Спосіб часткового окислення вуглеводнів та пальник для його здійснення
Формула / Реферат
1. Спосіб часткового окислення вуглеводнів, за яким подають вуглеводневмісний газовий потік у реакційну камеру; подають газовий потік, що включає вільний кисень, у реакційну камеру, який відрізняється тим, що далі змішують для реагування першу частину газового потоку, що включає вільний кисень, з першим потоком, що включає відреаговані гази, які циркулюють в межах реакційної камери; змішують другу частину газового потоку, що включає вільний кисень, з вуглеводневмісним газовим потоком у реакційній камері, отримуючи газовий потік, що включає і вуглеводні, і вільний кисень, принаймні частково змішані разом; змішують для реагування газовий потік, що включає і вуглеводні, і вільний кисень, принаймні частково змішані разом, з другим потоком, що включає відреаговані гази, які циркулюють всередині реакційної камери, отримуючи газовий потік, що включає водень та монооксид вуглецю.
2 Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вуглеводневмісний газовий потік та газовий потік, що включає вільний кисень, подають в реакційну камеру у вигляді кільцеподібних струмів, коаксіально один одному.
3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що забезпечують переміщення вуглеводневмісного газового потоку зовнішньо по відношенню до газового потоку, що включає вільний кисень, та при вищій швидкості ніж газовий потік, що включає вільний кисень.
4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що друга частина газового потоку, що включає вільний кисень, складає від 10 до 90% цього потоку.
5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що швидкість вуглеводневмісного газового потоку, що подають в реакційну камеру, вибирають з інтервалу від 30 до 300 м/с, краще з інтервалу від 60 до 180 м/с, та тим, що швидкість газового потоку, що включає вільний кисень, який подають в реакційну камеру, вибирають з інтервалу від 10 до 100 м/с, краще з інтервалу від 20 до 60 м/с.
6. Спосіб за п. 2, який відрізняється 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 вуглеводневмісного газового потоку через кільцеподібний вільний простір, визначений між першим трубопроводом та другим зовнішнім трубопроводом, коаксіальним з 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 змішування, розташованої поблизу внутрішньої стінки другого трубопроводу; розширюють та спрямовують газовий потік, що включає вільний кисень, який виходить із першого 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, з отриманням газового потоку, який включає і вуглеводні і вільний кисень, принаймні частково змішані разом.
7. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що далі забезпечують протікання газового потоку, який включає вільний кисень, через перший циліндричний трубопровід заздалегідь визначеної довжини пальника, що продовжений у реакційну камеру; забезпечують протікання 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; подають 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 кільцеподібного 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 змішування та реагування першої частини газового потоку, який включає вільний кисень, з першим потоком, що включає відреаговані гази, які циркулюють всередині реакційної камери у центральній її зоні, та змішують другу частину газового потоку, що включає вільний кисень, із вуглеводневмісним газовим потоком, отримуючи газовий потік, що включає і вуглеводні, і вільний кисень, принаймні частково змішані разом.
8. Спосіб за пп. 6 та 7, який відрізняється тим, що забезпечують протікання газового потоку, який включає вільний кисень, через перший трубопровід шляхом руху за спіраллю.
9. Спосіб за пп. 6 та 7, який відрізняється тим, що забезпечують другу частину газового потоку, що включає вільний кисень, попередньо контактувати із вуглеводневмісним газовим потоком в зоні кінця першого трубопроводу.
10. Пальник 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, який відрізняється тим, що він додатково містить зону 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.
11. Пальник 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 газового потоку в реакційну камеру; який відрізняється тим, що він далі включає третій трубопровід, зовнішній та коаксіальний з другим трубопроводом, який визначає кільцеподібний вільний простір в його середині між другим та третім трубопроводами, для подавання газового потоку, що включає пару та/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 вільний 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, що включає вільний кисень, із вуглеводневмісним газовим потоком, отримуючи газовий потік, в який включені і вуглеводні, і вільний кисень, принаймні частково змішані разом.
12. Пальник за п. 10, який відрізняється тим, що в засобах для спрямування вуглеводневмісного газового потоку виконаний кільцеподібний отвір, більш тонкий ніж кільцеподібний вільний простір, визначений біля кінця першого трубопроводу між вільним простором та зоною змішування.
13. Пальник за пп. 10 та 11, який відрізняється тим, що засоби для розширення та спрямування газового потоку, який включає вільний кисень, розташовані поблизу кінця першого трубопроводу, частина останнього виконана з розширенням в напрямку внутрішньої стінки другого трубопроводу, так щоб визначати біля кінця отвір випуску газу, що має більший діаметр, ніж діаметр решти першого трубопроводу.
14. Пальник за п. 13, який відрізняється тим, що діаметр отвору випуску газу більше від 1,25 до 10 разів, краще від 2 до 4 разів, ніж діаметр решти першого трубопроводу.
15. Пальник за п. 13, який відрізняється тим, що розширена частина першого трубопроводу виконана вигнутою.
16. Пальник за п. 12, який відрізняється тим, що розширена частина 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.
17. Пальник за п. 16, який відрізняється тим, що кут нахилу розширеної частини трубопроводу вибраний із інтервалу від 30° до 90°, краще від 45° до 80°.
18. Пальник за п. 10, який відрізняється тим, що довжина внутрішньої стінки другого трубопроводу у зоні змішування виконана від 5 до 15 разів більше товщини кільцеподібного отвору між першим та другим трубопроводом.
19. Пальник за п. 10, який відрізняється тим, що внутрішня стінка другого трубопроводу у зоні змішування виконана зрізано-конусною із зростаючим діаметром у напрямку її кінця.
20 Пальник за п. 10, який відрізняється тим, що кут нахилу внутрішньої стінки другого трубопроводу у зоні змішування вибраний із інтервалу від 0° до 60°, краще від 10° до 30°, від подовжньої осі.
21. Пальник за пп. 10 та 11, який відрізняється тим, що він містить 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.
22. Використання пальника за п. 21 для підігріву реакційної камери газогенератора, за яким використовують внутрішній трубопровід для введення потоку, що містить паливо, в реакційну камеру.
Текст
ПЕРЕКЛАД Європейське Патентне Відомство Сертифікат Прикладені документи є точними копіями Європейської патентної заявки, представленної на наступних сторінках, в редакції поданого оригіналу Патентна заявка № 98203666.7 За Президента Європейського Патентного Відомства П[дпис І Л С ХЕТТЕН-ХЕКМАН ... ГААГА, 28/10/99 ЕРА/ЕРО/ОЕБ Форма 1014 -02.91 ПЕРЕКЛАД Європейське Патентне Відомство Сторінка 2 сертифіката Заявка N 98203666.7 ^ Дата подання; 33/10/98 Заявник: КАЗАЛЕ КЕМІКЕЛС С А СН-6900 Лугано-Бессх», СВІЗЕРЛЕНД Назва винаходу: Процес та пальник для часткового окислення вуглеводнів Заявлено пріоритет: Страна Дата Заявка № Міжнародна Патентна к л а с і ф і к а ц і я С01В 3/36, C10J 3/48, F23D 14/22 Держави, в к а з а н і на дату подання: AT/BE/CH/CY/DE/DK/ES/FI/FR/GB/GR/IE/IT/LI/LU/MC/NL/PT/SE Ремарка: Назва винаходу італійською наведена наступним чином: Processo є brucfatore per I'ossidazione parzfale diidrocarburi/ Процес та пальник для часткового окислення вуглеводнів ЕРА/ЕРО/ОЕБ Форма 1012 -04.98 Переклад виконав патентний повірений України, реєстр. № 5 ЯНИШЕВСЬКИЙЛ.В. процес та пальник для часткового окислення вуглеводнів ОПИС ВИНАХОДУ Галузь винаходу 10 Цей винахід має відношення до процесу часткового окислення вуглеводнів для виробництва газових сз^мішей, що містять водень та моноксид вуглецю, таких, як синтез-газ, та паливо, або відновлювальний газ. Зокрема, цей винахід має відношення до процесу часткового окислення, котрий включає заходи: 15 - подавання вуглеводень-вмісного газового потоку в реакційну камеру; - подавання газового потоку, що містить вільний кисень, у згадану реакційну камеру. 20 25 Всюди в цьому викладенні та доданих пунктах формули винахо ду, термін "вуглеводень (вуглеводні)", застосовується, шоб позначити легкий і/або важкмй насичений і/або нєнасичений вугле водень, або суміші вуглеводнів (наприклад Сі-Сс) ; вислів "вуглєводень-вмісний газовий потік" використовується для позна чення або будь-якої рухливої речовини, котра містить газоподіб ні вуглеводні, такі, як метан або природний газ, або газового потоку, що включає суспендовану тверду горючу речовину (наприклад, вугільний пил або вугільну сажу), або газового по току, що включає дисперговані рідкі вуглеводні (наприклад, такі легкі або важкі вуглеводні як нафта або нафтопалива), ЕРЭ8203 666.7 2 Переклад Технічною мовою, газовий потік, котрий містить суспендовані рідкі вуглеводні, звичайно згадується як "туман", в той час, як газовий потік, котрий містить дисперговані тверді вуглеводні, іменується "дим". 5 10 Винахід також стосується пальника, для того, щоб здійснюва ти вищезгаданий процес. Як відомо, у галузі часткового окислення вуглеводнів існує настійна вимога процесу з високим виходом продукту, котрий лег ко буде впроваджено, та який вигідний з точки зору енергоспоживання та капіталовкладень. Попередній рівень техніки 15 20 25 ЗО Щоб задовольнити вищезгадану вимогу, було розроблено проце си, в яких реакція окислення виконується при відносно низьких температурах, порядку ІЗОО^С, значно зменшуючи споживання кисню та виробляючи водень та моноксид вуглецю більш економічно. Процес цього типу описано у ЕР-0 776 538, наприклад, де ву глєводень-вмісний газовий потік спочатку змішується з регенеро ваним розчином, що включає вугільну сажу, а тоді, проводять на ступне випарювання води, що міститься у розчині, змішують з киснем у реакційній камері при температурі у інтервалі від 927° до 1316°С, при цьому у тій камері має місце згоряння до водню та моноксиду вуглецю. В той час, як цей попередній процес дозволяє зменшити спо живання енергії у реакційній камері, так же, як кількість кисню, що повинен подаватися в реакційну камеру, він має декілька недоліків, які перелічено нижче. Насамперед, вугільна сажа, утворена з вуглеводнів піролізованих у реакційній камері котра, у близькості до пальника, вхо дить у контакт з, та додається до гарячих газів, що циркулюють в межах камери перед тим, як вони належним чином можуть бути змішані з киснем. 2 EP98203666.7 5 10 15 20 З Переклад Це утворення вугільної сажі головним чином невигідне у то му, що робиться необхідним цілий ряд енергоємних операцій, щоб відокремлювати вугільну сажу від продуктів реакції та подавати її назад у реакційну камеру, тому, щоб здійснювати процес, потрєбується більш складний завод, і тому високі капітальні та експлуатаційні витрати. До того ж, вугільна сажа утворена всередині реакційної ка мери впливає на загальний вихід продукту процесу часткового окислення, що знижус кількість водню та моноксиду вуглецю, котрі можна отримати на кожну одиницю спаленого вуглеводню, навіть там, де вся утворена вугільна сажа повертається до пальника га зифікованою. З іншого боку, попередні процеси, ефективні з точки зору утворення низької концентрації вугільної сажі, включають експлуатацію реакційної камери при дуже високих температурах (порядку 1400°С), і тому, при високому ступені споживання кисню та низькому рівні конверсії, наприклад, як описано у ЕР-0 276 538, сторінка 2, рядки 6-13. До того ж, заводи для того, щоб впроваджувати вищезгадані процеси мають незручність у тому, що ці процеси є негнучкими у роботі, неспроможними у пристосуванні до великих змін наванта ження, котрому реагенти, що подаються в реакційну камеру, мо жуть бути піддані, в результаті чого ці зміни можуть ініціювати або прискорювати утворення вугільної сажі. 25 Внаслідок таких обмежень процеси попереднього рівня техніки для часткового окислення вуглеводнів для їх практичного впрова дження включали великі інвестиційні кошти, з цим значно зроста ли виробничі кошти для таких базових матеріалів як водень та моноксид вуглецю, і це па тлі зростаючої в них потреби. Більш ЗО того, нагальна потреба у галузі переробки вуглеводневих З EP98203666.7 4 Переклад відходів, таких як залишки з процесів дистиляції у нафтовій промисловості, які потрібно спалювати, не може бути задовільнена за допомогою вищезгаданих попередніх процесів. Резюме винаходу 5 10 15 2О Технічна проблема, що лежить в основі цього винаходу, му сить забезпечити покращений процес для часткового окислення ву глеводнів, при високому виході продуктів, котрий дозволяє дося гти високої продуктивності по водню та моноксиду вуглецю на одиницю спаленого вуглеводню, в той самий час значно знизити утворення вугільної сажі навіть в умовах експлуатації при низь ких температурах, та щоб він був гнучким та легким у впрова дженні при досить низькому споживанні енергії та експлуатацій них витратах. Згідно з даним винаходом, вищезгадана проблема вирішена за допомогою процесу, як показано вище, котрий відрізняється тим, що він далі включає заходи; - змішування та реагування першої частини згаданого газового потоку, що містить вільний кисень, з першим потоком, що мі стить відреаговані гази, що циркулюють у межах реакційної камери; - змішування другої частини згаданого газового потоку, що мі стить вільний кисень, з вуглеводень-вмісним газовим потоком у згаданій реакційній камері, отримуючи газовий потік, що містить як вуглеводні, так і вільний кисень, принаймні час 25 TKOD0 змішані разом; - змішування та реагування згаданого газового потоку, що міс тить як вуглеводні, так і вільний кисень, принаймні частко во змішані разом, з другим потоком, що містить відреаговані гази, що циркулюють всередині згаданої реакційної камери, ЗО отримуючи газовий потік, що містить водень та моноксид вуг лецю. 4 EP98203666.7 5 Переклад Скрізь в цьому викладенні та доданих пунктах формули вина ходу, вираз "газовий потік, що включає (містить) проредаговані (відреаговані) гази", використовується для означення газового потоку, котрий містить HzO, CO.., сліди вуглеводнів, H^S, COS, та 5 можливо Ni та Аг, що циркулює всередині реакційної камери, у додаток до часткових продуктів згоряння, тобто CO та Нг. Вигідно тс що, цей винахід дозволяє виробляти водень та мо ноксид вуглецю на одиницю спаленого вуглеводню істотно більше щодо попередніх процесів існуючого рівня техніки. 10 Фактично, завдяки заходу змішування частини газового пото ку, що містить вільний кисень, з вуглеводень-вмісним газовим потоком в межах реакційної камери, раніше, ніж останній згада ний потік контактуватиме з гарячими газами, що циркулюють все редині камери, утворення вугільної сажі під час наступної 15 ста дії згоряння може бути пєрешкоджене або принаймні може бути значно зменшене. у такий спосіб, вихід продукту конверсії вуглеводнів у реа кційній камері буде тільки обмежено - якщо взагалі - обумовле ний присутністю вугільної сажі, тим самим забезпечуючи опти 20 мальний рівень продуктивності по водню та моноксиду вуглецю. Треба відзначити, що завдяки даному винаходу утворення ву гільної сажі у реакційній камері може бути повністю подавлене, коли потік, що зазнає обробки, включає газоподібні вуглеводні, та може бути утриманий до абсолютного мінімуму навіть коли га 25 зовий потік включає рідкі і/або тверді вуглеводні. Цей результат вигідно досягається навіть при експлуатації при низьких температурах, краще в інтервалі від 950° до 1300°С, при більш низькій швидкості споживання кисню та більшому виході продукту (збільшена продуктивність по CO та Н2), ніж пропонує ЗО існуючий рівень техніки. 5 б EP98203666.7 Переклад Як приклад, для часткового окислення природного газу - в умовах повної відсутності вугільної сажі - киснева потреба може бути утримана нижче, ніж 210 моль 0^ на кожний кілоМоль вироб5 леного сухого газу, котрий представляє дійсно дивне досягнення, в порівнянні з потребами кисню процесів існуючого рівня техні ки. Іншими словами, процес в цьому винаході перешкоджає частині вуглеводнів, що течуть через реакційну камеру, змішуватись при 10 відсутності кисню, безпосередньо з високотемпературними (наприклад, в інтервалі від 1000" до 1400°С) газами, що цирку люють в межах камери, що викликає піроліз вуглеводнів та утво рення вугільної сажі. Навпаки, всередині реакційної камери, ву глеводні спочатку належним чином змішуються з вільним киснем, а 15 тільки пізніше контактують з гарячими газами, ці гази тоді іні ціюють замість піролізу корисне згоряння, реакцію реагентів принаймні частково попередньо змішаних, щоб виробити при цьому водень та моноксид вуглецю. Більш того, процес в цьому винаході досить простий, економ 20 ний та нескладний, щоб здійснити, та не включає а ні велике споживання енергії, а ні великі експлуатаційні та ремонтні кош ти. 25 Треба відзначити, що для згоряння газоподібних вуглеводнів, таких, як метан або природний газ, установка, що запроваджує цей процес, не вимагає ніякого розділення вугільної сажі та се кції рециркуляції, з допомогою цього буде можливрім досягти зна чних заощаджень у інвестиційних коштах та споживанні енергії ніж в установках існуючого рівня техніки. Вигідно те що, даний процес довів, що він є дуже гнучким, ЗО оскільки він може влаштувати діапазон різних умов експлуатації, зберігаючи в той час свій високий вихід продукту конверсії. 6 EP98203666.7 7 Переклад Зокрема, цей процес може бути ефективно застосований навіть у випадку великих змін у швидкості потоків, що подаються до ре акційної камери, як, наприклад, у інтервалі від 0,2 до 1,0 (відношення мінімуму до максимуму швидкості потоку), без того, 5 щоб впливати на вихід продукту конверсії, ця особливість не мо же бути виявлена у процесах існуючого рівня техніки. Частина газового потоку, що включає вільний кисень, котрий робиться змішаним, усередені реакційної камери, з вуглеводеньвмісним газовим потоком до того, як контактувати з рециркулюю 10 чими відреагованими газами, згаданий як друга частина у процесі згідно з винаходом, переважно включає від 10 до 90%, краще від 50 до 70%, газового потоку, що включає вільний кисень. У особливо вигідному втіленні винаходу, цей процес стадію подавання вуглеводень-вмісного газового 15 включає потоку та газо вого потоку, що включає вільний кисень, в реакційну камеру як відповідно, істотно кільцеподібних струменів коаксіальних один до одного. Отже, змішування вуглеводнів та вільного кисню може відбу ватись дуже ефективним та швидким способом всередині реакційної 20 камери. Більш того, було виявлено те, щоб сприяти ходу зміщування, більш вигідно, якщо вуглєводень-вмісний газовий потік подається до реакційної камери зовні та краще на більшій швидкості, ніж газовий потік, що включас вільний кисень. 25 Бажано, згідно з вищезгаданим втіленням, процес цього вина ходу далі включає такі стадії: - спричинення згаданого газового потоку, що включає вільний кисень, текти через перший, по суті циліндричний трубопро від із заздалегідь визначеною довжиною пальника, що простя 30 гається в згадану реакційну камеру; - спричинення згаданого вуглеводень-вмісного газового потоку 7 EP98203666.7 8 Переклад текти через по суті кільцеподібний вільний простір, визна чений між згаданим першим трубопроводом та другим зовнішнім трубопроводом, коаксіальним з першим; згаданий другий тру бопровід, будучи більш довгим, ніж згаданий перший трубо5 провід та визначена внутрішня згадана реакційна камера між одним кінцем згаданого другого трубопроводу та одним кінцем згаданого першого трубопроводу - зона змішування для згаданого вуглеводень-вмісного газового потоку та згаданого газового потоку, що включає вільний кисень; 10 - спрямування згаданого вуглеводень-вмісного газового потоку від згаданого по суті кільцеподібного вільного простору до області згаданої зони змішування близько до внутрішньої стінки згаданого другого трубопроводу; - розширення та спрямування згаданого газового потоку, що 15 включає вільний кисень на вихід із сказаного першого трубо проводу до сказаної внутрішньої стінки сказаного другого трубопроводу у сказаній зоні змішування, таким чином, щоб змішати та спричинити реакцію першої частини сказаного га зового потоку, що включає вільний кисень, з першим потоком, 20 що включає відреаговані гази, що циркулюють всередині ска заної реакційної камери у центральній її зоні, та щоб змі шати другу частину сказаного газового потоку, що включає вільний кисень, зі сказаним вуглеводень-вмісним газовим по током, отримуючи газовий потік, що включає як вуглеводні, 25 так і вільний кисень, принаймні частково змішані разом. 30 Таким чином, може бути досягнуте бажане попереднє змішуван ня вуглеводнів та вільного кпсню у реакційній камері чином найефективнішим та надійним способом, в той час, як запобігаючи під час цієї стадії всілякому контакту вуглеводнів з відреагованими газами що циркулюють в межах камери. Вигідно те що, це попереднє змішування зроблене, щоб розмі стити біля частини внутрішньої стінки трубопровід подавання ву глеводень-вмісного газового потоку, котрий простягається між 8 EP98203666.7 9 Переклад I його кінцем та кінцем трубопроводу подавання газового пото ку, що включає вільний кисень. На практиці, частина, потоку, що включає вільний кисень, переважно спричинена, щоб ввести вуглєводень-вмісний потік, при 5 цьому досягнуто достатній ступінь змішування у дуже малому про сторі, і це запобігає - у випадку газових вуглеводнів - або значно зменшує - у випадку рідких і/або твердих вуглеводнів формування вугільної сажі під час подальшого додавання до гаря чих газів, що циркулюють всередині реакційної камери. 10 Щоб підтримати розширення та транспорт газового потоку, що включає вільний кисень, до внутрішньої стінки другого трубопро воду у зоні зміщування, цей газовий потік краще спричиняти тек ти через перший трубопровід по спіральному шляху руху. Згідно з подальшим аспектом винаходу, передбачений пальник 15 для часткового окислення вуглеводнів, котрий включає: - перший, по суті циліндричний трубопровід заздалегідь визна ченої довжини, котрий визначає на своїй внутрішній частині круглий прохід для подавання газового потоку, що включає вільний кисень в реакційну камеру за межами пальника; 20 - другий трубопровід, зовнішній та коаксіальний з першим, але більш довгий ніж цей перший, котрий визначає по суті кіль цеподібний вільний простір на його внутрішній частині між згаданим трубопроводом, для подавання вуглеводень-вмісного газового потоку в згадану реакційну камеру; 25 та відрізняється тим, що вона крім того включає: - зону зміщування, причому в ній згаданий вуглєводень-вмісний газовий потік змішується з згаданим газовим потоком, що включає вільний к-и.сень, визначену між відповідними кінцями згаданих першого та другого трубопроводів; ЗО 9 EP98203666.7 10 Переклад - засоби для спрямування згаданого вуглеводень-вмісного газо вого потоку від згаданого по суті кільцеподібного вільного простору до області згаданої зони змішування близько до внутрішньої стінки згаданого другого трубопроводу; 5 10 15 20 - засоби для розширення та спрямування згаданого газового по току, що включас вільний кисень, до виходу із згаданого першого трубопроводу в напрямку згаданої внутрішньої стінки згаданого другого трубопроводу у згаданій зоні змішування, таким чином щоб змішати та спричинити реакцію першої частини згаданого газового потоку, що включає вільний кисень, з першим потоком, що включає відреаговані гази, що циркулюють в межах згаданої реакційної камери у центральній її зоні, та щоб змішати другу частину згаданого газового потоку, що включає вільний кисень, із згадані^м вуглеводень-вмісним газовим потоком, отримуючи газовий потік, що включає як вуг леводні, так і вільний кисень принаймні частково змішані разом. Ознаки та переваги винаходу краще можуть бути зрозумілі при знайомстві з наступним описом втілення винахідницького процесу, поданого шляхом наведення прикладу, що не обмежує и,ей. винахід, посилаючись на додані фігури. Короткий опис фізтур На фігурах: 25 30 - Фігура 1 є подовжнім розрізом через модель, котра схематично ілюструє ш;ляхи руху реагенту та відреагованих газів все редині гіпотетичного газогенератора при використанні проце су для часткового окислення вуглеводнів згідно з втіленням нинішнього винаходу, якому віддасться перевага; - Фігура 2 схематично показує установку для часткового окислення газових вуглеводнів, що впроваджує процес даного ви находу; 10 EP98203666.7 11 Переклад - Фігура З показує подовжній розріз подробиці пальника згідно з переважним втіленням даного винаходу; - Фігура 4 показує подовжній розріз подробиці пальника згідно з іншим втіленням даного винаходу. 5 Докладний опис переважного втілення Щоб роз'яснити принцип та функціювання цього процесу для часткового окислення вуглеводнів, зроблено посилання на Фігуру 1, котра схематично показує шляхи руху різних газових потоків через гіпотетичний газогенератор, який працює згідно з переваж10 ним втіленням винаходу. Поі:іпачкою 1 на Фігурі 1 схематично показано кінцеву частину пальника, що простягається в реакційну камеру, загалом позначе ну 2 гіпотетичного газогенератора, та особливим способом розта шована у центральній зоні 2А камери 2. 15 Газовий потік З, що включас вільний кисень та вуглєводеньвмісний газовий потік 4 подаються в зону 2А з пальника 1 через відповідні трубопроводи 5 та 6. Конкретно, газові потоки З та 4 подаються в реакційну каме ру 2 у вигляді кільцеподібних струмів, тому що вони переважно 20 отримані спричиненням потоку З текти спіральним шляхом через трубопровід 5, як показано на Фігурі 1 спіральною стрілкою ЗА, а потоку 4 текти через кільцеподібний вільний простір 7, визна чений між трубопроводами 5 та б. 25 ., , Вигідно те що, що маючи газові реагенти, котрі подаються до реакційної камери 2 у вигляді кільцеподібних струмів, потік, котрий містить відреаговані гази (наприклад, водень та моноксид вуглецю) від згоряння вуглеводнів, легко розділяється на два потоки 8А та 8В, що циркулюють, відповідно, в межах центральної зони 2А та периферичної зони 2В реакційної камери 2. 11 ЕРЭ8203666.7 12 Переклад Оскільки потоки 8А та 8В, що включають відреагований газ, вельми гарячі, будучи звичайно при температурі віще ІООО^С, їх контакт або додавання до газових потоків реагентів спричиняє миттєве згоряння з утворенням полум'я в разі потоку З, що вклю5 чає вільний кисень, та із піролізом вуглеводнів з вуїшеводеньвмісного потоку 4. Щоб запобігти виникненню такого піролізу вуглеводнів, кот рий є відповідальним за утворення вугільної сажі у реакційній камері 2, процес нинішнього винаходу включає стадію змішування, 10 принаймні частково, вуглеводнів з вільним киснем перед їхнім додаванням до гарячих спалених газів, що циркулюють всередині реакційної камери 2. З певною метою, трубопровід 6 зроблено більш довгим ніж трубопровід 5 та сформований з усічєно-конусним патрубком 6А, 15 який простягається в реакційну камеру 2. Всередині цього патрубка 6А, конкретно при розміщенні по близу внутрішньої стінки трубопроводу 6, визначено зону змішу• вання для вуглеводень-вмісного газового потоку 4 та газового потоку З, що включає вільний кисень, котрий не є порушеним від20 реагованим газовим потоком, конкретно потоком 8В. Щоб сприяти ефективному швидкому змішуванню вуглеводнів з вільним киснем, трубопровід 5 забезпечено конусом розширення 5А біля його кінця. Тільки після того, як вуглеводні та вільний кисень принайм^ 25 ні частково змішались разом, отримуючи газовий потік, котрий містить вуглеводні та вільний кисень, загалом позначений 9, останній з вищеназваних змішується з потоком 8В та вступає в реакцію, утворюючи водень та моноксид вуглецю. Для реагентів забезпечено ЗО специфічний кільцеподібний тип струму при моделі їх подавання, а саме зі струмом вільного кис ню, спрямованого текти в межах струму вуглеводнів, у поєднанні з центральною циркуляцією частини відреагованих газів, це 12 EP98203666.7 13 Переклад вигідно дозволяє частині вільного кисню змішуватись та по тім реагувати з відреагованими газами, що циркулюють у цент ральній зоні 2А реакційної камери 2, що призводить до того, що полум'я, породжене всередині камери 2, прикуто до реакційної 5 камери 2 стабільним та надійним способом по центру біля зони притоку вільного кисню. Більш того, при протіканні кисню по центру та вуглеводнів по краях, патрубок 6А на зовнішньому трубопроводі б пальника 1 може бути використаний для змішування реагентів, при цьому за 10 хищаючи вуглеводні від гарячих газів, що циркулюють у перифери чній зоні 2В реакційної камери, так же, як і від полум'я, що виходить з активної зони пальника 1. 15 20 Щоб повністю пояснити особливості цього процесу часткового окислення, слід зазначити, що він є цілковито відмінним процесом у порівнянні з процесами змішування і дифузії існуючого рі вня техніки. Термін "процес зміщування" означає процес, в якому вуглєво день-вмісний газовий потік та газовий потік, що включас вільний кисень, змішуються разом - звичайно в межах пальника - перед тим, як вони подаються в реакційну камеру. Це змішування може бути виконане або вичерпним способом, тобто до отримання потоку з рівномірною концентрацією кисню та вуглеводнів, або частковим способом, тобто з полем концентрації у подаваному до реакційної камери потоці, котра буде залежна 25 від процедури та ступеня змішування. Процес цього виду, наприклад, розкрито у ЕР-0 098 043. Хоча теоретично процес зміщування є ефективним щоб затрима ти продукування вугільної сажі, він не знайшов ніякого практич ного застосування із-за властивої йому небезпечної природи. ЗО 13 14 EP98203666.7 Переклад Фактично, у роботі газогенератора, ризик зворотного спалаху у пальнику, тобто реакції окислення, ініційованої в той час, коли суміш ще перебуває у трубопроводі, є завжди прихованим та може призводити до його передчасного зносу. Це майже неконтро5 льоване явище з причини високої займистості вуглеводєнь кисневої суміші, високих температур експлуатації, та можливих змінах у швидкості потоку реагентів. Термін "процес дифузії" означає процес, де вуглєводень вмісний газовий потік та газовий потік, що включає вільний ки10 сень, замість цього змішування подаються в реакційну камеру окремо, де вони одночасно змішуються разом та з відреагованими газами присутніми та циркулюючими у камері. Процес цього виду, наприклад, той, що розкрито у вищезгада ному ЕР-0 276 538. 15 Недоліки цього звичайного процесу були описані тут і вище у зв'язку з станом галузі; зокрема, добре відомою високою швидкі стю продукування вугільної сажі, яка викликана контактом з високотемпературниьш рециркулючими газами всередині реакційної камери вуглеводнів, що надходять, котрі не мали шанс отримати 20 належного змішування з вільним киснем. Що стосується нинішнього винаходу, мусить бути підкреслено, що забезпечення попередньої стадії зміщування в межах реакцій ної камери для вуглеводень-вмісного газового потоку з газовим потоком що включає вільний кисень, перед тим, як вуглеводні мо 25 жуть контактувати відреагованими газами, суперечить вченню іс нуючого рівня техніки, що 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, виконане ^ j s - u * j t що a^//';A ЗО привела до можливості часткового окислення вуглеводнів при ви сокому виході продукту з відсутнім або помітно зменшеним проду куванням вугільної сажі. 14 По суті, можна сказати, що даний винахідницький процес ві дображає різновид поєднання вищезгаданих процесів, але без їх проблем та з по суті вищим виходом продукту конверсії до водню та моноксиду вуглецю за подібних умов функціювання. 5 На Фігурі 2, заі'алом показано позначкою 10 установку для часткового окислення газоподібних вуглеводнів згідно з даним винаходом. Переважно, установка 10 включає два підігрівачі 11 та 12, відповідно для підігріву вуглеводень-вмісного газового потоку 10 та газового потоку що включає вільний кисень, газогенератор 13 для часткового окислення вуглеводнів, та бойлер 24 для регене рації фізичного тепла з отриманого в результаті газового пото ку, що включас водень та моноксид вуглецю. Підігрівачі 11 та 12 та бойлер 24 є звичайними і далі не 15 описуються. Газогенератор 13 включає патрубок 14 та корпус 15, котрий футеровано високотемпературним вогнетривким матеріалом, не по казаним тому, що він є звичайним, для захисту його внутрішніх стінок. 20 Корпус 15 всередині утворює реакційну камеру 16 там, де відбувається згоряння вуглеводнів з киснем. Пальник 17 простягається через патрубок 14 так, що його кі нцева частина відкривається всередину реакційної камери 16. Вуглєводень-вмісний газовий потік подається 25 до газогенера тора 13 за допомогою трубопроводу 18, проходячи через підігрівач 12. Аналогічно, газовий потік що включає вільний кисень, подас ться до газогенератора 13 за допомогою трубопроводу 19, прохо 15 EP98203666,7 16 Переклад дячи через підігрівач 11. В прикладі на Фігурі 1, вуглєводень-вмісний газовий потік включає по суті газоподібні вуглеводні, наприклад природний газ або метан та їх суміші, а також суміші цих газів з такими газа5 ми-носіями як пара або інертні гази. До того ж, вуглєводень-вмісний газовий потік може включити заздалегідь визначені кількості газів від промислових устано вок, наприклад від петлі синтезу установки виробництва аміаку. Альтернативно, вуглєводень-вмісний газовий потік може вклю 10 чати газ-носій - як, наприклад, інертний газ або пару - маючи в складі тонко розділене рідке або тверде паливо відповідно дис перговане або суспендоване. Вираження "тонко розділене" використовується тут аби позна чити краплини або тверді частки середньої величини в інтервалі 15 від 0,01 до 1,0 MM. Приклади підхожого рідкого палива для використання у проце сі нинішнього винаходу включають; нафтопаливо, дизельне паливо, нафту, сиру нафту, або залишки з секцій дистиляції нафтопереро бних установок, та їх суміші- Приклади твердого палива включа 20 ють: асфальти та вугілля, і їх суміші. Де використовуються рідкі або тверді вуглеводні, установка на Фігурі 1 повинна включати не показану тут секцію переробки та регенерації, для будь-якої виробленої вугільної сажі. Газовий потік, що включає вільний кисень, звичайно містить 25 газ відібраний з групи включаючи повітря, збагачене киснем по вітря, тобто повітря, що має кисневий вміст понад 21 мольний процент, по суті чистий кисень, тобто газ з кисневим вмістом и^ менше, ніж 95 мольних процентів, та їх суміші. Газові потоки нагріваються незалежно у підігрівачах і/ та (2. ЗО оскільки це виконують шляхом конвекції до температури, котра звичайно нижче, ніж бОО^С, підготовуючи газовий потік до пода вання в газогенератор 13. 16 EP98203666.7 17 Переклад Установка 10, що здійснює процес цього винаходу, може також забезпечуватись звичайним блоком десульфуризації, не показаним на Фігурі 2, для того, щоб видаляти з вуглеводень-вмісного га зового потоку будь-які сліди сірки. 5 Робочий тиск всередині газогенератора 13 звичайно лежить у інтервалі від 1 до 150 бар. Після підігріву, газовий потік подається в газоі'енератор 13 або, більш точно, в реакційну камеру 16 через відповідні трубо проводи пальника 17, зокрема, газовий потік що включає вільний 10 кисень подається в реакційну камеру 16 через круговий прохід, визначений всерєдені першого по суті циліндричного трубопроводу 20, що має заздалегідь визначену довжину. Вуглєводень-вмісний газовий потік подається в реакційну ка меру 16 через кільцеподібний вільний простір, утворений між 15 першим трубопроводом 20 та другим зовнішнім трубопроводом 21, коаксіальним з першим, але довшим за нього. Переважно, пальник 17 далі включає зону змішування 22 ви значену всередині реакційної камери 16 між відповідними кінцями трубопроводів 20 та 21, де реагенти попередньо змішуються перед 20 тим, як додаються до потоку відреагованих газів, що циркулюють у камері. Відразу, при виході із зони змішування 22 у реакційній ка мері 16, змішування реагентів закінчується та виконується реак ція наступного часткового окислення вуглеводнів, отримуючи га 25 зовий потік, котрий містить водень та моноксид вуглецю та зали шить газогенератор 13 через трубопровід 23. 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 типу змішування ЗО 17 EP90203666.7 18 Переклад потоку вуглеводнів. Продукти реакції потім течуть - знов по трубопроводу 23 через бойлер 24, де вони охолоджуються шляхом непрямого обміну тепла з водним потоком, щоб вивільнити пару при підвищеному 5 термічному рівні (наприклад у інтервалі від 20 до 100 бар). »У ^У з певною метою, забезпечено трубопроводи 2 5 та ^6 для, від повідно, постачання води в бойлер 24 та вичерпання звідти пари. Забезпечення бойлера 24 у установці Фігури 2 залежить голо вним чином від природи палива, з котрим мають справу. В тих ви10 падках коли останнє дає сирий газ, що включає водень та монок сид вуглецю з високим вмістом забруднювачів, він охолоджується звичайним компенсуючим приладом, що використовує воду (не пока зано) . Установка 10, тільки що описана, може вигідно здійснити 15 процес цього винаходу, при цьому цей процес відрізняється, зо крема, фактом включення стадій змішування та реагування першої частини газового потоку, що включає вільний кисень, з першим потоком, що включає відреаговані гази, які циркулюють всередині реакційної камери "f ^^ змішування другої частини газового поfi 20 току, що включає вільний кисень, з вуглеводень-вмісним газовим потоком у зоні змішування 22 реакційної камери 16, щоб отримати газовий потік, що включас і вуглеводні, і вільний кисень, при наймні частково змішані разом, та змішування та реагування га зового потоку, отриманого таким чикй^/чу зоні 22 з другим пото 25 ком, що включає відреаговані гази, які циркулюють всередині ре акційної камери 16, щоб отримати газовий потік, що включає во день та моноксид вуглецю. У такий спосіб, продукування вугільної сажі може бути пода влене або значно послаблене, навіть за умов експлуатації при ЗО низьких температурах (нижче 1300°С), так що споживання кисню може^ вигідно обмежене та відповідно покращений вихід водню та моноксиду вуглецю. 18 EP98203666.7 19 Переклад Як згадано вище, процес може бути виконаний ефективно на віть із значними змінами, що трапляються у швидкості потоків реагентів, без негативного впливу на вихід продукту конверсії. 5 Треба відзначити, що процес цього винаходу може повністю стримати продукування вугільної сажі, в тому випадку, коли ма ють справу з потоком, що включає газоподібні вуглеводні. Відсутність вугільної сажі істотно залежить від стадії по переднього змішування реагентів в межах реакційної камери 16 і, тому, від присутності вільного кисню у вуглеводень-вмісному га 10 зовому потоці під час подальшого змішування з гарячими газами, що там циркулюють. Щоб сприяти повному змішуванню реагентів та їх наступному згорянню, знайдено корисним доставляти вуглєводень-вмісний га зовий потік до реакційної камери 16 при швидкості у інтервалі 15 від ЗО до 300 м/с, краще від 60 до 180 м/с, та газовий потік, що включає вільний кисень, при швидкості у інтервалі від 10 до 100 м/с, краще від 20 до 60 м/с. У особливо бажаному та вигідному втіленні процесу згідно з даним винаходом, цей процес далі включає стадії спричинення га 20 зового потоку, що включає вільний кисень, текти через перший трубопровід 20, спричинення вуглеводень-вмісного газового потоку текти через кільцеподібний вільний простір, визначений між пер шим трубопроводом 20 та другим трубопроводом 21, спрямування вуглеводень-вмісшгй) газового потоку від кільцеподібного вільно 25 го простору до зони змішування 22 при розміщенні її близько до внутрішньої стінки 27 другого трубопроводу 21, і розширення та спрямування газового потоку, що включає вільний кисень, який виходить з першого трубопроводу 20 в напрямку внутрішньої стін ки 27 другого трубопроводу 21 у зоні змішування 22. ЗО Таким шляхом, вільний кисень та вуглеводні можуть бути на 19 EP98203666.7 20 Переклад лежним чином попередньо змішані швидким ефективним способом, тим самим захищаючи вуглеводні від гарячих газів, що циркулюють у реакційній камері 16, так же само, як і від полум'я, що випу скається з активної зони пальника 17 в межах камери 16. Як показано на Фігурі 5 З, пальник 17 переважно включає для цієї мети - додатково до трубопроводів 20 та 21 - підхожі засо би для спрямування вуглеводень-вмісного газового потоку від • кільцеподібного вільного простору зо до зони зміщування 22 у реакційній камері 16, при розміщенні 10 близько до внутрішньої стінки 27 другого трубопроводу 21, та включас підхожі засоби для розширення та спрямування газового потоку, що включає віль ний кисень, що виходить з першого трубопроводу 20 в напрямку внутрішньої стінки 27 другого трубопроводу 21 у зоні змішування 22. 15 Фігура З є детальним видом пальнику 17, щоб спеціально про ілюструвати кінцеву частину пальнику, згідно з переважним вті ленням нинішнього винаходу. На цій фігурі структурно та функціонально еквівалентні пун кти до показаних на Фігурі 20 2 мають ті же цифрові позначки та не будуть далі описуватись. Треба відзначити, що трубопроводи 20 та 21 пальнику 17 ма ють порожню конструкцію для більш ефективного їх охолодження, як буде далі з'ясовано. Кінець першого трубопроводу 20, круговий прохід, сформова 25 ний всередині першого трубопроводу 20, та кільцеподібний віль ний простір, визначений між другим трубопроводом 21 та першим трубопроводом 20 пальнику 17 позначаються па ФігурЛ З шляхом цифрових посилань, відповідно, 28, 29 та ЗО. Переважно, для того, щоб прискорити вуглєводень-вмісний га30 зовий потік, що проноситься через внутрішню стінку 27 другого трубопроводу 21 в зоні змішування 22, передбачаються засоби 20 EP98203666.7 21 Переклад для спрямування вуглеводень-вмісного газового потоку, які включають кільцеподібний отвір 31, тонший, ніж кільцеподібний вільний простір зо, котрий створений на кінці 2 ^ першого трубо проводу 20, між вільним простором зо та зоною змішування 22. 5 Засоби для розширення та спрямування газового потоку, що включас вільний кисень, переважно включають, розміщену близько ^ до кінця *2л першого трубопроводу 20 частину цього трубопроводу, котра належним чином спалахує в напрямку внутрішньої стінки 27 другого трубопроводу 21 так, щоб визначити, біля сказаного кін10 ця Хі^, отвір виходу газу 33 між проходом 29 та зоною змішування 22, котрий має більший діаметр, ніж решта першого трубопроводу 20. Отже, газовий потік що включає вільний кисень буде відхиля тися та розширюватися в напрямку стінки 27 другого трубопроводу 15 21, таким чином забезпечуючи оптимальне проникнення цього пото ку в потік вуглеводнів. діаметр отвору 33 може бути більше від 1,25 до 10 разів ді аметру першого трубопроводу 20 розташованої вище за потоком ча стини 32, а задовільні результати були отримані у інтервалі від 20 2 до 4 разів. Як може бути видно з Фігури З, спалахуюча частина 32 першо го трубопроводу 20 переважно вигибається, щоб дозволити контро лювати наскільки можливо розширення газового потоку, що включає кисень, в той час допомагаючи спрямуванню його до внутрішньої 25 стінки 27 другого трубопроводу 21 у зоні змішування 22. Згідно з процесом цього винаходу, газовий потік, що включає вільний кисень, переважно спричинений текти з проходу 29 до зо ни змішування 22 через випускний отвір 33 першого трубопроводу 20. Паралельно з цим, вуглєводень-вмісний газовий потік перева 30 жно тече з вільного простору ЗО до зони змішування 22 через кільцеподібний отвір 31 визначений у реакційній камері 16 між 21 ЕР9Э203666.7 22 Переклад кінцем 28 першого трубопроводу 20 та кінцем J ^ другого трубо проводу 21, близько до його внутрішньої стінки 27. Переважно, згідно з особливо бажаним аспектом нинішнього винаходу, частина 32 простягається безперервно від внутрішньої 5 стінки 20А до зовнішньої стінки 20В трубопроводу 20, при стало му куті схилу з кінця внутрішньої стінки 20А до кінця зовніш ньої стінки 20В, або краще, при куті нахилу, котрий зміїдоється безперервно від 0° біля кінця внутрішньої стінки 20А до зде більшого 90° біля кінця зовнішньої стінки 20В. Отже, кінець зо 10 внішньої стінки 20В утворює кінець 28 трубопроводу 20, і кінець зовнішньої стінки 20А є збіжним з циліндричним кінцем трубопро воду 20. Ця унікальна конфігурація частини 32 трубопроводу 20 для подавання газового потоку що включає вільний кисень в реакційну 15 камеру 16 дозволяє значно уповільнити темп термічного зносу кі нцевої частини трубопроводу поблизу кінця 28. Фактично, дослідження, проведене'jC\.^S^i^f(^Mпоказало що від сутність будь-яких гострих кутів в частині 32, тобто у частині що з'єднує внутрішню стінку 20А із зовнішньою стінкою 2 0В тру 20 бопроводу 20, є ефективним, щоб запобігти формуванню вихорів або бездіяльних областей у газовому потоці що включає вільний кисень в тій частині 32, таким чином що запобігає передчасному термічному зносу. Навпаки, згідно з винаходом, кисень переважно тече безперервним лінійним потоком уздовж частини 32, перед 25 тим, як лишати трубопровід 20, в той час можливо охолоджуючи його поверхню. Зокрема, початковий контакт вуглеводень-вмісного газового потоку, що тече через трубопровід 21 з газовим потоком що вклю чає вільний кисень і тече через трубопровід 20 переважно зроб30 лено так, щоб він стався біля кінця 28 трубопроводу 20. Треба відзначити, що при існуючому рівні техніки трубопро води подачі кисню пальників мають вік служби не більше чим кілька місяців, після чого їх слід замінити, а вся установка як наслідок зупиняється. 22 EP98203666.7 23 Переклад Завдяки нинішньому винаходу, очікуваний строк служби кінце вої частини таких трубопроводів набагато більше, і він до замі ни може тривати кілька років, так що установка може бути в ро боті без перерви протягом тривалих періодів часу. Таким чином, 5 кошти для ремонту та експлуатації установки, та виробничі втра ти можуть бути зменшені. Зокрема, вигнута форма частини 32 (показана на Фігурі 3} забезпечує оптимальні результати щодо тривалості дії трубопро воду 20. 10 У цьому відношенні, особливо задовільні результати були отримані, приймаючи для частини 32 кут нахилу від 30° до 90°, краще від 45° до 80°. Згідно з особливо бажаним аспектом винайденого пальнику, довжина внутрішньої стінки 27 другого трубопроводу 21 у зоні 15 змішування 22, як обміряного між відповідними кінцями 28 та 34 трубопроводів 20 та 21, встановлена як розмірність (область поперечного розрізу) кільцеподібного отвору товщини 31 між трубопроводами 20 та 21. S Краще, щоб ця довжина була у 5-15 разів'^^гаданої розмірнос20 ті товщини. В такий спосіб, для бажаної кількості реагентів при попере дньому змішуванні можливо довести її оптимальним способом (ні надто великою, ні надто маленькою). Згідно з бажаним подальшим аспектом винайденого пальнику, 25 внутрішня стінка 27 другого трубопроводу 21 у зоні змішування 22 мас діаметр, котрий збільшується в напрямку кінця 34, так що зона змішування 22 приймає усічено-конусну форму. Зокрема, кут схилу внутрішньої стінки 27 другого трубопро воду 21 у зоні змішування 22 є переважно у інтервалі від 0° до ЗО 60°, краще від 10° до 30°, від подовжньої вісі 35. 23 EP98203666.7 24 Переклад Вищезгадана усічено-конусна форма зони змішування 22, з її найбільшим колом, будучи визначеною отвором 36 пальнику 17 та її найменшим колом, визначеним внутрішньою стінкою 27 другого трубопроводу 21 біля кінця 2І першого трубопроводу 20, відіграє 5 по суті подвійну роль утримання вуглеводень-вмісного газового потоку далеко від центрального полум'я та збільшення ширини внутрішньої зони регенерації (посилання 2А на Фігурі 1), так що досягається повна стабілізація (вкорінення) полум'я'. Переважно, пальник 17 може також включати підхожі засоби 10 для того, щоб примушувати газовий потік що включас вільний ки сень текти спіральним шляхом руху через перший трубопровід 20, щоб крім того сприяти розширенню та транспортові того потоку до внутрішньої стінки 27 другого трубопроводу 21 у зоні змішування 22. 15 У прикладі на Фігурі З, ці засоби включають одне або більше належних фасонних крилець 37, опціонально встановлених під ку том до подовжньої вісі 35, розміщеної поблизу одного кінця стрижнеподібного утримувача, представленого на Фігурі З біля трубопроводу 38, котрий простягається на заздалегідь визначену 20 довжину коаксіально через прохід 29, визначений біля трубопро воду 20. Крильця 37 оформлені так, щоб придати бажаний вихровий рух газовому потоку. Краще, щоб навколо трубопроводу 38 були спіра леподібно Ьілні)&и-5.иі- багато таких крилець 37. 25 У альтернативному втіленні, тут не показаному, ці засоби можуть бути належним чином оформлені або у трубопроводі 20 або трубопроводі 38. ЗО На Фігурі З, трубопровід 38 показаний відкритим тому, що це переважно служить додатковій функції надання, простим надійним способом, контролю за газовим потоком, що включає відреаговані 24 EP98203666.7 25 Переклад гази, котрий циркулює по центру реакційної камери 16, так же, як і за положенням вкоріненого полум'я. До цієї мети, частина газового потоку що включає вільний кисень спричинена текти через середину трубопроводу 38 справж5 нім аксіальним потоком, котрий буде протилежним потокові відре агованих газів, що проноситься через центральний трубопровід 20. Альтернативно, трубопровід 38 міг бути використаний під час вогнетривкої стаді ї нагріву всередині газогенератора, щоб до 10 ставити паливо до реакційної камери 16. Таким чином, пальник 17 може бути також використаний переважно для операції нагріву га зогенератора, відкидаючи потребу в додатковому спеціально для цього передбаченому пальнику. Більш того, позначками 39 та 40 відмічені заглиблення у 15 стінках першого трубопроводу 20 та другого трубопроводу 21 для того, щоб приймати рідкий, краще водний, холодоносій. Отже, температура трубопроводів 20 та 21 може бути ефектив но проконтрольована, особливо на їх кінцях 20 та 34, щоб запо бігти перегріву та імовірному швидкому їх пошкодженню. 20 За певних умов температури експлуатації, це охолодження мо же призвести до руйнації. Фігура 4 є детальним видом пальнику згідно з додатковим втіленням цього винаходу. На цій фігурі, структурно та функціонально еквівалентні до 25 тих, що показані на Фігурі З, компоненти пальнику 17 позначаю ться тими же позначками і не будуть далі описуватись. Згідно з цим втіленням пальнику 17, той же захисний ефект як забезпечений внутрішньою стінкою 27 другого трубопроводу 21 ЗО у зоні зміщування 22 {Фігура 25 3) , зараз передбачений по суті EP98203666.7 26 Переклад кільцеподібним струмом, наприклад, пари або інертних газів, що доставляються до реакційної камери 16 зовнішньо до вуглеводеньвмісного потоку. Цей додатковий або захисний потік, як показано стрілками 41 5 на Фігурі 4, є ефективним (подібно до стінки 27 на Фігурі 3) , щоб ізолювати зону змішування 22 від потоку що включає прореагований газ (стрілки 42), циркулюючого у периферичній зоні реа кційної камери 16. Стрілки 42 відповідають стрілкам 8В Фігури 1, 10 Згідно з цим втіленням, замість того, щоб збільшувати дов жину другого трубопроводу 21 відносно першого трубопроводу 20, забезпечені підхожі засоби для того, щоб впускати захисний га зовий потік {стрілки 41) що включає, краще, пару і/або інертні гази. 15 Наприклад, ці впускні засоби можуть бути третім трубопрово дом кі, розміщеним зовнішньо та коаксіально по відношенню до трубопроводів 20 та 21. Позначка VV є кільцеподібним вільним простором, визначеним між третім трубопроводом V-? та другим трубопроводом 21 пальнику 17. 20 Згідно з процесом цього особливого втілення винаходу, газо вий потік що включає пару і/або інертні гази спричинюється тек ти через трубопровід ^^3, Щоб УВІЙТИ В рсакційну камеру 16 у ви гляді по суті кільцеподібного струму, що визначає зону змішу вання 22 в її середині. Одночасно, газовий потік що включає ві 25 льний кисень спричинюється текти через прохід ^5 до зони змішу вання 22 через випускний отвір 33 першого трубопроводу 20, та паралельно з цим, вуглєводень-вмісний газовий потік спричинює ться текти через вільний простір зо до зони змішування 22 через , кільцеподібний отвір зУ, визначений між кінцем 28 першого тру 30 бопроводу 20 та кінцем 34 другого трубопроводу 21. Процес часткового окислення вуглеводнів, та, зокрема, попе реднє змішування у зоні 22 вуглеводень-вмісного газового потоку з другою частиною газового потоку що включає вільний кисень, в 26 EP90203666.7 27 Переклад умовах відсутності контакту з гарячими газами, що циркулюють у реакційній камері 16, виконується подібним способом і дає ті ж переваги, як і обговорені тут і вище стосовно попередніх фігур. у прикладі на Фігурі 4, газовий потік 41, що включає пару і/або інертні гази, проносячись крізь зовнішню стінку трубопро воду 21, має переважно охолоджуючий вплив на той трубопровід, особливо на його кінці. Відповідно, трубопровід 21 може бути вироблений з суцільної конструкції, відмінної від порожнини, як показано на Фігурі З, 10 Численні переваги, що досягаються в процесу цього винаходу можуть бути цілком оцінені з вище означеного опису; зокрема, реакція часткового окислення вуглеводнів може бути виконана; - при повній відсутності вугільної сажі для газових вуглевод15 нів, із спрощеною установкою, що здійснює процес; - із радикальним зменшенням кількості вугільної сажі, у ви падку рідких або твердих вуглеводнів; - при низьких темпах споживання кисню та високому виході кон версії до водню та моноксиду вуглецю на кожну одиницю спа 20 леноі'о вуглеводню; та - з більш довгою очікуваною тривалістю роботи пальника. Переклад відповідає оригіналу заявки ЕР98203666.7 25 За дорученням J.I lOoj^t и ~ Янішевський Л.В., Патентний повірений України, реєстр.№5 27 EP98203666.7 28 Переклад ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 1. Процес для часткового окислення вуглеводнів, що включає стадії: - подавання вуглеводень-вмісного газового потоку в реакційну камеру; - подавання газового потоку, що включас вільний кисень, в згадану реакційну камеру, 10 що відрізняється тим, що він далі включає стадії: - змішування та реагування першої частини згаданого газового потоку, що включас вільний кисень, з першим потоком, що включає відреаговані гази, що циркулюють в межах згаданої реакційної камери; 15 - змішування другої частини згаданого газового потоку, що включає вільний кисень, з згаданим вуглеводень-вмісним га зовим потоком у згаданій реакційній камері, отримуючи газо вий потік, що включає і вуглеводні, і вільний кисень, при наймні частково змішані разом; 20 25 - змішування та реагування згаданого газового потоку, що включає і вуглеводні, і вільний кисень, принаймні частково змішані разом, з другим потоком, що включає відреаговані гази, що циркулюють всередині згаданої реакційної камери, отримуючи газовий потік, що включає водень та моноксид вуглєцю2. Процес за пунктом 1, що відрізняється тим, що згаданий вуг лєводень-вмісний газовий потік та згаданий газовий потік, що включає вільний кисень, подаються в згадану реакційну камеру як відповідні по суті кільцеподібні струми, коаксіально один ЗО одному. 28
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюA process for the partial oxidation of hydrocarbons and a burner for realizing the same
Назва патенту російськоюСпособ частичного окисления углевородов и горелка для его осуществления
МПК / Мітки
МПК: F23D 14/24, C01B 3/36
Мітки: пальник, здійснення, вуглеводнів, часткового, окислення, спосіб
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/43-67740-sposib-chastkovogo-okislennya-vuglevodniv-ta-palnik-dlya-jjogo-zdijjsnennya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб часткового окислення вуглеводнів та пальник для його здійснення</a>
Попередній патент: Композиція та спосіб боротьби з шкідливими біоорганізмами
Наступний патент: Солюбілізовані композиції сертраліну
Випадковий патент: Спосіб встановлення стійкості малостійкої хімічної сполуки бору