UA67740C2 - Спосіб часткового окислення вуглеводнів та пальник для його здійснення - Google Patents

Abstract

Група винаходів відноситься до хімічної технології. Спосіб для часткового окислення вуглеводнів включає операції, у яких газовий потік, що містить вуглеводні, та газовий потік, що містить вільний кисень, подають в реакційну камеру, де вони змішуються для реагування першої частини газового потоку, що містить вільний кисень, з першим потоком, що містить відреаговані гази, що циркулюють у межах реакційної камери. Потім змішують другу частину газового потоку, що містить вільний кисень, з вуглеводневмісним газовим потоком у реакційній камері, отримуючи газовий потік, що містить і вуглеводні і вільний кисень, принаймні частково змішані разом; на останній стадії змішують до реагування газовий потік, що містить як вуглеводні, так і вільний кисень принаймні частково змішані разом, з другим потоком, що містить відреаговані гази, що циркулюють всередині реакційної камери, отримуючи газовий потік, що містить водень та монооксид вуглецю. Пальник для часткового окислення вуглеводнів містить перший циліндричний трубопровід, реакційну камеру, другий трубопровід, зовнішній та коаксіальний з першим, зону змішування між відповідними кінцями першого та другого трубопроводів, засоби для спрямування вуглеводневмісного потоку від кільцеподібного простору до зони змішування та засоби для розширення та спрямування першої та другої частин потоку для змішування.

Description

Також поставлена задача вирішується тим, що далі забезпечують протікання газового потоку, що включає вільний кисень, через перший циліндричний трубопровід заздалегідь визначеної довжини пальника, який входить в реакційну камеру; забезпечують протікання вугдеводневмісного газового потоку через кільцеподібний вільний простір, визначений між першим трубопроводом та другим зовнішнім трубопроводом, коаксіальним і першим, при цьому другий трубопровід є більш довгим, ніж перший трубопровід та визначає зону змішування для вуглеводневмісного газового потоку та газового потоку, що включає вільний кисень, всередині реакційної камери між одним кінцем другого трубопроводу та одним кінцем першого трубопроводу, спрямовують вуглеводневмісний газовий потік із кільцеподібного вільного простору до зони імітування, розташованої поблизу внутрішньої стінки другого трубопроводу: розширюють та спрямовують газовий потік, що включає вільний кисень, який виходить із першою трубопроводу в напрямку внутрішньої стінки другого трубопроводу в зоні змішування, та проводять змішування і реагування першої частини газового потоку, який включає вільний кисень, з першим потоком, який включає відреаговані гази, які циркулюють всередині реакційної камери у центральній її зоні, та змішування другої частини газового потоку, який включає вільний кисень, із вуглеводневмісним газовим потоком, і отриманням газового потоку, який включає і вуглеводні і вільний кисень, принаймні частково змішані разом.

Також поставлена задача вирішується тим, що далі забезпечують протікання газової о потоку, який включає вільний кисень, через перший, циліндричний трубопровід заздалегідь визначеної довжини пальника, що продовжений у реакційну камеру; забезпечують пропікання вуглеводневмісного газового потоку через кільцеподібний вільний простір, визначений між першим трубопроводом та другим зовнішнім трубопроводом, коаксіальним з першим; забезпечують протікання газового потоку, що включає пару та/або інертні гази, через кільцеподібний вільний простір, визначений між другим трубопроводом та третім зовнішнім трубопроводом, коаксіальним з другим трубопроводом; полають газовий потік, що включає пару і/або інертні гази, в реакційну камеру у вигляді кільцеподібного струму, що визначає зону змішування в її середині для вуглеводневмісного газового потоку та газового потоку, що включає вільний кисень; спрямовують вуглеводневмісний газовий потік із кільцеподібного вільного простору до зони змішування, розташованої поблизу кільцеподібних струму газового потоку, що включає пару та/або інертні гази; розширюють та спрямовують газовий потік, що включає вільний кисень, який виходить із першого трубопроводу в напрямку кільцеподібного струму газового потоку, який включає пару та/або інертні гази, у зоні змішування, проводять імітування і а реагування першої частини газовою потоку, який включає вільний кисень, з першим потоком, що включає відреаговані гази, які циркулюють всередині реакційної камери у центральній її зоні, та імітують другу частину газового потоку, що включає вільний кисень, із вуглеводневмісним газовим потоком, отримуючи газовий потік, що включає вуглеводень і вільний кисень, принаймні частково змішані разом.

Поставлена задача також вирішується тим, що забезпечують протікання газового потоку, який включає вільний кисень, через перший трубопровід шляхом руху за спіраллю, а також тим, що забезпечують другу частину газового потоку, що включає вільний кисень, попередньо контактувати із вуглеводневмісним газовим потоком в зоні кінця першого трубопроводу.

Також поставлена задача досягається тим, що у відомому пальнику для часткового окислення вуглеводнів, який містить перший циліндричний трубопровід заздалегідь визначеної довжини, котра визначає всередині його круговий прохід для подавання газового потоку, що включає вільний кисень, в реакційну камеру зовні пальника, другий трубопровід, зовнішній та коаксіальний з першим, але більш довгий ніж перший, котрий визначає кільцеподібний вільний простір в його середині між трубопроводами, для подавання вуглеводневмісного газового потоку в реакційну камеру, додатково виповнена зона змішування, де вуглеводневмісний газовий потік змішується з газовим потоком, що містить вільний кисень, визначену між відповідними кінцями першого та другого трубопроводу; засоби для спрямування вуглеводневмісного газового потоку від кільцеподібного вільного простору до зони змішування, розташованої поблизу внутрішньої стінки другого трубопроводу; засоби для розширення та спрямування газового потоку, що містить вільний кисень, який виходить із першого трубопроводу в напрямку внутрішньої стінки другого трубопроводу в зоні змішування, для змішування та реагування першої частини газового потоку, що включає вільний кисень, з першим потоком, що включає відреаговані гази, які циркулюють в межах реакційної камери у центральній її зоні, та для змішування другої частини газового потоку, що включає вільний кисень, із вуглеводневмісним газовим потоком, для отримання газового потоку, що містить і вуглеводні, і вільний кисень, принаймні, частково змішані разом. Також поставлена задача досягається тим, що у відомому пальнику для часткового окислення вуглеводнів, який містить перший циліндричний трубопровід заздалегідь визначеної довжини, котра визначає в його середині круговий прохід для подавання газового потоку, що включає вільний кисень, в реакційну камеру зовні пальника; другий трубопровід, зовнішній та коаксіальний з першим трубопроводом, котрий визначає кільцеподібний вільний простір в його середині між трубопроводами, для подавання вуглеводневмісного газовою потоку в реакційну камеру; який відрізняється тим, що він далі включає третій трубопровід, зовнішній та коаксіальний з другим трубопроводом, який визначає кільце подібний вільний простір в його середині між другим та третім трубопроводами, для подавання газового потоку, що включає пару і а або інертні гази, в реакційну камеру; засоби для розширення та спрямування газового потоку, що включає вільний кисень, що виходить із першого трубопроводу в напрямку вуглеводневмісного газового потоку, що виходить з другого трубопроводу, для проведення змішування та реагування першої частини газового потоку, що включає вільним кисень, з першим потоком, який включає, відреаговані гази, що циркулюють в межах, реакційної камери у центральній її зоні, та для змішування другої частини газового потоку, то включає вільний кисень, із вуглеводневмісним газовим потоком, отримуючи газовий потік, в який включені і вуглеводні, і вільний кисень, принаймні частково змішані разом.

Також задача вирішується тим, що в засобах для спрямування вутлеводневмісного газового потоку виконаний кільцеподібний отвір, більш тонкий ніж кільцеподібний вільний простір, визначений біля кінця; першого трубопроводу між вільним простором та зоною змішування та тим, що засоби для розширення та спрямування газового потоку, який включає вільний кисень, розташовані поблизу кінця першого трубопроводу,

частина останньою виконана з розширенням в напрямку внутрішньої стінки другого трубопроводу, так щоб визначати, біля кінця отвір випуску газу, що має більший діаметр, ніж діаметр решти першою трубопроводу, при цьому діаметр отвору випуску газу більше від 1,25 до 10 разів, краще від 2 до 4 разів, ніж діаметр решти першого трубопроводу, розширена частина якого виконана вигнутою та/чи виконана простягнутою від внутрішньої стінки трубопроводу до зовнішньої його стінки, при постійному куті нахилу між циліндричним кінцем внутрішньої стінки та одним кінцем зовнішньої стінки, або, альтернативно, при куті нахилу, котрий безперервно змінюється від 0" біля циліндричного кінця внутрішньої стінки до здебільшого 90" на кінці стінки, а також тим, що кут нахилу розширеної частини трубопроводу вибраний із інтервалу від 30" до 90", краще від 457" до 80". Також задача вирішується тим, що довжина внутрішньої стінки другого трубопроводу у зоні імітування виконана від 5 до 15 разів білоше товщини кільцеподібного отвору між першим та другим трубопроводом, а внутрішня стінка другого трубопроводу у зоні імітування виконана усічено-конусною із зростаючим діаметром у напрямку її кінця, при цьому кут нахилу внутрішньої стінки другого трубопроводу у зоні імітування вибраний із інтервалу від 0" до 60", краще від 10" до 30", від подовжньої вісі.

Також задача вирішується тим, що пальник може містити додатковий трубопровід, внутрішній та коаксіальний, який виконано коротшим, ніж перший трубопровід, котрий визначає в його середині прохід для введення частини газового потоку, який включає вільний кисень, аксіальним шляхом в реакційну камеру.

Також поставлена задача досягається тим, що використовують пальник, який може містити додатковий трубопровід, внутрішній та коаксіальний, який виконаний коротшим, ніж перший трубопровід, котрий визначає в його середині прохід для введення частини газового потоку, який включає вільний кисень, аксіальним шляхом в реакційну камеру для підігріву реакційної камери газогенератора, за яким використовують внутрішній трубопровід для введення потоку, що містить паливо, в реакційну камеру.

Надалі в описі та формулі винаходу, вираз "газовий потік, що містить відредаговані (відреаговані) гази" - використовують для означення газового потоку, котрий містить НгО, СО», сліди вуглеводнів, Н25, СО5, та можливо Мо та Аг, що циркулює всередині реакційної камери, у додаток до часткових продуктів згоряння, тобто СО та Н».

Перевагою нього способу є те, що цей винахід дозволяє виробляти водень та монооксид вуглецю на одиницю спаленого вуглеводню істотно більше щодо попередніх способів існуючого рівня техніки.

Фактично, завдяки способу змішування частий газового потоку, що містить вільний кисень з вуглеводневмісним газовим потоком в межах реакційної камери, раніше, ніж останній потік контактуватиме з гарячими газами, що циркулюють всередині камери, утворення вугільної сажі під час наступної стадії згоряння може бути усунуто або принаймні значно зменшене.

У такий спосіб, вихід продуктів конверсії вуглеводнів у реакційній камері буде тільки обмежено, що обумовлено присутністю вугільної сажі, та що не дозволяє забезпечити оптимальний рівень продуктивності по водню та монооксиду вуглецю.

Треба відзначити, що завдяки даному винаходу утворення вугільної сажі у реакційній камері може бути повністю усунуте, коли потік, що зазнає обробки, включає газоподібні вуглеводні, та може бути мінімальним, навіть коли газовий потік включає рідкі та/або тверді вуглеводні.

Цей результат досягається навіть при низьких температурах експлуатації, краще в інтервалі від 950" до 13007"С, при більш низькій швидкості споживання кисню та більшому виході продукту (збільшена продуктивність по СО та Нг). ніж пропонує існуючий рівень техніки.

Як приклад, для частковою окислення природного газу - в умовах повної відсутності вугільної сажі - киснева потреба може бути утримана нижче, ніж 210моль О2 на кожний кіломоль виробленого сухого газу, котрий представляє нове досягнення, в порівнянні з потребами кисню способів існуючого рівня техніки.

Іншими словами, спосіб в ньому винаході перешкоджає частині вуглеводнім, що течуть через реакційну камеру, змішувались при відсутності кисню, безпосередньо і високотемпературними (наприклад, в інтервалі від 10007 до 14007С) газами, що циркулюють в межах камери, що викликає піроліз вуглеводнів та утворення вугільної сажі. Навпаки, всередині реакційної камери, вуглеводні спочатку належним чином змішують і вільним киснем, а тільки пізніше контактують з гарячими газами, ці гази тоді ініціюють замість піролізу корисне згоряння, реакцію реагентів принаймні частково попередньо змішаних, щоб виробити при цьому водень та монооксид вуглецю.

Більш того, спосіб в цьому винаході досить простий, економний та нескладний для здійснення та не включає а ні велике споживання енергії, а ні великі експлуатаційні та ремонтні кошти.

Треба відзначити, що для згорання газоподібних вуглеводнів, таких, як метан або природний газ, установка, що запроваджує цеп спосіб, не вимагає ніякою розділення вугільної сажі та секції рециркуляції, з допомогою цього буде можливим досягти значних заощаджень у інвестиційних коштах та споживанні енергії ніж в установках існуючою рівня техніки.

Запропонований спосіб може бути використаний в широкому діапазоні різних умов експлуатації, зберігаючи в той же час високий вихід продуктів конверсії.

Зокрема, цей спосіб може бути ефективно застосований навіть у випадку великих змін у швидкості потоків, що подаються до реакційної камери, як, наприклад, у інтервалі від 0.2 до 1.0 (відношення мінімуму до максимуму швидкості потоку), без того, щоб впливати на вихід продукту конверсії, ця особливість не може бути виявлена у способах існуючого рівня техніки.

Частина газового потоку, що включає вільний кисень, котрий усередині реакційної камери змішується з вутлеводневмісним газовим потоком до того, як контактувати з рециркулюючими відреагованими газами, згаданий як друга частина у способі згідно з винаходом, переважно включає від 10 до 9095, краще від 50 до 7095, газового потоку, що включає вільний кисень.

У особливо вигідному втіленні винаходу, цей спосіб включає стадію подавання вуглеводневмісного газового потоку та газового потоку, що включає вільний кисень, в реакційну камеру як відповідно, істотно кільцеподібних струменів коаксіальних один до одного.

Отже, імітування вуглеводнів та вільного кисню може відбуватись дуже ефективним та швидким способом всередині реакційної камери.

Більш того, було виявлено те, щоб сприяти ходу змішування, більш вигідно, якщо вуглеводневмісний газовий потік подають до реакційної камери зовні та країно на більшій швидкості, ніж газовий потік, що включає вільний кисень.

При використанні заявленого способу може бути досягнуте бажане надійне попереднє змішування вуглеводнів та вільного кисню у реакційній камері, одночасно запобігаючи під час цього будь-якому контакту вуглеводнів з відреагованими газами, що циркулюють в межах камери. Це попереднє змішування відбувається біля частини внутрішньої стінки трубопроводу подавання вуглеводнемісного газового потоку, котрий простягається між його кінцем та кінцем трубопроводу подавання газового потоку, що включає вільний кисень.

На практиці, частина, потоку, що включає вільний кисень, переважно обумовлена для введення вуглеводневмісного потоку, при цьому досягають достатнього ступеню змішування у дуже малому просторі, і це запобігає - у випадку газових вуглеводнів - або значно зменшує - у випадку рідких і/або твердих вуглеводнів - формуванню вугільної сажі під час подальшого додавання до гарячих газів, що циркулюють всередині реакційної камери.

Для розширення та переміщення газового потоку, що включає вільним кисень до внутрішньої стінки другого трубопроводу у зоні змішування, цей газовий потік краще ініціаагнювати текти спіральним чином через перший трубопровід.

Ознаки га переваги винаходу можуть бути краще зрозумілі при ознайомленні і наступним описом запропонованого винаходу у наведеному прикладі, то не обмежує цей винахід, посилаючись на додані фігури.

Короткий опис фігур

На фігурах:

Фігура 1 - подовжній розріз частини засобу, на якому схематично проілюстровані шляхи руху реагенту та відреагованих газів всередині гіпотетичного газогенератора при використанні способу часткового окислення вуглеводнів згідно з втіленням даного винаходу, якому віддається перевага;

Фігура 2 - схематичний вигляд пальника для часткового окислення газових вуглеводнів, що впроваджує спосіб даного винаходу;

Фігура З показує подовжній розріз частини пальника згідно з переважним втіленням даною винаходу;

Фігура 4 - подовжній розріз частини пальника згідно з іншим втіленням даної о винаходу.

Докладний опис переважного втілення

Принцип та функціювання цього способу часткового окислення вуглеводнів показані на Фігурі 1, на якій схематично зображено шляхи руху різних газових потоків через гіпотетичний газогенератор 1, який працює згідно з переважним втіленням винаходу.

Позначкою 2 на фігурі 1 схематично показано кінцеву частину пальника 3, що простягається в реакційну камеру 4 гіпотетичного газогенератора 1, та особливим способом розташована у центральній зоні 5 камери 4.

Газовий потік б, що включає вільний кисень та вуглеводневмісний газовий потік 7 подають в зону 5 пальника З через відповідні трубопроводи 8 та 9.

Конкретно, газові потоки 6 та 7 подають в реакційну камеру 4 у вигляді кільцеподібних струмів, переважно отриманих за рахунок потоку 6 та які перетікають по спіралі через трубопровід б, як показано на фігурі 1 спіральною стрілкою А, а потоку 7 текти через кільцеподібний вільний простір 10, визначений між трубопроводами 8 та 9.

Перевагою способу є те що, що маючи газові реагенти, котрі подають до реакційної камери 4 у вигляді кільцеподібних струмів, потік, котрий містить відреаговані гази (наприклад, водень та монооксид вуглецю) від згоряння вуглеводнів, легко розділяється на два потоки 11 та 12, що циркулюють, відповідно, в межах центральної зони 5 та периферичної зони 13 реакційної камери 4.

Оскільки потоки 11 та 12, що включають відреагований газ, дуже гарячі, їх звичайна температура вище 1000"С, їх контакт або додавання до газових потоків реагентів обумовлює миттєве згоряння з утворенням полум'я в потоці б, що включає вільний кисень, та із піролізом вуглеводнів при контакті з вуглеводневмісноим потоком 7.

Щоб запобігти виникненню такого піролізу вуглеводнів, котрий викликає утворення вугільної сажі у реакційній камері 4, спосіб даного винаходу включає стадію змішування, принаймні частково, вуглеводнів з вільним киснем перед їхнім додаванням до гарячих зпалених газів, що циркулюють всередині реакційної камери 4.

З цією метою трубопровід 9 зроблено більшої довжини, ніж трубопровід 8 та сформовано з усічено- конусним патрубком 14, який простягається в реакційну камеру 4. Всередині цього патрубка 14, поблизу внутрішньої стінки трубопроводу 7, визначено зону змішування для вуглеводневмісного газового потоку 5 та газового потоку 4, що включає вільний кисень, що таким чином запобігає змішуванню їх з відреагованим газовим потоком, конкретно потоком 12. Щоб сприяти ефективному швидкому імітуванню вуглеводнів і вільним киснем, кінець трубопроводу 8 виповнений з конусом розширення 16.

Тільки після того, як вуглеводні та вільний кисень принаймні частково змішують разом, отримують газовий потік 17, котрий містить вуглеводні та вільний кисень. При змішуванні газового потоку 17 з потоком 11, компоненти цих потоків вступають в реакцію, утворюючи водень та монооксид вуглецю.

Подачу реагентів, а саме вільного кисню здійснюють шляхом створення специфічного кільцеподібного струму, спрямованого текти в межах струму вуглеводнів, у поєднанні з частиною відредагованих газів, що циркулюють у центральній зоні 5 реакційної камери 4, що дозволяє частині вільного кисню змішуватись та потім реагувати з відредагованими газами, що циркулюють у центральній зоні 5 реакційної камери 4, що призводить до гою, що полум'я, утворене всередині камери 4, стабільно та надійно сконцентровано в центрі камери біля зони притоку вільного кисню.

Більш того, при протіканні кисню по центру та вуглеводнів по краях, патрубок 14 на зовнішньому трубопроводі 9 пальника З може бути використаний для змішування реагентів, при цьому захищаючи вуглеводні від гарячих газів, що циркулюють у периферійній зоні 13 реакційної камери 4, так же, як і від полум'я, що виходить з активної зони пальника 3.

Щоб повністю пояснити особливості цього способу часткового окислення, слід зазначити, що він є цілковито відмінним способом у порівнянні із існуючими "способами змішування або дифузії" існуючого рівня техніки. "Спосіб змішування" означає спосіб, за яким вуглеводневмісний газовий потік та газовий потік, що включає вільний кисень, змішують разом - звичайно в межах пальника перед тим, як їх подають в реакційну камеру. Це змішування може бути повним, тобто до отримання потоку з рівномірною концентрацією кисню та вуглеводнів, або частковим, тобто з полем концентрації у подаваному до реакційної камери потоці, котра буде залежить від прийомів та ступеню змішування.

Такий спосіб, наприклад, розкрито у ЕР-0 098 043.

Хоча теоретично "спосіб змішування" є ефективним щоб затримати продукування вугільної сажі, він не знайшов ніякого практичного застосування із-за властивих йому недоліків, пов'язаних із ризиком зворотного спалаху у пальнику.

Фактично, у роботі газогенератора, ризик зворотного спалаху у пальнику, тобто реакції окислення, ініційованої в той час, коли суміш ще перебуває у трубопроводі, є завжди та може призводити до його передчасного зносу. Це майже неконтрольоване явище з причини високої займистості вуглеводень-кисневої суміші, високих температур експлуатації, та можливих змін у швидкості потоку реагентів. "Спосіб дифузії" означає спосіб, за яким вуглеводневмісний газовий потік та газовий потік, що включає вільний кисень, замість цього змішування подають в реакційну камеру окремо, де їх одночасно змішують разом та з відреагованими газами, присутніми та циркулюючими у камері.

Такий спосіб, наприклад, розкрито у ЕР-0 276 538.

Недоліки цього звичайного способу були описані тут і вище у зв'язку з станом галузі; зокрема, добре відомою високою швидкістю продукування вугільної сажі, яка викликана контактом з високотемпературними рециркулючими газами всередині реакційної камери вуглеводнів, що надходять, без належного змішування з вільним киснем.

Що стосується даного винаходу, то запропоновано принципово новий спосіб, що забезпечує попередню стадію змішування в межах реакційної камери вуглеводневмісного газового потоку з газовим потоком що включає вільний кисень, перед тим. як вуглеводні можуть контактувати з відреагованими газами, в порівнянні і існуючими способами, згідно з яким реагенти потрібно або змішувати до того, як вводити їх в реакційну камеру, або відразу після їх введення одночасно з відреагованими газами.

Це і є науково-дослідницька робота, виконана заявником, що привела до можливості часткового окислення вуглеводнів при високому виході продукту з відсутнім або помітно зменшеним продукуванням вугільної сажі.

На Фігурі 2 показано установку 13 для часткового окислення газоподібних вуглеводнів згідно зданим винаходом.

Переважно, установка 18 включає два підігрівачі 17 та 18, відповідно для підігріву вуглеводневмісного газового потоку та газового потоку що включає вільний кисень, газогенератор 19 для часткового окислення вуглеводнів, та бойлер 31 для регенерації тепла і отриманого газового потоку, що включає водень та монооксид вуглецю.

Підігрівачі 19 та 20 та бойлер 21 є звичайними і далі не описуються.

Газогенератор 1 включає патрубок 22 та корпус 23, котрий футеровано високотемпературним вогнетривким матеріалом, не показаним тому, що він є звичайним, для захисту його внутрішніх стінок.

Корпус 23 всередині утворює реакційну камеру 4 там, де відбувається згоряння вуглеводнів з киснем.

Газовий потік, що включає вільний кисень, звичайно містить газ, відібраний з групи, включаючи повітря, збагачене киснем повітря, тобто повітря, то мас кисневий вміст понад 21 мольний процент, по суті чистий кисень, тобто газ і кисневим вмістом ні менше, ніж 95 мольних процентів, та їх суміші.

Газові потоки нагрівають незалежно у підігрівачах 19 та 20, оскільки це виконують шляхом конвекції до температури, котра звичайно нижче, ніж 600"С, готуючи газовий потік до подавання в газогенератор 1.

Установка 18, що здійснює спосіб цього винаходу, може також забезпечуватись звичайним блоком десульфуризації, не показаним на Фігурі 2, для того, щоб видаляти з вуглеводневмісного газового потоку будь-які сліди сірки.

Робочий тиск всередині газогенератора 1 звичайно лежить у інтервалі від 1 до 150бар.

Після підігріву, газовий потік подають в газогенератор 1 або, більш точно, в реакційну камеру 4 через відповідні трубопроводи пальника 3, зокрема, газовий потік що включає вільний кисень подасться в реакційну камеру 4 через круговий прохід, визначений всередині першого циліндричного трубопроводу 26, що має заздалегідь визначену довжину.

Вуглеводневмісний газовий потік подасться в реакційну камеру 4 через кільце подібний вільний простір 10, утворений між першим трубопроводом 26 та другим зовнішнім трубопроводом 27, коаксіальним з першим, але довшим за нього.

Переважно, пальник З далі включає зону змішування 15 визначену всередині реакційної камери 4 між відповідними кінцями трубопроводів 26 та 27, де реагенти попередньо змішують перед тим, як додають до потоку відреагованих газів, що циркулюють у камері.

Відразу, при виході із зони змішування 15 у реакційній камері 4, змішуваний реагентів закінчують та виконують реакцію наступного часткового окислення вуглеводнів для отримання газового потоку з воднем та монооксидом вуглецю, який виводять з газогенератора 1 через трубопровід 28.

Мольне співвідношення "кисень-вуглеводень" може змінюватися між 0,5 та 1,2, відповідно до ступеню чистоти газового потоку що включає кисень, міри підігріву реагентів та тину змішування потоку вуглеводнів.

Продукти реакції потім течуть знов по трубопроводу 28 через бойлер 21, де їх охолоджують шляхом непрямого обміну тепла з водним потоком, щоб вивільнити пару при підвищеному термічному рівні (наприклад у інтервалі від 20 до 100бар).

Трубопроводи 29 та 30 використовують відповідно для постачання воли в бойлер 21 та наступного використання пари.

Оснащення бойлера 21 в установці 18 (див. Фіг.2) залежить головним чином віл природи палива, яке використовують. В тих випадках, коли використовують сирий газ з високим вмістом забруднювачів, бойлер охолоджують звичайним компенсуючим приладом, який використовує воду (не показано).

Установка 18, тільки що описана, має переваги для здійснення способу за даним винаходом, при цьому цей спосіб відрізняється від існуючих, зокрема, включенням палій імітування та реагування першої частини газового потоку, що включає вільний кисень, з першим потоком, що включає відреаговані гази, які циркулюють всередині реакційної камери 4, та змішування другої частини газового потоку, що включає вільний кисень, і вуглеводневмісним газовим потоком у зоні імітування 15 реакційної камери 4, щоб отримати газовий потік, що включає і вуглеводні, і вільний кисень, принаймні частково змішані разом, та змішування та реагування газового потоку, отриманого таким чином у зоні 15 з другим потоком, що включає відреаговані гази, які циркулюють всередині реакційної камери 4, щоб отримати газовий потік, що включає водень та монооксид вуглецю.

У такий спосіб, продукування вугільної сажі може бути виключене або значно зменшене, навіть за умов експлуатації при низьких температурах (нижче 1300"С), споживання кисню може бути обмежене та відповідно покращено вихід водню та монооксиду вуглецю.

Як згадано вище, спосіб може бути виконаний ефективно навіть із значними змінами, що трапляються у швидкості потоків реагентів, без негативного впливу на вихід продукту конверсії.

Треба відзначити, що спосіб цього винаходу може повністю виключити продукування вугільної сажі, в тому випадку, коли використовують потік, що включає газоподібні вуглеводні.

Відсутність вугільної сажі істотно залежить від стадії попереднього змішування реагентів в межах реакційної камери 4 і, тому, від присутності вільного кисню у вуглеводневмісному газовому потоці під час подальшого змішування з гарячими газами, що там циркулюють.

Щоб сприяти повному змішуванню реагентів та їх наступному згорянню, швидкість доставки вуглеводневмісного газового потоку до реакційної камери 4 має бути в інтервалі від 30 до З0Ом/с, краще від 60 до 180м/с, та швидкість доставки газового потоку, що включає вільний кисень, у інтервалі від 10 до 100м/с, краще від 20 до бОм/с.

Спосіб, що має найбільші переваги згідно з даним винаходом, включає переміщення газового потоку, що включає вільний кисень, через перший трубопровід 26, переміщення вуглеводневмісний газового потоку через кільцеподібний вільний простір 10, визначений між першим трубопроводом 26 та другим трубопроводом 27, спрямування вуглеводневмісний газового потоку від кільцеподібного вільного простору 10 до зони змішування при розміщенні її поблизу до внутрішньої стінки 31 другого трубопроводу 27, і розширення та спрямування газового потоку, що включає вільний кисень, який виходить і першого трубопроводу 26 в напрямку внутрішньої стінки 31 другого трубопроводу 27 у зоні імітування 15.

Таким шляхом, вільний кисень та вуглеводні можуть бути належним чином попередньо змішані швидким ефективним способом, тим самим захищаючи вуглеводні від гарячих газів, що циркулюють у реакційній камері 4, так само, як і від полум'я, що утворюється в активній зоні пальника З в межах камери 4.

Як показано на Фігурі 3, пальник З для цієї мети переважно включає додатково до трубопроводів 26 та 27 засоби для спрямування вуглеводневмісного газового потоку від кільцеподібного вільного простору 10 до зони змішування 15 у реакційній камері 4, при розміщенні близько до внутрішньої стінки 31 другого трубопроводу 27, та включає засоби для розширення та спрямування газового потоку, що включає вільний кисень, що виходить з першого трубопроводу 26 в напрямку внутрішньої стінки 31 другого трубопроводу 27 у зоні імітування 15.

Фігура З є детальним видом пальника 3, щоб проілюструвати кінцеву частину пальника, згідно з переважним втіленням нинішнього винаходу.

Треба відзначити, що трубопроводи 26 та 27 пальника З мають порожню конструкцію для більш ефективного їх охолодження, як буде далі з'ясовано.

Кінець першого трубопроводу 26, круговий прохід, сформований всередині першого трубопроводу 26, та кільцеподібний вільний простір 10, визначений між другим трубопроводом 27 та першим трубопроводом 26 пальника З позначені на Фігурі З відповідно 32, 33 та 34.

Переважно, для того, щоб прискорити вуглеводневмісний газовий потік, що переміщують через внутрішню стінку 31 другого трубопроводу 27 в зоні змішування 15, передбачені засоби для спрямування вуглеводневмісного газовою потоку, які включають кільцеподібний отвір 35, менший за розміром, ніж кільцеподібний вільний простір 34, створений на кінці 32 першого трубопроводу 26, між вільним простором 34 та зоною змішування 15.

Засоби для розширення та спрямування газового потоку, що включає вільний кисень, переважно включають, розміщену поблизу кінця 32 першого трубопроводу 26 частину цього трубопроводу, що має розширення в напрямку внутрішньої стінки 31 другого трубопроводу 27 так, щоб визначити біля кінця 32 отвір виходу газу 36 між проходом 33 та зоною змішування 15, який має більший діаметр, ніж решта першого трубопроводу 26.

Отже, газовий потік, що включає вільний кисень, буде відхилятися та розширюватися в напрямку стінки 31 другого трубопроводу 27, таким чином забезпечуючи оптимальне проникнення цього потоку в потік вуглеводнів.

Діаметр отвору 36 може бути більше від 1,25 до 10 разів діаметру, розташованої вище за потоком розширеної частини 37 першого трубопроводу 26, а задовільні результати були отримані, коли діаметр отвору був більшим діаметру розширеної частини трубопроводу у інтервалі від 2 до 4 разів.

Як видно і Фігури 3, розширена частина 37 першого трубопроводу 26 виконана вигнутою, що дозволяє контролювати розширення газового потоку, що включає кисень, в той же час допомагаючи спрямовувати його до внутрішньої стінки 31 другого трубопроводу 27 у зоні змішування 15.

Згідно з способом цього винаходу, газовий потік, що включає вільний кисень, переміщують з проходу 33 до зони змішування 15 через випускний отвір 36 першого трубопроводу 26. Паралельно з цим, вуглеводневмісний газовий потік переважно переміщують з вільного простору 34 до зони змішування 15 через кільцеподібний отвір 35. визначений в реакційній камері 4 між кінцем 32 першого трубопроводу 26 та кінцем 38 другого трубопроводу 27 поблизу до його внутрішньої стінки 31.

У найкращому варіанті даного винаходу частина 37 простягається безперервно віл внутрішньої стінки 39 до зовнішньої стінки 40 трубопроводу 26 при сталому куті нахилу з кінця внутрішньої стінки 39 до кінця зовнішньої стінки 40, або краще, при куті нахилу, котрий змінюється безперервно від 0" біля кінця внутрішньої стінки 39 до здебільшого 90" біля кінця зовнішньої стінки 40. Отже, кінець зовнішньої стінки 40 утворює кінець 32 трубопроводу 26, і кінець зовнішньої стінки 40 співпадає із циліндричним кінцем трубопроводу 26.

Ця унікальна конфігурація частини 37 трубопроводу 26 для подавання газового потоку, що включає вільний кисень, в реакційну камеру 4 дозволяє значно уповільнити теми термічного зносу кінця 32 трубопроводу 26.

Фактично, дослідження, проведене заявником, показало що відсутність будь-яких гострих кутів в частині 37, тобто у частині що з'єднує внутрішню стінку 39 із зовнішньою стінкою 40 трубопроводу 26, є ефективним, щоб запобігти формуванню вихорів або областей у газовому потоці, що включає вільний кисень, де б не відбувалися відповідні реакції в частині 37 і таким чином запобігає передчасному термічному зносу. Навпаки, згідно з винаходом, кисень переважно тече безперервним лінійним потоком уздовж частини 37, перед тим, як лишати трубопровід 26, в той же час можливо охолоджуючи його поверхню.

Перший контакт вуглеводневмісного газового потоку, що тече через трубопровід 27, з газовим потоком, що включає вільний кисень, і тече через трубопровід 26 відбувається біля кінця 32 трубопроводу 26.

Треба відзначити, що при існуючому рівні техніки трубопроводи подачі кисню пальників мають вік служби не більше чим кілька місяців, після чого їх слід замінити, внаслідок чого робота установки зупиняється.

Завдяки даному винаходу, строк служби кінцевої частини таких трубопроводів набагато більший, і до заміни може тривати кілька років, так що установка може бути в роботі без перерви протягом тривалих періодів часу. Таким чином, кошти для ремонту та експлуатації установки, та виробничі втрати можуть бути зменшені.

Подовжує строк тривалості дії трубопроводу 26 виконання частини 37 вигнутою (показана на Фігурі 3).

Найбільш задовільні результати були отримані при виборі для частини 39 кута нахилу із інтервалу від 30" до 90", краще від 45" до 80".

Згідно з найкращим варіантом заявленого пальника, довжина внутрішньої стінки 31 другого трубопроводу 27 у зоні змішування 15 визначена між відповідними кінцями 32 та 38 трубопроводів 26 та 27, встановлена як розмір товщини кільцеподібного отвору 35 між трубопроводами 26 та 27. Краще, щоб ця довжина була у 5-15 разів згаданої товщини.

Згідно з бажаним подальшим варіантом заявленого пальника, внутрішня стінка 31 другого трубопроводу 27 у зоні змішування 15 збільшується в напрямку кінця 38 трубопроводу 27, так що зона змішування 15 приймає усічено-конусну форму.

Зокрема, кут нахилу внутрішньої стінки 31 другого трубопроводу 27 у зоні змішування 15 до подовжньої вісі 4А1 переважно вибирають із інтервалу від 0" до 60", краще від 10" до 30".

Вищезгадана усічено-конусна форма зони змішування 15, з її найбільшим колом, будучи визначеною отвором 42 пальнику З та її найменшим колом, визначеним внутрішньою стінкою 31 другого трубопроводу 27 біля кінця 32 першого трубопроводу 26, відіграє по суті подвійну роль утримання вуглеводневмісного газового потоку далеко від центрального полум'я та збільшення ширини внутрішньої зони регенерації (посилання 5 на

Фігурі 1), так що досягається повна стабілізація (вкорінення) полум'я.

Пальник З може також включати засоби для того, щоб примушувати газовий потік, що включає вільний кисень текти по спіралі через перший трубопровід 26, щоб крім того сприяти розширенню та транспортові того потоку до внутрішньої стінки 31 другого трубопроводу 27 у зоні змішування 15.

У прикладі на Фігурі 3, ці засоби включають одне або більше належних фасонних лопатей 46, факультативно встановлених під кутом до подовжньої вісі 41, розміщеної поблизу одного кінця стрижнеподібного утримувача, представленого на Фігурі З біля трубопроводу 44, котрий простягається на заздалегідь визначену довжину коаксіально через прохід 33, визначений трубопроводом 26.

Лопаті 43 виконані так, щоб створити бажаний вихровий рух газового потоку. Бажано, щоб багато таких лопатей 43 були розміщені по спіралі навколо трубопроводу 44.

У альтернативному втіленні, тут не показаному, ці засоби можуть бути належним чином виконані або у трубопроводі 26 або трубопроводі 44.

На Фігурі 3, трубопровід 44 показаний відкритим тому, що це служить додатковою функцією надання простого надійного способу контролю за газовим потоком, то включає відреаговані гази, котрий циркулює по центру реакційної камери 4, так же, як і за положенням сконцентрованого полум'я.

До цього частину газового потоку, що включає вільний кисень, переміщують через середину трубопроводу 44 аксіальним потоком, який є протилежним потокові відреагованих газів, що переміщують через центральний трубопровід 26.

Альтернативно, трубопровід 44 може бути використаний під процесу нагрівання всередині газогенератора 1, що потребує вогнетривкого обладнання, щоб доставити паливо до реакційної камери 4. Таким чином, пальник З може бути також використаний переважно для операції нагріву газогенератора 1, відкидаючи потребу в додатковому спеціально для цього передбаченому пальнику.

Більш того, позначками 45 та 46 відмічені заглиблення у стінках першого трубопроводу 26 та другого трубопроводу 27 для того, щоб приймати рідкий, краще водний, холодоносій.

Отже, температура трубопроводів 26 та 27 може бути ефективно проконтрольована, особливо на їх кінцях 32 та 38, щоб запобігти перегріву та імовірному швидкому їх пошкодженню.

За певних умов температури експлуатації, це охолодження може призвести до руйнації.

Фігура 4 є детальним видом пальника згідно з додатковим втіленням цього винаходу.

Па цій фігурі, структурно та функціонально еквівалентні до тих, що показані па Фігурі 3, компоненти пальника З позначені тими же позначками і не будуть далі описуватись.

Згідно з цим втіленням пальника 3, той же захисний ефект як забезпечений внутрішньою стінкою 31 другого трубопроводу 27 у зоні змішування 15 (Фігура 3), передбачений кільцеподібним струмом, наприклад, пари або інертних газів, що доставляють до реакційної камери 4 зовнішньо до вуглеводневмісного потоку.

Цей додатковий або захисний потік, як показано стрілками Б на Фігурі 4, є ефективним (подібно до стінки 31 на Фігурі 3), щоб ізолювати зону змішування 15 від потоку, що включає відреагований газ (стрілки Б), циркулюючого у периферійній зоні реакційної камери 4. Стрілки В відповідають потоку 12 Фігури 1.

Згідно з цим втіленням, замість того, щоб збільшувати довжину другого трубопроводу 27 відносно першого трубопроводу 26, забезпечені належні засоби для того, щоб впускати захисний газовий потік (стрілки Б) що включає, краще, пару і/або інертні гази.

Наприклад, ці впускні засоби можуть бути третім трубопроводом 47, розміщеним зовнішньо та коаксіально по відношенню до трубопроводів 26 та 27. Позначка 48 є кільцеподібним вільним простором, визначеним між третім трубопроводом 47 та другим трубопроводом 27 пальника 3.

Згідно з способом цього втілення винаходу, газовий потік що включає пару та/або інертні гази переміщують через трубопровід 47, щоб увійти в реакційну камеру 4 у вигляді кільцеподібного струму, що визначає зону змішування 15 в її середині. Одночасно, газовий потік, що включає вільний кисень, переміщують через прохід 33 до зони змішування 15 через випускний отвір 36 першого трубопроводу 26, та паралельно з цим, вуглеводневмісний газовий потік переміщують через вільний простір 34 до зони змішування через кільцеподібний отвір 35, визначений між кінцем 32 першого трубопроводу 26 та кінцем 38 другого трубопроводу 27.

Спосіб часткового окислення вуглеводнів, та, зокрема, попереднє змішування у зоні 15 вуглеводневмісного газового потоку з другою частиною газового потоку, що включає вільний кисень, в умовах відсутності контакту з гарячими газами, що циркулюють у реакційній камері 4, виконується подібним способом і дає ті ж переваги, як і обговорені тут і вище стосовно попередніх фігур.

У прикладі на Фігурі 4, газовий потік (стрілки Б), що включає пару та/або інертні гази, при переміщенні крізь зовнішню стінку трубопроводу 27, охолоджує трубопровід, особливо його кінці. Відповідно, конструкція трубопроводу 27 може бути суцільною на відміну від показаної на Фігурі 3.

Численні переваги, що досягаються в способі часткового окислення вуглеводнів за цим винаходом можуть бути цілком оцінені з вищеозначеного опису; зокрема, спосіб може бути виконаний: при повній відсутності вугільної сажі для газових вуглеводнів, із спрощеною установкою, що здійснює спосіб; із радикальним зменшенням кількості вугільної сажі, у випадку рідких або твердих вуглеводнів; при низьких темпах споживання кисню та високому виході водню та монооксиду вуглецю на кожну одиницю зпаленого вуглеводню; та з більш довгою тривалістю роботи пальника. «Ж.

Ії І? во ня и та у м пи з дн Й - Ів

То АК ПП

Зе--

Уже І надр сану ул з і Іб Ж ї6 й | са ше ДЯ ме

М І ! ше Шк. 5 й Ї- ох 8- ІйВб й и: же ще З в ї

«Д у па в г шк |. УЗ зо М, ее іє І | ЗІ зо ли / хе І 29

М

Ів/ ши фік. 8 и из й ц, аа ЗІ зв яри ї птн ню

Сх 37 з Я у я о я наши кан Я о й ГВ Те й й іх о, й 4; і Од у я й й М «Щи: рр-2 я й НН ей й з й. НЯ ЗВ й й- я Я Б дн» Я й й ЗО й : ! В Я - 16

Е. З щ ї й ! і4 а щу г й щ-

Я й 6 НВ Я й я 8 ОА НІК й В

ІК. й КИНЕ : Ні щ Ж і

Я Я ЕВ НЯЯ й я ВЗА. В й зе КІ их вк ко тт 27 З 86 м з в М 87 й

З

Фіг. З

А / 1 ЗВ т Зв. 1 г ІВ за з )! - т ий чи є Ми

Пам зи в в ВШ: ув

БА | З В 35 о

Я (Ва в. ВІЙ

Я Ж Ка. Я ВВ

Я ин ВИ В М» В й г. 2 ше ча «ще Я В я з» ДЕ ч БВ Ей -В В В НІ В В А ! Я КИ «Шх 4 2 З Б! а В в р, Б ен В Я, в щі З ЕН В КЕ 1

Я ЗУ Ек 0 й

Я Вані У» 2: г -й Й син ни ши шще д--й я Я ННІ й - 5 52 -ж5 4 и--Б и и Я Б т Я ння р і: зн.4 !