NO318563B1 - Fremgangsmate for forbrenning av hydrokarbondrivstoff i en brenner - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen er rettet på forbrenning av hydrokarbon-drivstoff i en brenner.

Hydrokarbondirvstoff blir i den kjemiske industrien vanligvis anvendt ved fyringen av industrielle ovner og prosessvarmeinnretninger og til å tilføre varme til varmekrevende reaksjoner som foregår i reaksjonsbeholdere utstyrt med passende brennere.

En generell ulempe ved de kjente brennerne er beskadigelse av brennerflaten ved høye brenngasshastigheter, hvilket kreves for industrielle brennere og metallstøving forårsaket av korrosiv atmosfære til hvilken brennerens overflate blir utsatt for ved høye temperaturer.

US-patent 5.496.170 beskriver en virvelbrenner med forbedret design for å hindre varme forbrenningsprodukter fra intern resirkulering gjennom en forbrenningsanordning ved siden av brennerflaten. Derved blir skade på brennerflaten som er forårsaket av de varme forbrenningsproduktene, i det vesentlige forhindret.

EP-patentsøknad nr 0 529 667 A2 beskriver en dyseoverflate som er beskyttet av spylegass med samme sammensetning som hovedgassen, hvilket kan være brennstoff eller oksidant. Dyseoverflaten er beskyttet mot roing eller tilstopping ved bruk av spylegass som strømmer ved en lavere hastighet enn hovedgasstrømmen. Hovedgassen forhindres således fra å reagere med avgasser i nær avstand til dyseoverflaten.

EP-patentsøknad nr 0 717 238 beskriver en dyseoverflate hvorpå det strømmer oksidant, og oksidantstrømmen fungerer som et skjold eller en barriere som beskytter dysen mot skade på grunn av varme i forbrenningssonen. Dyseoverflaten blir derved beskyttet mot overoppheting av oksidanten.

Det er nå observert at metallstøving og forgassing av industrielle brennere i det vesentlige unngås når en beskyttelsesatmosfære rettes langs med den ytre overflaten og flaten av brennerelementet i en mengde som er tilstrekkelig til å fortynne eller erstatte den korrosive atmosfæren omkring brenneroverflaten.

Følgelig er denne oppfinnelsen en fremgangsmåte for forbrenning av hydrokarbon-drivstoff i en brenner som utsettes for korrosiv atmosfære, hvor en ikke-korrosiv atmosfære føres langs den ytre overflaten til brenneren for å beskytte overflaten fra kontakt med den korrosive atmosfæren, ved at den ikke-korrosive atmosfæren består av damp.

Ved en foretrukken utførelsesform ifølge oppfinnelsen forbrennes hydrokarbondrivstoff sammen med damp.

Den følgende beskrivelsen viser mer detaljert en spesifikk utførsel av oppfinnelsen med referanse til tegningen i hvilken den eneste figuren viser et tverrsnittsbilde av en brenner montert i en ildfast foret reaktortopp.

En brenner 2 med en ytre overflate med sylindrisk metallisk øvre overflate 4 og en konisk metallisk åpning 6 er montert i toppdelen av en reaktor 1. Et ringformet hulrom 10 mellom øvre overflate 4 og del av åpningen 6 er utformet mellom brenneroverflaten og en ildfast foring 8 i toppen av brenner 1. Gjennom ringformet åpning 10 blir damp ført langs øvre overflate 4 og rettet mot åpning 6. Dampen som føres gjennom ringformet åpning 10 beskytter den ytre overflaten mot korrosiv forbrenningsatmosfære og hindre forgassing- eller metallstøvingsreaksjon på overflaten forårsaket av forbrenningsatmosfæren.

Eksempel

I et autotermisk reformeringsreaktor (ATR) pilotanlegg ble forskjellige utførsler av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen utført ved anvendelse av en brennertype som beskrevet i US-patent 5.496.170. Brenneren er beskyttet mot metallstøving på brennerytterveggen med en strøm av damp strømmende i en hylse omsluttende brenneren. Det ytre munnstykket til brenneren ble fremstilt av en legering som i innledende eksperimenter har vist seg å bli angrepet av metallstøving uten nærvær av den beskyttende strømmen av damp på yttersiden. Samtidig ble yteevnen til de individuelle brennerne med hensyn til sotdannelse avprøvd ved bestemmelse av den kritiske temperatur for et bestemt damp til karbonforhold (S/C). Den kritiske temperaturen ble funnet i hver test ved gradvis senkning av utgangstemperaturen til reaktoren (Texu) inntil sotgrensen var overskredet. Verdien ble videre bestemt for en brenner uten en beskyttende dampstrøm ved ellers identiske betingelser, dvs. innløpsstrøm, driftstrykk og dampkarbonforhold. Damp-til-karbonforholdet (S/C) er definert som summen av alle dampstrømmer i mol dividert med summen av hydrokarboner i mol karbonatomer (Ci). Pilotanlegget som ble anvendt i testene ovenfor omfatter enheter for tilveiebringelse av forskjellige matestrømmer til ATR-reaktoren, ATR-reaktoren og utstyr til etterbe-handling av produktgasser..

Matestrømmene består av naturgass, damp, oksygen og hydrogen. Alle gasser ble komprimert til resttrykk og forvarmet til driftstemperatur. En gjennomsnittlig sammensetning av naturgassen er gitt i tabell 1. Naturgassen ble avsvovlet før introduksjonen inn i ATR-reaktoren. Matestrømmene ble kombinert i tre strømmer og ført til brenneren i ATR'en. En første matestrøm av naturgass, hydrogen og damp ble forvarmet til en temperatur på omkring 500°C.

En annen matestrøm omfattende oksygen og damp ble forvarmet til mellom 200°C og 220°C. En tredje matestrøm omfattende kun damp ble oppvarmet til 450°C.

I ATR-reaktoren ble en under-støkiometrisk forbrenning og etterfølgende katalytisk dampreformering og utskiftingsreaksjoner utført. Innløps- og avgassammensetningene ble analysert ved gasskromatografi. Produktgassen var i likevekt med hensyn til reformering og utskiftingsreaksjoner. Nedstrøms fra ATR-reaktoren ble prosessgassen avkjølet og største delen av dampinnholdet i produktgassen ble kondensert.

To tester ble utført ved å anvende en brenner fremstilt av den kommersielle legeringen Haynes-230. Denne legering ble tidligere testet uten en beskyttelsesstrøm av damp på brennerytterveggen ved driftsbetingelser med et damp-karbonforhold på 0,35 og 0,6, hvorved yttersiden av brenneren ble angrepet av metallstøving etter omkring 155 driftstimer. De tilsvarende driftsbeitngelsene ved tester med beskyttelse av damp ifølge oppfinnelsen er oppsummert i tabell 2 nedenfor.

Brennertypen ovenfor ble testet for grenser for sotdannelse uten å ha damp i damphylsen ved referanseeksperimenter "SP S/C 0,60 ref." og "SP S/C 0,35 ref." oppsummert nedenfor i tabell 3. Sotgrensen ble deretter undersøkt, når en bestemt del av dampen ble ført gjennom damphylsen langs den ytre veggen til brenneren. Driftsbeitngelsene for sotfunksjonstesten er vist i tabell 3 sammen med de kritiske temperaturene (Tkntisk) som kjennetegner sotyteevnen til brenneren.

Metallstøvingstest ble utført ved et damp til karbonforhold (S/C) på hhv. 0,60 (MD S/C 0,60) og 0,35 (MD S/C 0,35). Driftsbetingelsene er summert i tabell hvor Tim,^, i og Tmniep, 2 er innløp stemp eraturcnc til hhv. den første og andre matestrømmen og Tavgang og Pavgang er temperaturen og trykket til gassen som forlater reaktoren, ved hvilke betingelser dampreformeringen og utskiftnirigsreaksjonene er i likevekt.

Etter hver test ble brenneren fjernet fra ATR-reaktoren for inspeksjon. Mens brenneren uten beskyttelsesdampstrøm på den ytre veggen viste områder på overflaten som ble korrodert ved metallstøving på den ytre overflaten til gassmunnstykket viste utsidemunnstykket til brennerne med beskyttelsesdamp ingen tegn på metallstøving på den ytre overflaten.

Driftsbetingelser og kritiske temperaturer (Tkntisk) for sotyteevneeksperimenter (SP) inkludert referanseeksperimenter uten damp i damphylsen.

For å undersøke sotyteevnen til brenneren ble fire eksperimenter utført for å bestemme den kritiske temperatur (Tkntisk) for drift med en dampstrøm i damphylsen. De fire eksperimentene ble utført ved damp-karbonforhold på 0,60 og 0,35 som vist i tabell 3, hvor den kritiske temperaturen (Tkntisk) også er vist. Dampstrømmen i hylsen ble variert så vel som dampstrømmen til den første matestrømmen for å holde den totale damp-strømmen i fremgangsmåten konstant. Resultatene er sammenlignet med resultater fra brennere av den samme type drevet uten en damphylse (referansetester). Der ble ikke funnet noen som helst signifikante forskjellighetstester. Således påvirket drift med en dampstrøm i damphylsen på utsiden av brenneren i en mengde tilsvarende til 8-35% av den totale mengden av damp tilført til fremgangsmåten ikke yteevnen til brenneren med hensyn til sotdannelse.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte for forbrenningen av hydrokarbondrivstoff i en brenner som utsettes for korrosiv atmosfære, der den ytre overflaten av brenneren beskyttes ved forbipassering av en ikke-korrosi v atmosfære langs den ytre brenneroverflaten, karakterisert ved at den ikke-korrosive atmosfæren består av damp.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at hydrokarbondrivstoffet forbrennes sammen med damp.