EA032737B1 - Горелка - Google Patents

Abstract

Горелка со множеством трубок для окислительного газа, расположенных по всей площади поперечного сечения горелки, и с поршневым режимом потока технологического газа, в результате чего обеспечивается равномерное смешивание окислительного и технологического газов.

Description

Настоящее изобретение относится к горелке для каталитического реактора, в частности к горелке для применения во вторичных риформерах.

Г орелки для сжигания реагентов используются в основном в качестве топлива для работающих на газу промышленных печей и промышленных нагревателей, при функционировании которых необходимо ровное горение с высокой интенсивностью. Такие горелки включают трубку горелки с центральной трубкой для подачи топлива, вокруг которой расположен впускной канал для подачи окислительного вещества. Интенсивное смешивание топлива и окислительного вещества в зоне сгорания достигается путем пропускания окислительного вещества через завихритель, который установлен возле передней части горелки на центральной трубке. Таким образом, потоку окислительного вещества придается течение с завихрением, что обеспечивает высокую степень внутренней и внешней рециркуляции продуктов сгорания и высокую интенсивность сгорания.

Более конкретно, горелки для применения во вторичных риформерах включают горелки в установках производства аммиака, где реакция риформинга метана из трубчатого риформера продолжается во вторичном риформере путем введения окислительного вещества, т.е. воздуха в технологический поток для реактора, таким образом, в петлю аммиака, расположенную далее по ходу процесса, добавляется азот, и поднимается температура процесса риформинга, который происходит в слое катализатора во вторичном риформере, путем сжигания содержащегося кислорода. Обычно в таких случаях применяются горелки с кольцевыми соплами. Горелки с кольцевыми соплами оснащены специальными соплами, установленными на всех воздухораспределительных отверстиях, смешивание достигается возле сопел горелки, обеспечиваются низкие температуры металлических частей горелки, равномерное распределение температуры газа от входного отверстия до слоя катализатора и защита огнеупорной футеровки от высокой температуры в середине. Во вторичном риформере осуществляется сжигание лишь части технологического газа, в то время как оставшаяся часть поступает далее в слой катализатора и используется в реакции парового риформинга.

Слой катализатора во вторичном риформере покрыт перфорированной огнеупорной плиткой для сохранения катализатора на месте. Из-за высоких температур во вторичном риформере происходит медленная потеря материала огнеупорной плитки в результате испарения, впоследствии этот материал в результате конденсации осаждается на слое катализатора ниже, где температура понижается вследствие осуществляемой там эндотермической реакции парового риформинга. Нежелательным результатом этого является увеличение падения давления в слое катализатора, что может привести к необходимости прекращения функционирования установки для удаления отложившегося материала.

Конструкция горелки является важным фактором, позволяющим свести к минимуму проблему падения давления в слое катализатора, которая обусловлена вышеописанным механизмом. Температуры в месте объединения потоков технологического газа и газа-окислителя могут превышать 2500°С, поэтому чрезвычайно важно обеспечить эффективное смешивание далее по ходу процесса после точки (точек) первоначального контакта между технологическим газом и газом-окислителем. В идеале все количество технологического газа и сжигаемого технологического газа должно смешиваться с получением одной смеси с наименьшей возможной одинаковой температурой, перед тем как общий поток газа достигает слоя огнеупорной плитки. В этом случае будет обеспечен по возможности минимальный транспорт материала от огнеупорной плитки к слою катализатора. В отличие от ситуации, когда плитки достигает поток недостаточно смешанного газа, в результате чего будут зоны с более низкой и более высокой температурой, а не с одинаковой температурой. В результате неравномерного распределения температур (по сравнению с ситуацией с равномерным распределением температур) происходят большие потери материала, так как при увеличении температуры механизм транспорта материала значительно ускоряется, и, следовательно, увеличение потерь материала из зон с высокими температурами будет существенно превосходить снижение потерь материала из зон с низкими температурами.

Снижение падения давления в различных зонах горелки как со стороны окислительного газа, так и со стороны технологического газа зачастую может быть предпочтительным. При снижении падения давления максимальный расход потока может быть увеличен, если этап компрессии является узким местом установки. В некоторых установках производства аммиака функционирование компрессора окислительного газа происходит на максимальной мощности, и снижение падения давления со стороны окислительного газа означает, что в поток технологического газа может быть подано большее количество окислительного газа. Подобным образом может быть увеличен поток технологического газа для сохранения постоянного отношения между азотом и водородом, в результате этого количество произведенного аммиака увеличивается. В случае если увеличение потока не является целью, уменьшение падения давления в большинстве случаев означает снижение расходов в связи с уменьшением необходимой энергии компрессии.

В патенте США № 5496170 описана вихревая горелка, которая может применяться в производстве малого и среднего масштаба, со значительно сниженной внутренней рециркуляцией продуктов сгорания к передней части горелки. Конструкция горелки, описанная в этом патенте, обеспечивает стабильное горение с высокой интенсивностью сгорания без неблагоприятной внутренней рециркуляции горячих продуктов сгорания вследствие того, что в горелке предусматривается вихревой поток окислительного

- 1 032737 вещества, который концентрирован, в целом, по направлению оси зоны сгорания, при этом поток технологического газа направлен по этой же оси. Описанная вихревая горелка включает трубку горелки и центральную трубку для подачи окислительного вещества, которая расположена концентрически и с зазором по отношению к трубке горелки, таким образом, между трубами образуется круговой канал технологического газа, при этом трубка для подачи окислительного вещества и канал технологического газа имеют раздельные концы подачи и раздельные концы вывода. U-образные инжекторы для окислительного вещества и топливного газа расположены коаксиально у передней части горелки. Также горелка оснащена обтекателем со статическими лопастями завихрителя, которые заходят внутрь инжектора для окислительного вещества. Лопасти завихрителя размещены на обтекателе между их передней по ходу конечной частью и задней по ходу конечной частью и выступают к поверхности камеры впрыскивания окислительного вещества.

В документе US 2002086257 описана вихревая горелка с трубкой горелки, которая включает центральную трубку подачи окислительного вещества и внешнюю концентрическую трубку подачи топлива, при этом трубка подачи окислительного вещества снабжена концентрической цилиндрической направляющей со статическими лопастями завихрителя и центральным концентрическим цилиндрическим каналом, при этом лопасти завихрителя выступают от внешней поверхности направляющей к внутренней поверхности трубки подачи окислительного вещества, при этом они концентрически расположены в пространстве между направляющей и внутренней стенкой в нижней части трубки подачи окислительного вещества.

В документе EP 0685685 описано сопло для инжекции газа, содержащее камеру выпуска с цилиндрической внутренней стенкой, при этом у ее выпускной конечной части имеется выпускное отверстие, пи этом внешняя стенка концентрически окружает внутреннюю стенку, и внешняя стенка постоянно идет по криволинейной траектории в районе выпускной конечной части камеры, причем вместе с внутренней стенкой возле выпускного отверстия она имеет острые кромки, при этом криволинейная траектория имеет определенный радиус кривизны.

Несмотря на вышеописанные попытки решить описанные проблемы, связанные с горелками, в особенно сложных условиях эксплуатации функционирование горелок в соответствии с известным уровнем техники может представлять определенные сложности.

Таким образом, основной целью изобретения является получение конструкции горелки, с помощью которой можно было бы решить вышеописанные проблемы.

Соответственно настоящее изобретение относится к горелке в соответствии с вариантами осуществления изобретения согласно формуле изобретения, причем такая горелка имеет следующие преимущества:

Снижение падения давления окислительного газа, которое обеспечивается низкой скоростью потока со стороны окислительного газа, а также тем, что окислительному газу не требуется изменять направление движения, и тем, что пути для всех второстепенных потоков окислительного газа являются подобными, с одинаковой длиной, через прямые трубы.

Снижение падения давления технологического газа с эффективным созданием при этом поршневого режима потока - в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения - с помощью двух перфорированных пластин с пониженной проницаемостью по сравнению с одной перфорированной пластиной.

Комбинация обоих указанных выше преимуществ, при этом достигается общая цель обеспечения практически равномерных температур по всему слою огнеупорной плитки в реакторе.

Эффективное смешивание технологического газа и окислительного газа достигается одним из двух способов. Одним из подходов является расход значительных количеств энергии для создания существенной турбуленции, в результате чего происходит эффективное смешивание потока окислительного газа с потоком технологического газа на коротком расстоянии пути потока (в ограниченном пространстве перед тем, как технологический газ пройдет огнеупорные плитки). Примеры такого подхода видны в конструкциях, где используются статические смесители, инжекторы или просто зоны со значительно увеличенными скоростями потока.

Другой подход - это разделение меньшего потока окислительного газа на несколько вспомогательных потоков и подача этих потоков, после того как они существенно распределены по всей площади поперечного сечения потока технологического газа. Каждый маленький вспомогательный поток окислительного газа смешивается с окружающим потоком технологического газа. Количества окислительного газа и технологического газа регулируются одинаковым образом по всей площади поперечного сечения, что приводит к равномерному распределению температур. Длина отрезка пути потока, необходимая для того, чтобы обеспечить полное смешивание таких разделенных вспомогательных потоков окислительного газа и окружающего потока технологического газа, уменьшается при увеличении количества вспомогательных потоков. Это является естественным следствием уменьшения расстояния (перпендикулярно направлению потока), необходимого для объединения, смешения и сгорания потоков окислительного газа и технологического газа.

Настоящее изобретение подпадает под вторую из вышеописанных категорий, так как мы пытаемся

- 2 032737 обеспечить равномерность температур на уровне огнеупорной плитки без снижения эффективности в отношении падения давления.

Конструкция согласно настоящему изобретению включает несколько прямых трубок для окислительного газа, которые подсоединены к входящей трубке для окислительного газа. Выходные отверстия этих трубок распределены по площади поперечного сечения, чтобы добиться соответствия поршневому режиму потока технологического газа. Достигается малое падение давления окислительного газа, так как указанные трубки являются прямыми и расположены параллельно входящей трубке, а также вследствие того, что в трубках сохраняется довольно низкая скорость окислительного газа. Каждая трубка для окислительного газа снабжена специальным соплом, отверстие которого имеет овальную или плоскую форму в сечении. Это является важным для уменьшения длины отрезка смешивания далее по ходу потока, так как потоки с плоским сечением более эффективно смешиваются с потоком технологического газа, чем потоки с круглым сечением. Сопла (расположенные не симметрично относительно оси вращения) направлены таким образом, чтобы форма поступающих потоков окислительного газа, а также их положение соответствовали количеству технологического газа, проходящего по всей площади поперечного сечения согласно описанию ранее.

Необходимым предварительным условием для разработки конструкции сопел для окислительного газа являются данные о потоке технологического газа в поперечном сечении, так как такие данные необходимы для нахождения оптимального соотношения количеств окислительного газа и технологического газа в определенных зонах. Оптимальным вариантом является создание условий поршневого режима потока со стороны технологического газа, так, чтобы скорость потока в сечении оставалась постоянной. Это не только облегчает разработку конструкции сопел окислительного газа (в этом случае, как правило, трубки для окислительного газа располагаются геометрически равномерно), но также и обеспечивает то, что максимальная скорость потока в поперечном сечении становится наиболее низкой. Такая ситуация максимально далека (максимальный запас) от критической ситуации, когда зоны рециркуляции (обратный поток) находятся вблизи от сопел окислительного газа. Рециркуляция или обратный поток вблизи от сопла, где вводится окислительный газ и начинается его сгорание, может привести к возникновению крайне высоких температур возле металлических сопел, в результате чего они могут плавиться или разрушаться каким-либо другим образом.

Входное отверстие для подачи технологического газа находится на стороне большинства вторичных риформеров, и для создания поршневого режима потока, направленного вниз, в горловой части вторичного риформера необходимы специальные устройства. В соответствии с настоящим изобретением используются две перфорированные пластины вместо обычной конструкции, где используется одна перфорированная пластина. Это способствует более эффективному распределению потока технологического газа, при этом достигается меньшая потеря давления по сравнению с обычной конструкцией, где используется одна перфорированная пластина. Также горелка установлена в огнеупорном корпусе, поэтому создание маленького зазора между перфорированной пластиной и огнеупорной стенкой является нецелесообразным, так как размерные допуски для огнеупорных частей являются большими. Мы должны смириться с большим зазором у стенки, однако это означает наличие в этом месте утечки, которая является нежелательной, т.к. она мешает созданию поршневого режима потока. Такой нежелательный эффект становится меньше при использовании двух перфорированных пластин, расположенных последовательно одна за другой, по сравнению с использованием только одной перфорированной пластины, когда падение давления увеличивается в два раза.

Важным средством, позволяющим добиться создания поршневого режима потока, является обеспечение трубок для окислительного газа достаточной длины и обеспечение возможности поступления технологического газа в пространство между такими трубками, при этом режим потока технологического газа трансформируется в поршневой режим.

В соответствии с первым аспектом настоящим изобретением предоставляется горелка, которая может применяться в каталитическом реакторе, однако также может применяться в других химических реакторах. Горелка включает входное отверстие для подачи окислительного газа. Таким окислителем может быть воздух. Может использоваться более одного отверстия для подачи окислительного газа, однако использование одного отверстия является предпочтительным для снижения расходов и для снижения падения давления. Входное отверстие для подачи окислительного газа может включать трубку, входящую в каталитический реактор, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, в верхней части корпуса реактора. Множество трубок для окислительного газа подсоединены своим входным концом к входному отверстию для подачи окислительного газа. В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения трубки соединены с нижней конечной частью одиночной трубки, которая включает входное отверстие для подачи окислительного газа. У конечной части каждой трубки расположено сопло для окислителя. Горелка также включает входное отверстие для подачи технологического газа. В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения входное отверстие для подачи технологического газа может включать одиночную трубку, которая в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения может быть расположена на стороне верхней части реактора. Выходные концы находящихся рядом трубок расположены на достаточном расстоянии друг от друга, чтобы технологиче

- 3 032737 ский газ мог проходить между трубками перед смешиванием с окислительным газом после сопел для окислителя. Длина каждой трубки для окислительного газа по меньшей мере в пять раз превышает внутренний диаметр трубки.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения множество сопел для окислителя имеют выходное отверстие некруглого сечения. С помощью выходных отверстий некруглого сечения обеспечивается улучшенное смешивание окислительного газа с технологическим газом по сравнению с выходными отверстиями круглого сечения. В соответствии с частным вариантом осуществления изобретения сопла для окислителя имеют выходное отверстие овального сечения. Некруглое сечение выходного отверстия может быть получено путем сдавливания выходного отверстия трубок по меньшей мере с двух противоположных сторон до тех пор, пока пластиковый материал трубок не будет деформирован.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения поток газа в реакторе оптимизируется тем, что выходящий поток окислительного газа из горелки направляется в различных, не параллельных направлениях. Таким образом поток окислительного газа, а также технологического газа, который смешан с окислительным газом, может быть адаптирован к форме и объему реактора, расположенного далее по ходу потока от горелки.

Для повышения эффективности смешивания окислительного газа и технологического газа между входным отверстием для подачи технологического газа и выходным отверстием сопла для окислителя расположена по меньшей мере одна, предпочтительно две перфорированные пластины. Таким образом, обеспечивается равномерное распределение потока технологического газа по площади поперечного сечения горелки с целью получения оптимальной ситуации с поршневым режимом потока. При использовании более чем одной перфорированной пластины это достигается тем, что обеспечивается минимальная потеря давления со стороны технологического газа в горелке и, таким образом, также минимизируется поток технологического газа, поступающего в обвод, который может появляться между внешним диаметром перфорированных пластин и внутренним диаметром стенки реактора вследствие размерных допусков.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения для того, чтобы обеспечить равномерное распределение потока технологического газа, расстояние между двумя перфорированными пластинами составляет по меньшей мере одну четверть диаметра перфорированных пластин. Таким образом обеспечивается минимальное отношение длины к площади для расстояния между двумя перфорированными пластинами по сравнению с площадью, которую они закрывают. Перфорированные пластины могут иметь разный диаметр, в этом случае расстояние между двумя перфорированными пластинами должно составлять по меньшей мере половину диаметра меньшей перфорированной пластины, которая в реальности является перфорированной пластиной, расположенной ближе к входному отверстию для подачи технологического газа.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения трубки для окислительного газа расположены таким образом, что направление потока в трубках для окислительного газа находится под углом менее 45° к направлению потока во входном отверстии для подачи окислительного газа, предпочтительно направление потока окислительного газа во входном конце трубок для окислительного газа находится под углом менее 10° относительно направления потока окислительного газа во входном отверстии для подачи окислительного газа.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения равномерное распределение потока технологического газа между трубками для окислительного газа (и, таким образом, высокая степень смешивания окислительного и технологического газа после сопел для окислителя) обеспечивается использованием трех или более трех трубок для окислительного газа, а также в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения обеспечивается тем, что трубки для окислительного газа имеют длину по меньшей мере 20 мм для того, чтобы между трубками для окислительного газа имелось достаточно пространства для распределения технологического газа.

Второй аспект настоящего изобретения относится к способу сжигания технологического газа в каталитическом реакторе. В горелку, установленную внутри реактора, например, в верхней части реактора, подаются два потока газа. Первый поток содержит окислитель; он подается во входное отверстие для подачи окислительного газа в горелке. Второй поток содержит технологический газ, он подается во входное отверстие для подачи технологического газа в горелке. От входного отверстия для подачи окислительного газа первый поток поступает через множество трубок для окислительного газа, которые подсоединены своим входным концом к входному отверстию для подачи окислительного газа; таким образом, обеспечивается прохождение газа от входного отверстия для подачи окислительного газа через каждую из труб. Окислительный газ поступает далее через трубки к соплу для окислителя, расположенному у выходного конца каждой из трубок, и проходит через него. Указанное сопло имеет выходное отверстие некруглого сечения, в результате чего потоку окислительного газа, выходящего через сопла, придается сплюснутое сечение, следовательно, отношение площади его поверхности к площади его сечения становится больше по сравнению со случаем, если бы сечение потока выходящего окислительного газа было круглым (что обеспечивает большую эффективность смешивания технологического газа). Сопла могут представлять собой отдельные компоненты, подсоединенные к трубкам, или они могут представлять

- 4 032737 собой конечную часть трубок, которым была придана некруглая форма. Второй поток газа поступает от входного отверстия для подачи технологического газа далее внутрь горелки, где он равномерно распределяется по всему поперечному сечению горелки. Это возможно, так как трубки и, в частности, выходные концы находящихся рядом трубок расположены на достаточном расстоянии друг от друга, чтобы второй поток мог проходить между трубками. По ходу процесса после горелки, когда второй поток распределен равномерно по всей площади поперечного сечения горелки, второй поток проходит через выходные отверстия сопел, и первый и второй поток смешиваются.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления второго аспекта изобретения второй поток проходит через по меньшей мере две перфорированные пластины, которые расположены между входным отверстием для подачи технологического газа и выходным отверстием сопла для окислителя. Таким образом, обеспечивается более эффективное распределение второго потока по площади поперечного сечения горелки на небольшом расстоянии, в результате чего достигается экономия пространства и снижаются расходы на материалы.

В соответствии с еще одним аспектом осуществления второго аспекта изобретения горелка в соответствии с описанием выше используется для осуществления каталитических процессов в химическом реакторе. В соответствии с еще одним частным вариантом осуществления такого третьего аспекта изобретения химический реактор представляет собой вторичный риформер в установке производства аммиака.

Признаки изобретения.

1. Горелка для каталитического реактора, содержащая входное отверстие для подачи окислительного газа, множество трубок для окислительного газа, подсоединенных своим входным концом к входному отверстию для подачи окислительного газа, и сопло для окислительного газа у выходного конца каждой трубки, входное отверстие для подачи технологического газа, причем между входным отверстием для подачи технологического газа и выходным отверстием сопла для окислителя расположена по меньшей мере одна перфорированная пластина, обеспечивающая равномерное распределение потока технологического газа по поперечному сечению горелки, и при этом выходные трубы указанного множества трубок для окислительного газа расположены на расстоянии друг от друга таким образом, что от входного конца до выходного конца трубок расстояние между расположенными рядом трубками увеличивается с обеспечением прохождения технологического газа между трубками перед смешиванием с окислительным газом, и при этом длина каждой трубки по меньшей мере в пять раз превышает внутренний диаметр трубки.

2. Горелка по признаку 1, отличающаяся тем, что сопла для окислителя имеют некруглое сечение выходного отверстия.

3. Горелка по признаку 2, отличающаяся тем, что некруглое сечение выходного отверстия имеет овальную форму.

4. Горелка по признаку 2, отличающаяся тем, что некруглое сечение выходного отверстия сопел для окислителя получено путем сдавливания выходного отверстия трубок по меньшей мере с двух противоположных сторон до тех пор, пока пластиковый материал указанных трубок не будет деформирован.

5. Горелка по любому из предшествующих признаков, отличающаяся тем, что направление выходного отверстия для отвода окислительного газа определено ориентацией каждого сопла для окислителя, при этом направления отвода по меньшей мере для двух сопел для окислителя не являются параллельными.

6. Горелка по признаку 1, отличающаяся тем, что между входным отверстием для подачи технологического газа и выходным отверстием сопла для окислителя расположены две перфорированные пластины, обеспечивающие равномерное распределение потока технологического газа по поперечному сечению горелки с получением поршневого режима потока и снижением до минимума потери давления.

7. Горелка по признаку 6, отличающаяся тем, что расстояние между двумя перфорированными пластинами составляет по меньшей мере одну четверть диаметра перфорированной пластины, расположенной ближе к входному отверстию для подачи технологического газа.

8. Горелка по любому из предшествующих признаков, отличающаяся тем, что трубки для окислительного газа расположены с обеспечением направления потока в трубках для окислительного газа под углом менее 45° к направлению потока во входном отверстии для подачи окислительного газа.

9. Горелка по любому из предшествующих признаков, отличающаяся тем, что количество трубок для окислительного газа составляет три или более трех.

10. Горелка по любому из признаков 1, 6-9, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна перфорированная пластина имеет перфорационные отверстия, которые равномерно распределены по площади поперечного сечения указанной пластины с обеспечением равномерного падения давления по всей указанной площади поперечного сечения.

11. Способ сжигания технологического газа в каталитическом реакторе, который включает следующие этапы:

- 5 032737 подача первого потока, содержащего окислитель, во входное отверстие для подачи окислительного газа в горелке по любому из признаков 1-10, установленной в каталитическом реакторе, подача второго потока, содержащего технологический газ, во входное отверстие для подачи технологического газа в горелке, прохождение первого потока из входного отверстия для подачи окислительного газа через множество трубок для окислительного газа, подсоединенных своим входным концом к входному отверстию для подачи окислительного газа, и далее через расположенное у выходного конца каждой трубки сопло для окислительного газа с выходным отверстием некруглого сечения, прохождение второго потока из входного отверстия для подачи технологического газа между трубками указанного множества трубок для окислительного газа, при этом трубы расположены на расстоянии друг от друга таким образом, что от входного конца до выходного конца трубок расстояние между расположенными рядом трубками увеличивается с обеспечением прохождения второго потока между трубками, причем длина каждой трубки по меньшей мере в пять раз превышает внутренний диаметр трубки, а между входным отверстием для подачи технологического газа и выходным отверстием сопла для окислителя расположена по меньшей мере одна перфорированная пластина, обеспечивающая равномерное распределение потока технологического газа по поперечному сечению горелки, и смешивание первого и второго потоков в зоне, расположенной далее по ходу процесса от выходных отверстий сопел для окислителя.

12. Способ сжигания технологического газа в каталитическом реакторе по признаку 11, в котором второй поток проходит через по меньшей мере две перфорированные пластины, расположенные между входным отверстием для подачи технологического газа и выходным отверстием сопла для окислителя с обеспечением равномерного распределения второго потока по поперечному сечению горелки.

Номера позиций.

- горелка,

- каталитический реактор,

- входное отверстие для подачи окислительного газа,

- входное отверстие для подачи технологического газа,

- трубка для окислительного газа,

- сопло для окислителя,

- перфорированная пластина.

На фиг. 1 показан вид сбоку в разрезе горелки 01. Она установлена в верхней части каталитического реактора 02, который имеет цилиндрическую форму, при этом его диаметр в верхней секции уменьшен.

Окислительный газ поступает в горелку через входное отверстие 03 для подачи окислительного газа, центральную единичную трубку, установленную в самой верхней части реактора. Через входное отверстие для подачи окислительного газа окислительный газ поступает далее через множество трубок 05 для окислительного газа, которые подсоединены своим входным концом ко выходному концу центральной трубки, в котором создано входное отверстие для подачи окислительного газа. Как можно увидеть на схеме, направление потока окислительного газа в каждой трубке из множества трубок для окислительного газа практически то же, что и направление потока окислительного газа в центральной входной трубке для окислительного газа. Это обуславливает уменьшение падения давления со стороны окислительного газа в горелке.

От входного конца до выходного конца трубок окислительного газа расстояние между расположенными рядом трубками увеличивается, в результате чего происходит равномерное распределение окислительного газа по всей площади поперечного сечения в точках, где окислительный газ выходит из горелки и попадает в реактор через сопла 06 для окислителя, которые расположены возле каждого выходного конца множества трубок для окислительного газа. Также увеличение расстояния между расположенными рядом трубками для окислительного газа позволяет технологическому газу проходить между газовыми трубками.

Технологический газ поступает в горелку через входное отверстие 04 для подачи технологического газа, расположенное на стороне верхней части каталитического реактора. Входное отверстие для подачи технологического газа включает одиночную трубку, которая обеспечивает направление потока технологического газа перпендикулярно к оси горелки, входного отверстия для подачи технологического газа и реактора. Это также способствует равномерному распределению технологического газа по площади поперечного сечения горелки до того, как технологический газ поступает в реактор по ходу процесса после горелки и выходных отверстий сопел для окислителя. Для повышения эффективности равномерного распределения технологического газа между входным отверстием для подачи технологического газа и выходным отверстием сопла для окислителя расположены две перфорированные пластины 07. Перфорированные пластины обеспечивают падение давления, ограничительный барьер, который способствует распределению газа. Две перфорированные пластины функционируют более эффективно по сравнению с одной, так как может быть обеспечено лучшее распределение технологического газа с практически поршневым режимом потока, при этом степень падения общего давления не увеличивается или даже

- 6 032737 уменьшается по сравнению с использованием одной перфорированной пластины. Также уменьшается количество газа, поступающего в обвод вследствие размерных допусков между внешним диаметром перфорированных пластин и внутренней верхней стенкой реактора, по сравнению с использованием одной перфорированной пластины.

Когда равномерно распределенный технологический газ по ходу процесса после двух перфорированных пластин достигает выходных отверстий сопел для окислителя, он имеет практически поршневой режим потока. Как более понятно из фиг. 2. которая представляет собой изометрическую проекцию горелки без изображения реактора или входного отверстия для подачи технологического газа, сопла для окислителя имеют овальное сечение. С помощью овального сечения обеспечивается большее отношение поверхности к площади каждого из геотоков окислительного газа в зоне смешивания, в результате чего обеспечивается большая эффективность смешивания с технологическим газом.

Пример.

Было произведено исследование предлагаемой конструкции согласно настоящему изобретению по сравнению с обычной конструкцией горелки с кольцевыми соплами с использованием вычислительной гидрогазодинамики. Для базового варианта (данные по потоку) использовали исходные данные функционирования реальной установки.

Исследование показало, что потеря давления со стороны технологического газа горелки согласно настоящему изобретению по сравнению с обычной горелкой с кольцевыми соплами была на 22,3% ниже. Потеря давления с воздушной стороны горелки согласно настоящему изобретению по сравнению с обычной горелкой с кольцевыми соплами была на 80,3% ниже.

Видно, что новая конструкция горелки согласно настоящему изобретению обеспечивает значительное снижение падения давления с воздушной стороны.

Также очевидно, что новая конструкция горелки согласно настоящему изобретению может обеспечить перспективные возможности в отношении испарения материала, так как максимальная температура снижена.

В отношении падения давления со стороны газа нами также было достигнуто уменьшение. Тем не менее, необходимо отметить, что в отношении падения давления со стороны газа как горелка с кольцевыми соплами, так и горелка новой конструкции согласно настоящему изобретению обеспечивают довольно низкие абсолютные значения.

В завершение необходимо сказать, что в отношении потока нами была получена значительно более эффективная конструкция горелки согласно настоящему изобретению.

Claims (12)

1. Горелка для каталитического реактора, содержащая входное отверстие для подачи окислительного газа, множество трубок для окислительного газа, подсоединенных своим входным концом к входному отверстию для подачи окислительного газа, и сопло для окислительного газа у выходного конца каждой трубки, входное отверстие для подачи технологического газа, причем между входным отверстием для подачи технологического газа и выходным отверстием сопла для окислителя расположена по меньшей мере одна перфорированная пластина, обеспечивающая равномерное распределение потока технологического газа по поперечному сечению горелки, и при этом трубы указанного множества трубок для окислительного газа расположены на расстоянии друг от друга таким образом, что от входного конца до выходного конца трубок расстояние между расположенными рядом трубками увеличивается с обеспечением прохождения технологического газа между трубками перед смешиванием с окислительным газом, и при этом длина каждой трубки по меньшей мере в пять раз превышает внутренний диаметр трубки.

2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что сопла для окислителя имеют некруглое сечение выходного отверстия.

3. Горелка по п.2, отличающаяся тем, что некруглое сечение выходного отверстия имеет овальную форму.

4. Горелка по п.2, отличающаяся тем, что некруглое сечение выходного отверстия сопел для окислителя получено путем сдавливания выходного отверстия трубок по меньшей мере с двух противоположных сторон до тех пор, пока пластиковый материал указанных трубок не будет деформирован.

5. Горелка по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что направление выходного отверстия для отвода окислительного газа определено ориентацией каждого сопла для окислителя, при этом направления отвода по меньшей мере для двух сопел для окислителя не являются параллельными.

6. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что между входным отверстием для подачи технологического газа и выходным отверстием сопла для окислителя расположены две перфорированные пластины, обеспечивающие равномерное распределение потока технологического газа по поперечному сечению горелки с получением поршневого режима потока и снижением до минимума потери давления.

- 7 032737

7. Горелка по п.6, отличающаяся тем, что расстояние между двумя перфорированными пластинами составляет по меньшей мере одну четверть диаметра перфорированной пластины, расположенной ближе к входному отверстию для подачи технологического газа.

8. Горелка по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что трубки для окислительного газа расположены с обеспечением направления потока в трубках для окислительного газа под углом менее 45° к направлению потока во входном отверстии для подачи окислительного газа.

9. Горелка по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что количество трубок для окислительного газа составляет три или более трех.

10. Горелка по любому из пп.1, 6-9, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна перфорированная пластина имеет перфорационные отверстия, которые равномерно распределены по площади поперечного сечения указанной пластины с обеспечением равномерного падения давления по всей указанной площади поперечного сечения.

11. Способ сжигания технологического газа в каталитическом реакторе, включающий следующие этапы:

подача первого потока, содержащего окислитель, во входное отверстие для подачи окислительного газа в горелке по любому из пп.1-10, установленной в каталитическом реакторе, подача второго потока, содержащего технологический газ, во входное отверстие для подачи технологического газа в горелке, прохождение первого потока из входного отверстия для подачи окислительного газа через множество трубок для окислительного газа, подсоединенных своим входным концом к входному отверстию для подачи окислительного газа, и далее через расположенное у выходного конца каждой трубки сопло для окислительного газа с выходным отверстием некруглого сечения, прохождение второго потока из входного отверстия для подачи технологического газа между трубками указанного множества трубок для окислительного газа, при этом трубы расположены на расстоянии друг от друга таким образом, что от входного конца до выходного конца трубок расстояние между расположенными рядом трубками увеличивается с обеспечением прохождения второго потока между трубками, причем длина каждой трубки по меньшей мере в пять раз превышает внутренний диаметр трубки, а между входным отверстием для подачи технологического газа и выходным отверстием сопла для окислителя расположена по меньшей мере одна перфорированная пластина, обеспечивающая равномерное распределение потока технологического газа по поперечному сечению горелки, и смешивание первого и второго потоков в зоне, расположенной далее по ходу процесса от выходных отверстий сопел для окислителя.

12. Способ для сжигания технологического газа в каталитическом реакторе по п.11, в котором второй поток проходит по меньшей мере через две перфорированные пластины, расположенные между входным отверстием для подачи технологического газа и выходным отверстием сопла для окислителя с обеспечением равномерного распределения второго потока по поперечному сечению горелки.