály obklopující střední kanál. Palivo se přivádí druhým soustředným kanálem výmezeгос rychlostí. Kyslík se přivádí dalšími kanály ve vymezeném množství hmotnostních proudů a vymezenými rychlostmi.

Vynález se týká způsobu parciální oxidace uhlovodíkového paliva za přívodu plynu obsahujícího kyslík a uhlovodíkového paliva do zplyňovací zóny soustředně uspořádanými kruhovými průtoky.

V USA patentovém spisu Č. 4 525 175 je popsán způsob parciální oxidace suspenzí tuhého uhlíkatého paliva v kapalném nosiči v soustředně uspořádaných průtocích. Tímto způsobem se však nedosáhne jemného rozptýlení paliva a dobrého a rychlého promísení.

Cílem tohoto vynálezu je vytvořit postup parciální oxidace uhlovodíkového paliva, při němž se získá in šitu jemné rozptýlení paliva. Dalším cílem tohoto vynálezu je vytvořit způsob parciální oxidace uhlovodíkového paliva, při němž se dosáhne dobrého a rychlého smísení nebo kontaktu kyslíku a paliva a zabrání se předzápalu a zpětnému zášlehu plamene.

Dalším cílem tohoto vynálezu je vytvořit způsob zplyňování zbytků, např. těžkých zbytků, při němž se dosáhne hospodárných procesních podmínek (například snížení přívodu moderátorového plynu a redukce tvorby sazí) při dostatečně dlouhé životnosti hořáku, delší než 8 000 provozních hodin.

Předložený vynález vytváří způsob parciální oxidace uhlovodíkového paliva za přívodu plynu obsahujícího kyslík a uhlovodíkového paliva do zplyňovací zóny soustředně uspořádanými kruhcvými průtoky, jehož podstata spočívá v tom, že plyn obsahující kyslík se přivádí středním kanálem soustředného uspořádání rychlostí 21 až 42 m/s v množství 5 až 40 procent hmotnostních z celkového množství plynu obsahujícího kyslík, prvním soustředným kanálem obklopujícím střední kanál se přivádí plyn obsahující kyslík rychlostí 60 až 120 m/s, druhým soustředným kanálem obklopujícím první soustředný kanál se přivádí uhlovodíkové palivo rychlostí 3,0 až 3,8 m/s a zbývající plyn obsahující kyslík se přivádí třetím soustředným kanálem obklopujícím druhý soustředný kanál rychlostí 60 až 120 m/s_z přičemž rychlosti se měří na výstupu příslušných soustředných kanálů do zplyňovací zóny a hmotnostní proudy prvním a třetím soustředným kanálem jsou rozděleny rovnoměrně. Výhodně je uhlovodíkové palivo kapalné. Výhodně plyn s kyslíkem obsahuje moderátor, kterým je výhodně pára nebo oxid uhličitý. Výhodně se parciální oxidace provádí při tlaku 0,1 až 13 MPa. Výhodně se Čtvrtým soustředným kanálem, obklopujícím třetí soustředný kanál přivádí inertní plyn, jímž je plyn nereagující exothermicky.

Příslušné rychlosti se měří na výstupu z příslušných soustředných kanálů do zplyňovací zóny. Měření rychlosti mohou být prováděna jakýmkoli způsobem vhodným pro tento účel a nebudou detailně popisována.

Palivo a plyn obsahující kyslík se přivádějí do zplyňovací zóny soustředným hořákovým uspořádáním t:ří kyslíkových průtoků a jednoho palivového průtoku. Střední kanál pro přívod kyslíku je ubklopen prvním prstencovým kanálem pro přívod kyslíku. Tento první prstencový kanál je obklopen druhým prstencovým kanálem pro přívod paliva a tento druhý kanál je obklopen třetím prstencovým kanálem pro přívod kyslíku.

Výceotvorová hořáková uspořádání prstencových soustředných kanálů pro přivádění kyslíku a paliva do zplyňovacích zón jsou jako taková známa a nebudou detailně popisována.

Obvykle takovéto hořáky obsahují duté stěnové členy s vnitřními průtoky pro chladicí tekutinu. Takovýto hořák může být však například opatřen vhodným keramickým nebo žáruvzdorným obkladem uspořádaným na vnějším povrchu nebo zavěšeným nějakým prostředkem těsně u tohoto vnějšího povrchu hořákové čelní stěny pro zabránění zatížení teplem během provozu nebo zahřátí nebo zchlazení hořáku.

Podle tohoto vynálezu se kyslík a palivo přivádění do zplyňovací zóny příslušnými kanály za vymezených rychlostí, aby se dosáhlo dobrého rozptýlení a smísení. Postupem podle tohoto vynálezu se dosáhne ve srovnání s dříve uvedeným postupem dosavadního stavu techniky i méně než poloviční spotřeby páry při srovnatelné parciální oxidaci paliva. Způsob podle vynálezu je tedy ekonomičtější.

Vynález bude nyní popsán detailněji pomocí následujících příkladů provedení.

Příklad 1

Zkoušky byly prováděny za následujících podmínek:

a) nástřik
měrná hmotnost při 15 °C (kg/m³:	1 980 až 1 0
viskozita na výstupu z kanálu
(Pa.s)	0,02 až 0,:
Složení c % hmotnostní	86,7 až 87,4
H % hmotnostní	10,2 až 10,8
S % hmotnostní	1,26 až 1,39
N % hmotnostní	0,3 až 0,5
popel hmotnostní	0,064
typický obsah kovů V ppm	252
Ni ppm	82
Re ppm	27
uhlíkový zbytek podle Conradsona
% hmotnostní	23
b) složení kyslíku
O₂ % objemová	99,05
N₂ % objemová	0,01
Ar % objemová	0,94
H₂0 % objemová	-
c) provozní podmínky
nástřik (palivo)
hmotnostní proud (kg/s)	1,1 až 1,4
přívodní teplota do kanálu (°C)	120 až 170
přívodní tlak (MPa)	3,6 až 3,7
rychlost na výstupu palivového
kanálu (m/s)	3,0 až 3,8
výsledná tloušťka štěrbiny (mm)	3
Plyn obsahující kyslík
poměr kyslíku к palivu (kg/kg)	1,0 až 1,3
poměr páry к palivu (kg/kg)	0,3 až 0,65
přívodní teplota směsi (°C)	210 až 220
přívodní tlak (MPa)	3,6 až 3,7

Rozdělení hmotnostního proudu a rychlosti střední kanál, 5 až 40 % hmotnost-

nich			21	až	42 :	m/s
první	soustředný	kanál	60	až	120	m/s
třetí	soustředný	kanál	60	až	120	m/s

přičemž hmotnostní proudy skrze první a třetí kanál jsou rozděleny stejným dílem.

I

0,1 až 12

300 až 1 450

Typické složení suchého syntézního surového plynu v % objemových

Reaktor tlak v MPa teplota °C

^C02	5,3	až	9,1
h₂s	0,1	až	0,3
°2	0,0	až	0,1
h₂	44,7	až	47,5
^N2	0,1	až	0,4
CO	43,7	až	48,9
CH₄	0,05	až	0,3

produkty obsahující nepřeměněný uhlík asi 0,3 až 4 % hmotnostní, vztaženo na hmotnost paliva, mohou být přidány do nástřiku.

Příklad 2

Tímto postupem podle vynálezu se dosáhne méně než poloviční spotřeby páry na kg paliv ve srovnání s uvedeným tradičním postupem.

Zkoušky byly provedeny za následujících podmínek:

a) nástřik

měrná hmotnost p»ři 15 °C (kg/m^)	1 001
viskozita na výstupu z kanálu
(Pa.s) . · . ·	0,1
složení C % hmotnostní '	86,7
H % hmotnostní .	10,2
S % hmotnostní ‘	1,26
N % hmotnostní	0,3
popel .	0,064
typický obsah kovů V ppm	252
Ni ppm	82
Fe ppm	27
uhlíkový zbytek podle Conradsona
% hmotnostní	23
b) složení kyslíku
O₂ % objemová	99,05
N₂ % objemová	0,01
Ar % objemová	0,94
H^O % objemová	-
c) provozní podmínky
nástřik (palivo)
hmotnostní proud (kg/s)	1,1
přívodní teplota do kanálu (°C)	120
přívodní tlak (MPa)	3,6
rychlost na výstupu palivového
kanálu (m/s)	3,0
šířka štěrbiny (mm)	3

Plyn obsahující kyslík poměr kyslíku к palivu (kg/kg) poměr páry к palivu (kg/kg) přívodní teplota směsi (°C) přívodní tlak (MPa)

1,17

0,41

227

3,6

Rozdělení hmotnostního proudu a rychlosti střední kanál, 30 % hmotnostních první soustředný kanál třetí soustředný kanál přičemž hmotnostní proudy prvním a třetím kanálem jsou rozděleny stejným dílem30

Reaktor tlak (MPa) teplota (°C)

3,5

360

Typické složení suchého suro/ého syntézního plynu v % objemových

CO ^CH4

5,44

0,29

0,07

45,5

0,22

48,43

0,05 produkty obsahující nepřeměněný uhlík v množství 0,7 % hmotnostních, vztaženo na hmotnost paliva, nebyly přidány do nástřiku.

Při výhodném provedení tohoto vynálezu se může životnost hořáku zvýšit přiváděním inertního plynu (plynu, který nereaguje exothermicky) jako je H₂O, CO₂, CH^ a podobně čtvrtým soustředným prstencovým kanálem obklopujícím třetí kanál. Při tomto způsobu může dojít к odtržení plamene a může se snížit tepelný tok.

Z předcházejícího popisu jsou odborníkům v oboru zřejmé různé modifikace tohoto vynálezu. Tyto různé modifikace však spadají do rozsahu následujícího předmětu vynálezu.

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Způsob parciální oxidace uhlovodíkového paliva za přívodu plynu obsahujícího kyslík a uhlovodíkového paliva do zplyňovací zóny soustředně uspořádanými kruhovými průtoky, vyznačený tím, že plyn obsahující kyslík se přivádí středním kanálem soustředného uspořádání rychlostí 21 až 42 m/s v množství 5 až 40 procent hmotnostních z celkového množství plynu obsahujícího kyslík, prvním soustředným kanálem obklopujícím střední kanál se přivádí plyn obsahující kyslík rychlostí 60 až 120 m/s, druhým soustředným kanálem obklopujícím první soustředný kanál se přivádí uhlovodíkové palivo rychlostí 3,0 až 3,8 m/s a zbývající plyn obsahující kyslík se přivádí třetím soustředným kanálem obklopujícím druhý soustředný kanál rchlostí 60 až 120 m/s, přičemž rychlosti se měří na výstupu příslušných soustředných kanálů do zplyňovací zóny a hmotnostní proudy prvním a třetím soustředným kanálem jsou rozděleny rovnoměrně.

!

I vyznačený tím, že uhlovodíkové palivo je kapalné.

2. . Způsob podle bodu 3. , Způsob podle bodu 4. . Způsob podle bodu 5 . . Způsob podle bodů 0,1 až 12 MPa. 6. . Způsob podle bodu

třetí soustředný kanál se nebo 2 vyznačený tím, že plyn obsahující kyslík obsahuje moderátor.

vyznačený tím, až 4 vyznačený

Že moderátorem je pára nebo oxid uhličitý.

tím, že parciální oxidace se provádí při tlaku až 5 vyznačený přivádí inertní plyn, tím, že čtvrtým soustředným kanálem obklopujícím jímž je plyn nereagující exothermicky.