SU1013726A1 - Method of utilizing heat of furnace exhaust gases - Google Patents

Method of utilizing heat of furnace exhaust gases Download PDF

Info

Publication number
SU1013726A1
SU1013726A1 SU813346584A SU3346584A SU1013726A1 SU 1013726 A1 SU1013726 A1 SU 1013726A1 SU 813346584 A SU813346584 A SU 813346584A SU 3346584 A SU3346584 A SU 3346584A SU 1013726 A1 SU1013726 A1 SU 1013726A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
conversion
mixture
fuel
gases
heat
Prior art date
Application number
SU813346584A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вильям Григорьевич Носач
Александр Александрович Кривоконь
Вячеслав Евгеньевич Филипчук
Владимир Карпович Судник
Владимир Михайлович Супрун
Тариэл Владимирович Каунов
Михаил Александрович Шаинский
Original Assignee
Сектор Мгд-Генераторов Электроэнергии Института Электродинамики Ан Усср
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сектор Мгд-Генераторов Электроэнергии Института Электродинамики Ан Усср filed Critical Сектор Мгд-Генераторов Электроэнергии Института Электродинамики Ан Усср
Priority to SU813346584A priority Critical patent/SU1013726A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1013726A1 publication Critical patent/SU1013726A1/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/10Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
    • Y02P10/143Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions of methane [CH4]

Abstract

СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛА ОТХОДЯЩИХ. ГАЗОВ ПЕЧЕЙ, преимущественно нагрейательных, включающий подачу топлива и части отход щих газов на каталитическую конверсию и подачу конвертированной смеси на сжигание,отличающийс  тем, что, с целью интенсификации конверсии и повышени  экономичности процесса, топливо смешивают с 20 50% общего крличества отход щих газов , полученную смесь перед подачей на каталитическую конверсию подогревают до температуры выше температуры начала конверсии. 2. Способ по п. 1, отличающий с   тем, что смеси и подачу ее на каталитическую конверсию многократно повтор ют. §METHOD OF UTILIZATION OF HEAT WASTE. Furnace gases, mainly heating gases, which include the supply of fuel and part of the exhaust gases for catalytic conversion and the supply of the converted mixture for combustion, characterized in that, in order to intensify the conversion and increase the efficiency of the process, the fuel is mixed with 20-50% of the total volume of the exhaust gases, the resulting mixture before feeding to the catalytic conversion is heated to a temperature above the temperature of the beginning of the conversion. 2. The method of claim 1, wherein the mixture and its feed to the catalytic conversion are repeated many times. §

Description

Изобретение относитс  к технологии -утилизации тепла отход щих газов , преимущественно нагревательных печей.The invention relates to the technology of heat utilization of waste gases, mainly heating furnaces.

В насто щее- врем  на долю промышленных печей в тепловом балансе страны приходитс  до 22% всего потребл емого органического топлива.Nowadays, the share of industrial furnaces in the heat balance of the country accounts for up to 22% of the total consumed fossil fuel.

Тепло, выдел емое при сжигании топлива в печах, только частично расходуетс  на технологический про-, цесс, больша  его часть от 50% до 70% тер етс  с уход щими продуктами сгорани .The heat released during the combustion of fuel in furnaces is only partially spent on the technological process, a large part of it from 50% to 70% is lost with the leaving combustion products.

В св зи с этим большое внимание в последнее врем  удел етс  решению проблемы утилизации тепла отход щих газов.In this connection, a great deal of attention has recently been paid to solving the problem of utilizing heat from waste gases.

В насто щее врем  разрабатываютс  новые эффективные способы утилизации тепла уход щих газов., основанные на термохимической регенерации тепла, в результате которой тепло передаетс  в виде химической энергии топливу. Сущность такой регенерации заключаетс  в том, что органическое топливо подвергаетс  термообработке с теплоносителем, вступающим в эндотермическую реакцию с топливом, например, по реакции между .eтaнoм., углекисль1М газом и вод ными парами СН +H. ,3 ккал/моль (1) ,СН4 +СО..2СО+2Н..- 59,1 ккал/моль (2)New, efficient ways of utilizing heat from flue gases are being developed, based on thermochemical heat recovery, which transfers heat as chemical energy to the fuel. The essence of such a regeneration is that the organic fuel is heat treated with a coolant which undergoes an endothermic reaction with the fuel, for example, by the reaction between methane, carbon dioxide 1M gas and water vapor CH + H. , 3 kcal / mol (1), СН4 + СО..2СО + 2Н ..- 59.1 kcal / mol (2)

В качестве теплоносителей используют сме:сь органического топлива с воздухом, вод ными парами.As heat carriers, they are used to mix organic fuel with air and water vapor.

Известен способ утилизации тепла отход щих газов, основанный на термохимической регенерации тепла включающий смешивание топлива - метана с теплоносителем, нагрев смеси, осуществление каталитической конверсии полученной смеси и возврат конвертированного газа в печь на. сжигание . В качестве теплоносител  используют вод ной пар, который смешивают с топливом в стехиометрическом соотношении. Способ осуществл ют в реакторе, в который подают одновременно вод ной пар, топливо и катализатор конверсии метана, например... марки КСН. В полученной смеси происходит эндотер шческа  реакци  паровой конверсии метана, в резу.льтате которой запасаетс  теплова  энерги , котора  повторно используетс  в протмышленных печах Cl.A known method of utilizing heat from waste gases is based on thermochemical heat recovery involving mixing the fuel — methane with coolant, heating the mixture, carrying out the catalytic conversion of the mixture obtained and returning the converted gas to the furnace. burning. Steam is used as a heat carrier, which is mixed with fuel in a stoichiometric ratio. The method is carried out in a reactor to which water vapor, fuel and a catalyst for the conversion of methane, for example ... brand ICH, are simultaneously fed. In the resulting mixture, the endothermic reaction of steam reforming of methane occurs, in the result of which thermal energy is stored, which is reused in industrial furnaces Cl.

Однако этот способ недостаточно эффективен из-за низкой -интенсивности паровой конверсии метана. К тому же парова  конверси  имеет еще один недостаток; она требует большого количес1-ва вод ного пара (1,125 кг н 1 кг метана), причем на его подогрев затрачиваетс  около 6% тепла от сжигани  . природного газа. Кроме того.However, this method is not effective enough due to the low intensity of steam reforming of methane. In addition, steam conversion has another drawback; it requires a large amount of water vapor (1.125 kg and 1 kg of methane), and about 6% of the heat from incineration is spent on its heating. natural gas. Besides.

осуществление нагрева всей смеси вместе с катализатором приводит к быс трому разрушению катализатора.the implementation of heating the entire mixture with the catalyst leads to a rapid destruction of the catalyst.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ, основанный на термохимической регенерации тепла, использующий в-качестве, теплоносител  часть отход щих газов.The closest to the present invention is a method based on thermochemical heat recovery, using part of the exhaust gases as heat carrier.

Это.т процесс  вл етс  более экономичным , поскольку о-тход щие газы испо .г1ьзу.ютс  не на нагрев теплоносител , а непосредственно в качестве теплоносител  2 Д-.This process is more economical, since the waste gases are used not for heating the heat carrier, but directly as the heat carrier 2 D-.

Однако в известном способе конверси  топлива с частью уход щих газов проводитс  в химреакторе,объедин ющем в- себе функции трех агрегатов - смесител , смесеподогревател  и. реактора. Такое оформление процесса конверсии возможно, если теплосодержание уход щих газов .достаточно дл  проведени  эндотермических реакций их восстановлени  (например, ухо .д щие газы МГД генератора Т 22002500 К) . However, in the known method, the conversion of fuel with part of the flue gases is carried out in a chemical reactor that combines the functions of three units — a mixer, a mixture heater, and. reactor. Such a formalization of the conversion process is possible if the heat content of flue gases is sufficient for carrying out endothermic reactions of their reduction (for example, exhaust gases from a MHD generator T of 22002500 K).

При более низких температурах уход щих газов (Т 1200 К) или дл  топлва , непосредственна  подача которых в продукты сгорани  сопровождаетс  сажевьщелением (например., при подаче метана в его же продукты сгорани ), такое оформление процесса конверсии невозможно.At lower temperatures, flue gases (T 1200 K) or for fuel, the direct supply of which to the combustion products is accompanied by carbon black (for example, when methane is supplied to its combustion products), such a design of the conversion process is impossible.

В этом случае необходимо использование катализатора, значительно снижакщего температуру начала восстановлени  отход щих газов органическюл топливом, а также дополнительный обогрев смеси извне. Однако оптима .льное проведение процессов конверсии и нагрева в одном агрегате невозможно , поскольку дл  интенсификации теплообмена необходимо увеличение скорости движени  смеси вдоль гренщей поверхности, а дл  интенсификации процесса конверсии - уменьшение скорости, т.е. увеличение времени пребывани  смеси в катализаторе . Кроме того, наличие катализатора , коэффициент теплопроводности которого мал, не способствует увеличению подвода тепла ни при больших, ни при малых скорост х течени  смеси. Г In this case, it is necessary to use a catalyst, which significantly reduces the temperature of the start of the recovery of exhaust gases with organic fuel, as well as additional heating of the mixture from the outside. However, optimal conversion and heating in one unit is not possible, because to intensify heat transfer, an increase in the rate of movement of the mixture along the footing surface is necessary, and to intensify the conversion process, a decrease in speed, i.e. an increase in the residence time of the mixture in the catalyst. In addition, the presence of a catalyst, the thermal conductivity of which is small, does not contribute to an increase in the heat supply either at high or at low flow rates of the mixture. R

Цель изобретени  - интенсификаци The purpose of the invention is to intensify

конверсии и повышение экономичности процесса.conversion and increase the efficiency of the process.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу утилизации тепла отход щих газов печей, преимущественно нагревательных, включающему подачу топлива и части отход щих газов на каталитическую конверсию и подачу конвертированной смеси газов на сжигание, топливо смешивают с 20-50% общего количества отход щих газов, полученнуюThe goal is achieved by the fact that according to the method of heat recovery of waste gases from furnaces, mainly heating, including the supply of fuel and part of the exhaust gases to the catalytic conversion and the supply of the converted mixture of gases to combustion, the fuel is mixed with 20-50% of the total amount of exhaust gases, received

смеюсь пирел подачей на каталитичес- . кую сонверсию подогревают до температуры выше температзфы начала конверсии .laugh pirel filing for catalytic. Whichever sonversion is heated to a temperature above the temperature of the beginning of the conversion.

Кроме того, подогрев смеси и , подачу ее на каталитическую конверсию многократно повтор ют.In addition, heating the mixture and feeding it to the catalytic conversion are repeated many times.

На чертеже представлена схема , , осуществлени  способа. .The drawing shows the scheme, the implementation of the method. .

Схема содержит промйшленную печь 1, воздухоподогреватель 2, смесеподогреватель 3, химреактор дл  проведени  конверсии 4,и смеситель 5.The circuit contains a commercial furnace 1, an air preheater 2, a mixture preheater 3, a chemical reactor for conversion 4, and a mixer 5.

Утилизаци  тепла нагревательной печи по предлагаемому способу осуществл етс  следуиэщим образом.Utilization of the heat of the heating furnace according to the proposed method is carried out as follows.

Органиче :кое топливо и 20-50% отход щих газов (в зависимости от типа печи и выбранной технологической схемы) прступают в смеситель. 5, где происходит смесеобразование и подача ее в смесеподогреватель 3. После прогрева до температури.выше температуры начала каталитической конверсии (дл  метана эта температура составл ет.- 1100 К и превьп ает температуру начала конверсии метана на никелевом катали- . заторе на 50 - ),. смесь направл ют .в химреактор 4 где происходит конверси  орга ического топ- ; лива со своими продуктами сгорани  - отход щими газами, по реакци м (1) и (2). На осуществление экзотермических реакций (1) и (2) требуетс  тепло. . Часть физического тепла продуктов сгорани , ВЫХОДЯЩИХ из печи, расходуетс  на осуществление этих реакций и превращаетс  в химическую энергию продуктов термического превращени  и вместе с ними возвращаетс  в печь.Organic: some fuel and 20-50% of exhaust gases (depending on the type of furnace and the selected technological scheme) are passed into the mixer. 5, where the mixture formation takes place and it is fed to the mixing heater 3. After heating to a temperature above the start temperature of the catalytic conversion (for methane this temperature is 1100 K and exceeds the start temperature of the methane conversion on the nickel catalyst by 50 -) , the mixture is directed to chemical reactor 4 where the organic top is converted; with its own combustion products — waste gases, according to reactions (1) and (2). Heat is required for exothermic reactions (1) and (2). . A portion of the physical heat of the combustion products exiting the furnace is spent on the implementation of these reactions and is converted into chemical energy from the products of thermal conversion and with them returns to the furnace.

Предлагаемый способ был испытан на-экспериментальной установке КОРТ-М:, моделирующей работу пролшшленной печи, . работающей на природном газе...The proposed method was tested on the KORT-M experimental setup: simulating the operation of a continuous furnace,. running on natural gas ...

Принципиальна  схема экспериментальной установки дл  реализации предлагаемого способа соответствует чертежу. Она состоит из собственной печи, п тисекционного воздухоподогревател , четырехсекционного подогревател  конвертированного газа (смесеподогревател ), трех адиабатных химреакторов, заполненных катализатором КСН, инжёкционного смесител  и вод ного.калориметра (не показан ) . Печь выполнена в виде пр моугольного канала 250x250 , высотой 1500 мм и выложена высокоглиноземистым ультралегковесом толщины 125 мм. Объем печи разделен керамической насадкой на камеру сгорани  и участок теплосъема. В последнем дл  изменени  температуры газов установлен вод ной калориметр змеевиКбвого типа. Воздухоподогреватель и смесеподогреватель выполнены в биде одного технологического аппарата, состо щего из дес ти секций трубчатых подогревателей, кажда  из которых состоит из семи жаропрочных труб. В п ти секци х расположен воздухоподогреватель , в четырех подогреватель конвертированных газов, в сдной секции через перфорированные трубы осуществл етс  отбор продуктов сгорани . .The basic scheme of the experimental setup for the implementation of the proposed method corresponds to the drawing. It consists of its own furnace, a pissection air preheater, a four-section preheater of the converted gas (a mixture preheater), three adiabatic chemical reactors filled with a KSN catalyst, an injection mixer and a water calorimeter (not shown). The furnace is made in the form of a rectangular channel 250x250, 1500 mm high and is lined with a high-alumina ultralight weight 125 mm. The furnace volume is divided by a ceramic nozzle into a combustion chamber and a heat removal section. In the latter, a water calorimeter of the coil type is installed to change the temperature of the gases. The air heater and mixing heater are made in a bidet of one technological device consisting of ten sections of tubular heaters, each of which consists of seven heat-resistant pipes. An air heater is located in five sections, four heaters of the converted gases are located in the fixed section, and combustion products are selected through perforated pipes in the sectional section. .

Размер тракта греющих продуктов сгорани  250x250 , высота одной.The size of the tract heating products of combustion 250x250, the height of one.

секции 80 мм.80 mm sections.

Работа печи осуществл етс  следующим образом.Подача воздуха и конвертированного газа в печь осуществл етс  через тракт трубчатых подогревателей. В печи происходит сгорание смеси и продукты сгорани  направл ютс  на вод ной калориметр, имитирующий полезный технологический процесс. ПослеThe operation of the furnace is carried out as follows. Air and converted gas are supplied to the furnace through the path of the tubular preheaters. The furnace burns the mixture and the combustion products are directed to a water calorimeter, imitating a useful technological process. After

совершени  полезной работы продукты сгорани  поступают на трубы воздухоподогревател  конвертированного газа. Температура продуктов сгорани  на входе в подогреватели может измен тьс  от 1500 до 400 К, чтоdoing useful work, the combustion products are fed to the pipes of the preheater of the converted gas. The temperature of the combustion products at the entrance to the heaters can vary from 1500 to 400 K, which

охватывает практически весь интересующий диапазон изменени  температур .covers almost the entire range of temperature variations of interest.

Метан-перед подачей в подогреватель смешивают, с продукталга сгорани . Конструкци  установки обеспечивает устойчивою работу в широком диапазоне изменени  коэффициентов избытка окислител  d.0,7-2,0. После прогрева до смесь метана с продуктами сгорани  поступает на Ni-катализатор марки КСН, где и происходит образование конвертированного газа, поступаиощего в печьMethane is mixed into the preheater and mixed with the combustion product. The design of the plant ensures stable operation over a wide range of changes in the oxidizer excess coefficients d.0.7-2.0. After warming up to a mixture of methane with combustion products, it enters the Ni-catalyst of the KSN brand, where the formation of the converted gas occurs, which enters the furnace

на сгорание. ..on combustion. ..

Дл  интенсификации процесса кон- . версии, который сопровождаетс  значительным поглощением тепла, подогреватель конвертированного газа выполн ют четырехсекционным (подогрев-конверси  на катализаторе; подогрев-конверси  и т.д.). To intensify the process, con-. versions that are accompanied by significant heat absorption, the converted gas preheater is performed in four sections (preheat-convert on catalyst; preheat-convert, etc.).

Результаты проведенных экспериментов подтвердили эффективность разделени  процесса теплообмена и каталитической конверсии в органиэа ции различных технологических схем. При этом на катализаторе не происходило выделение сажи.The results of the experiments confirmed the efficiency of the separation of the heat exchange process and catalytic conversion in the organization of various technological schemes. In this case, no soot release occurred on the catalyst.

60 Проведенные исследовани  подтвердили работоспособность схемы в целом и ее отдельных элементов.60 The studies performed confirmed the efficiency of the circuit as a whole and its individual elements.

Применение печи с термохимической регенерацией тепла  вл етс The use of a furnace with thermochemical heat recovery is

перспективным направлением повышени  эффективности использовани  топлива в народном хоз йстве и позволит снизить удельные расходы топлива на р де производств на 15-20% по сравнению с-только воздушной регенерацией тепла.It is a promising direction for increasing fuel efficiency in the national economy and will make it possible to reduce specific fuel consumption in a number of productions by 15–20% compared with air-only heat recovery.

Конструктивное оформление химреактора с разделением процессов теплообмена и каталитической конверсии способствует интенсификации процесса нагрева смеси в 2-3 раза и увеличивает срок службы катализатора в 1,5-2 раза.The constructive design of the chemical reactor with the separation of heat exchange processes and catalytic conversion contributes to the intensification of the process of heating the mixture by 2-3 times and increases the service life of the catalyst by 1.5-2 times.

Claims (2)

СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛА ОТХОДЯЩИХГАЗОВ ПЕЧЕЙ, преимущест венно нагревательных, включающий подачу топлива и части отходящих газов на каталитическую конверсию и подачу конвертированной смеси га^ов на сжигание,отличающийся тем, чхо, с целью интенсификации конверсии и повышения экономичности процесса, топливо смешивают с 20 50% общего количества отходящих газов, полученную смесь перед подачей на каталитическую конверсию подогревают до температуры выше температуры начала конверсии.METHOD FOR DISPOSAL OF FURNACE HEATS OF FURNACE GASES OF FURNACES, predominantly heating, including the supply of fuel and part of the exhaust gases to catalytic conversion and the supply of the converted mixture of gases for combustion, characterized in that, in order to intensify the conversion and increase the efficiency of the process, the fuel is mixed with 20 50% the total amount of exhaust gas, the resulting mixture is heated to a temperature above the start of conversion before being fed to the catalytic conversion. 2. Способ поп. 1, отличающий с я тем, что подобрев смеси и подачу ее на каталитическую конверсию многократно повторяют.2. The method of pop. 1, characterized in that the mixture is heated and fed to the catalytic conversion repeatedly. »SU ...,1013726»SU ..., 1013726 I 0137 26 tI 0137 26 t
SU813346584A 1981-10-16 1981-10-16 Method of utilizing heat of furnace exhaust gases SU1013726A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU813346584A SU1013726A1 (en) 1981-10-16 1981-10-16 Method of utilizing heat of furnace exhaust gases

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU813346584A SU1013726A1 (en) 1981-10-16 1981-10-16 Method of utilizing heat of furnace exhaust gases

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1013726A1 true SU1013726A1 (en) 1983-04-23

Family

ID=20979883

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU813346584A SU1013726A1 (en) 1981-10-16 1981-10-16 Method of utilizing heat of furnace exhaust gases

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1013726A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
i.Каталитическа конверси углеводородов , 1978, 3, 81-86. 2. Авторское свидетельство СССР 303044, кл. С 10. J 1/26, 1964. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4816353A (en) Integrated fuel cell and fuel conversion apparatus
KR890001963B1 (en) Apparatus and method for reforming hydrocarbons
Matros et al. Reverse-flow operation in fixed bed catalytic reactors
KR101127688B1 (en) Small-sized reformer of cylinder type
US4315893A (en) Reformer employing finned heat pipes
CA1084433A (en) Steam reforming process and apparatus therefor
US6296679B1 (en) Method for hydrocarbon steam reforming
GB1476155A (en) Fuel cell shift converter/endothermic catalytic reaction apparatus
NL8602404A (en) PROCESS FOR PERFORMING A GAS COMBUSTION PROCESS, RECOVERING A PART OF HEAT PRESENT IN COMBUSTION GASES.
EP1329256B1 (en) Apparatus and method for production of synthesis gas
RU2005120608A (en) PSEUDOISOTHERMAL METHOD FOR PRODUCING AMMONIA
US3923466A (en) Apparatus for the production of cracked gas
US4725222A (en) Process and apparatus for combustion of liquid and gaseous fuels with nitric oxide-free exhaust gas
EP0272282B1 (en) Steam reformer with internal heat recovery
MXPA01011909A (en) Dehydrogenation process.
SU1013726A1 (en) Method of utilizing heat of furnace exhaust gases
JPH01501877A (en) A method of tertiary recovery of oil from deep holes and use of the generated crude gas
GB2126120A (en) Catalytic reactor for generating gaseous so3 from molten sulphur
EP0038327B1 (en) Method and apparatus enabling thermal energy recovery in combustor operation
CN115013827A (en) Catalytic combustion device
SU1726898A1 (en) Method and heat-using plant for fuel combustion
RU2750638C1 (en) Device for flameless obtaining of thermal energy from hydrocarbon fuels
EP3801866B1 (en) Use of a reactor for heating a gas
JP2001046864A (en) Carbon dioxide fixing apparatus
KR20080075130A (en) Steam generation apparatus and method