TW403821B - Process for the combustion of hydrocarbon fuel in a burner - Google Patents

Description

經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 403821 五、發明說明（丨） 本發明乃關於在燃燒器中燃燒碳氫化合物燃料以及用 於進行該燃燒方法之裝置。 在化學工業上碳氫化合物燃料通常是使用在工業燃燒 爐與方法加熱器之燃燒上，且係用以提供熱量至配備有適 當燃燒器之反應容器中所進行之需要熱量之反應。 已知燃燒器之通常缺點爲燃燒器在面對工業燃燒器所 需之高燃料氣體速率之損壞，以及由腐蝕之氣體所造成之 金屬撒粉對曝露在高溫之燃燒器表面的損壞。 美國專利第5,496，170號揭示一具有改良之設計以避 免熱燃燒產物從內部循環穿過鄰近燃燒器表面之燃燒之渦 流式(swirling)流動燃燒器。所以，燃燒器表面由熱燃燒產 物所造成之損壞可以實質上避免。 現已發覺當沿著燃燒器機體之表面與外表面引入一數 量上足夠以稀釋或取代包圍著燃燒器表面之腐蝕性氣體之 保護性氣體時，工業燃燒器承受腐蝕性氣體所造成之金屬 撒粉與滲碳作用可以實質上避免。 所以，本發明爲一種在曝露於腐蝕性氣體之燃燒器中 燃燒碳氫化合物燃料之方法，其中非腐鈾性氣體係沿著燃 燒器之外表面通過以保護表面避免接觸腐蝕性氣體。 適當之非腐蝕性氣體可以是不會在高溫之金屬表面上 造成金屬撒粉或滲碳反應之任何氣體介質。 適當之非腐蝕性氣體包括蒸汽、氫氣、二氧化碳與氮 氣或其之混合物。 再者，本發明提供一用於燃燒碳氫化合物燃料與氧化 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — — — — — — — I — 1111 ^ in--II 訂！ 線 • - (請先閲讀背面之注意事項再#本頁) * 403821 A7 B7__ 五、發明說明（> ) 劑之燃燒器，其包含用於供應燃料與氧化劑之外部金屬表 面通道，以及一用於燃燒燃料與氧化劑之孔洞，該改良含 有一璧，其係同心地圍繞在燃燒器之外部金屬表面之至少 一部份上並與其分隔且係用以沿著表面飼入與通過保護性 氣體。 當在反應器中操作上述之燃燒器時，該璧可以由在反 應器頂部且以適當之距離圍繞燃燒器之外部表面之耐火襯 裡材料所生成，且藉此生成當燃燒器操作時用於飼入與通 過保護性氣體之通道。 藉參考附圖，下述之說明更詳細地顯示本發明之特定 實例，其中唯一附圖顯示一安裝在以耐火材料襯裡之反應 器頂部之本發明之燃燒器之斷面圖。 具有外部表面之燃燒器2與圓柱形之金屬上方表面4 以及圓錐形之金靥孔洞6係安裝在反應器1之頂部部份。 介於上方表面4與孔洞6之部份間之環狀空間1〇係在燃燒 器表面與反應器1之頂部中之耐火材料襯裡8間生成。通 過環狀空間10之蒸汽係沿著上方表面4通過且引導至孔洞 6。通過環狀空間10之蒸汽將保護外部表面避免腐蝕性燃 燒氣體且防止表面由腐餓性氣體所造成之滲碳作用或金屬 撒粉反應。 實例 在自熱重組器(ATR)實驗工廠中，根據本發明之方法 之不同實例係藉使用揭不於美國專利第5,196,170號中之 燃燒器型式以進行。該燃燒器藉由在圍繞燃燒器之套管中 -----11 11--- -裝·--11,>---:訂---I--1線 <請先閲讀背面之注意事項再叫寫本頁). ' 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 403821 A7 B7_ 五、發明說明（\ ) 之蒸汽之流動以保護燃燒器之外壁免於金屬撒粉。燃燒器 之外部噴嘴係由合金所製造，其在初步之實驗中已顯示當 在外部沒有保護性之蒸汽流動時會受到金屬撒粉之侵襲。 在同時，藉對特定蒸汽對碳比値(S/C)之臨界溫度之決定以 測試各個燃燒器關於煤灰生成之性能。在每一個測試中該 臨界溫度的發現係藉逐漸降低反應器之出口溫度(ΤΕχΙΤ)直 到煤灰極限超過爲止。再者，該値對不具有保護性蒸汽流 動之燃燒器係在別的相同之條件，亦即入口流動、操作壓 力與蒸汽對碳之比値下決定。蒸汽對碳比値(S/C)係定義成 以莫耳計算之所有飼入蒸汽之總和除以以碳原子(C!)莫耳 計算之碳氫化合物之總和。使用於上述測試中之實驗工廠 含有用以提供不同之進料物流至ATR反應器之單元、ATR 反應器以及用於產物氣體之後處理之設備。 該進料物流含有天然氣、蒸汽、氧氣與氫氣。所有之 氣體皆壓縮至操作壓力且預熱至操作溫度。一天然氣之平 均組成係示於表1中。該天然氣在飼入ATR反應器之前係 先經脫硫。該進料物流係合倂成三個物流且送至ATR之燃 燒器。天然氣之第一進料物流、氫氣與蒸汽係預熱至約 500°C之溫度。 含有氧氣與蒸汽之第二進料物流係預熱至200°C與220 它間。只含有蒸汽之第三進料物流係加熱至450°C。 在ATR反應器中進行次-化學計量燃燒與隨後之催化 蒸汽重組以及轉移(shife)反應。入口與出口氣體之組成係 藉氣相色層分析法以分析。該產物氣體係與重組以及轉移 5 裝-----1---;訂---------線 (請先閲讀背面之注意事項再本頁)‘ Λ 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 403821 五、發明說明（今） 反應平衡。在ATR反應器之下游’將製造氣體冷卻且冷凝 大部份產物氣體之蒸汽含量。

表1 — 成份 莫耳分率％ 氮氣 0.45 二氧化碳 1.20 甲烷 95.36 C2 2.22 C3 0.45_ C4 0.23 L_-— 0.08 I 經濟部智慧財產局貝工消費合作杜印製 使用由商用之合金海恩斯(HayneS)-230所製造之燃燒 器以進行二測試。此合金係事先在〇.35與之蒸汽碳比 値之操作條件且在燃燒器外壁沒有保護性蒸汽流動下進行 測試，藉此燃燒器之外部在約155操作小時後會被金屬撒 粉所侵襲。具有根據本發明之保護性蒸汽之測試之相對應 操作條件係整理於下述表2中。 上述之燃燒器型式係藉整理於下述表3之參考實驗 ”SP S/C 0.60參考”與”SP S/C 0.35參考”以測試對於沒有 蒸汽在蒸汽套管中時之煤灰生成之極限。當特定量之蒸汽 沿著燃燒器之外壁通過蒸汽套管時，然後硏究煤灰之極限 。用於煤灰性能測試之操作條件係與描述燃燒器之煤灰性 能之臨界溫度(Teritical) —起示於表3中。 6 — I— —II----裝---— 17· — — 訂·！ I-線 (請先閲讀背面之注意事項再_寫本頁〆 , , 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 403821_ B7 五、發明說明（<) 表2 實驗 天然氣 標準立 柳 小時 氫氣 標準立 方米/ 小時 S/C 套管中 之蒸汽 標準立 方沏 小時 出口 壓力 巴 出口 溫度 °C 入口 溫度，1 °c 入口 溫度，2 °C 蒸汽操 作時數 MDS/C 100 2.0 0.60 5.0 27.5 1020 500 220 163 0.60 MDS/C 100 2.0 0.35 3.5 27.5 1020 499 222 183 0.35 金屬撒粉測試係分別在蒸汽對碳比値（S/C)爲 0.60(MD S/C 0.60)與 0.35(MD S/C 0.35)下進行。操作條 件係整理於表中，其中TInleU與TInlet，2係分別爲第一與第 二進料物流之入口溫度，且TExit與PExit係離開反應器之 氣體之溫度與壓力，在此條件下蒸汽重組與轉移反應係在 平衡狀態》 在每一個測試後，將燃燒器從ATR反應器中移除以檢 查。雖然在外壁上不具有保護性蒸汽流動之燃燒器顯示在 表面上之區域被氣體噴嘴之外部表面上之金屬撒粉所腐蝕 ，但具有保護性蒸汽之燃燒器之外部噴嘴顯示在外部表面 上沒有金屬撒粉之痕跡。 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — II----裝-------—訂--I------線 (請先閱讀背面之注意事項再本頁). . . < 五 403881 發明說明（b) A7 B7 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製

用於煤灰性能實驗（SP)之操作條件與臨界溫度（Teri“eal)包 括不具有蒸汽在蒸汽套管中之參考實驗 爲硏究燃燒器之煤灰性能，進行四組實驗以決定對具 有蒸汽在蒸汽套管中流動之操作之臨界溫度（Tentiea,)。該 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)，

403821 五、發明說明（Ί) 四組實驗係在如表3所示之0.60與0.35之蒸汽碳比値下 進行，其亦顯示臨界溫度（TeHtieal)。爲了維持流至方法中 之總蒸汽流動爲定値，改變在套管中流動之蒸汽以及流至 第一進料物流之蒸汽。該結果係與相同型式但操作在不具 有蒸汽套管之燃燒器的結果(參考測試)比較。其並未發現 任何明顯之不同測試。所以’在燃燒器之外側上之蒸汽套 管中具有以相對應於飼入方法中之8-35%蒸汽總量之蒸汽 流動的操作並不會影響燃燒器對於煤灰生成之性能。 --------------裝— (請先閱讀背面之注意事項再^!&本頁 訂. --線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐）

Claims (1)

1. 403821 A8 B8 C8 D8 中請專利範圍 I一種在曝露於腐蝕性氣體之燃燒器中燃燒碳氫化合 物燃料之方法，其中燃燒器之外部表面係藉沿著燃燒器之 外表面通過非腐蝕性氣體以保護。 2.根據申請專利範圍第1項之方法，其中該非腐蝕性 氣體係由蒸汽、氫氣、二氧化碳、氮氣或其之混合物所組 成。 3·根據申請專利範圍第1項之方法，其中該碳氫化合 物燃料係與蒸汽一起燃燒。 — 4. 根據申請專利範圍第2項之方法，其中該非腐蝕性 氣體係由蒸汽所組成。 5. 根據申請專利範圍第3項之方法，其中至少一部份 蒸汽與非腐蝕性氣體一起加入碳氫化合物燃料中。 6. —種用於燃燒碳氫化合物燃料與氧化劑之燃燒器，其 包含用於供應燃料與氧化劑之外部金屬表面通道，以及一 用於燃料與氧化劑之燃燒之孔洞，一璧154地圍繞在燃燒 μ*"屬表面分隔並 經濟部智慧財產局员工消費合作社印製 器之外部金屬表面^少一部份上且與 且被用來沿著表面與通過保護性氣 7.根據申請專圍第6項之燃燒g 耐火襯裡材料所生^

   其中該壁係由 ---------^ |_1----訂·------ (請先閲讀背面之注意事項再填Τ本頁) · , >紙張尺度逍用中國國家搞準(CNS ) A4规格（210X297公釐）