燃料转化器燃烧方法技术

无烟道气循环到再生器床的再生炉利用燃烧有氧化剂的合成气进行加热。合成气是由蒸气和甲烷在经前一循环加热的第一再生器床中产生，而经前一循环冷却的第二再生器床由来自除炉之外的来源的热烟道气进行加热。一旦第一再生器床通过蒸气和甲烷的吸热化学反应而冷却时，则由热烟道气加热，而蒸气和甲烷在现在是热的第二再生器床中反应，由此使第二再生器床冷却。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及应用再生床的直接燃烧炉。更准确地说，本专利技术涉及来自再生床中的化学反应的炉反应产物的燃烧。通常应用再生器和同流换热器来交换两流体物流之间的热量。应用再生器来提供循环热交换，交替地接受燃烧的热气体产物的热量并将热量传递给燃烧空气，因此使燃烧空气预热。典型情况下，再生器具有由填料制作的或装有填料的热回收床，填料贮存和传递热量。虽然格式(耐火材料)再生器已知数十年，但新近的发展已经引入了集成燃烧器-再生器，这种装置也称为再生燃烧器。由于快速循环再生燃烧器热效率高、设计简单、热交换需要的尺寸小，现在已经采用作为空气燃烧炉。通常再生燃烧器是成对设置的，一台按燃烧模式运行，另一台按排气或烟道模式操作。例如，对于成对装置A和B，装置B可以作为燃烧器运行，而热烟道气通过装置A的床进行冷却，装置A作为“烟道”运行。当装置A的床已经达到目标温度时，烟道气改向到现正作为烟道操作的装置B的床，而装置A转换为燃烧器模式；当环境温度下的燃烧空气通过热床并被预热时，贮存在装置A的床中的热就被回收。一旦装置B的床达到目标温度时，装置B又转换为燃烧器模式，而热的排气改向到装置A。与再生燃烧器相连系的一个缺点是，再生燃烧器受限于相当清洁的燃烧方法，因为含有颗粒和其它杂质的废气会堵塞床或使床发生故障。产生含有大量杂质的排气的方法的一个实例是玻璃熔化，那里烟道气可以含有通常从制造玻璃材料来的灰尘、挥发性可冷凝物质，以及腐蚀性气体。虽然用氧或富氧空气代替燃烧空气可以改进直接燃烧的玻璃熔化炉的热效率，但是氧的使用会增加总的操作费用。一般说来，在不通过再生器床回收烟道气热量的情况下操作含氧燃料玻璃熔化炉。因此，对于氧燃烧玻璃熔化炉和其它的其产生的热烟道气不经过再生器床的炉来说，需要继续改进效率和降低费用。因此，本专利技术的目的是提供一种能改进效率及可降低炉中的氧和燃烧的消耗的方法。该上述的和其它的目的通过本专利技术实现，这些目的通过阅读本专利技术公开的细节对本
的技术人员将是显而易见的，本专利技术涉及一种以化学反应中形成的炉反应产物燃烧的方法，所述方法包括(A)将反应物引入第一再生器床，并使反应物在第一再生器床中进行吸热化学反应以形成第一反应产物，由此产生冷的第一再生器床；(B)将所述的第一反应产物送入待要用氧化剂燃烧的炉中；(C)使来自除炉之外的来源的热烟道气经过第二再生器床，由此产生热的第二再生器床；(D)将反应物引入热的第二再生器床，并使反应物在第二再生器床进行吸热化学反应以形成第二反应产物，由此冷却热的第二再生床；(E)将所述的第二反应产物送入待要用氧化剂燃烧的炉中；和(F)使来自除炉之外的来源的热烟道气经过所述的冷的第一再生器床。该唯一的图是为实施本专利技术的一种实施方案的流程图。在许多的炉中，燃料是在氧化剂存在下燃烧的，以加热正在处理的物质，本专利技术对用氧燃烧燃料而加热的炉特别有利，但是也适合于其它的应用，例如可以在普通的空气燃烧炉中或用富氧空气燃烧的炉中使用。本专利技术可以在玻璃熔化炉、炼钢炉和许多其它的炉中使用。本专利技术对产生含灰尘、颗粒或其它杂质的直接燃烧装置特别有利。本专利技术包括与单独的燃料重整器相组合的炉。可以使用通常的催化蒸汽重整器系统来重整燃料和产生含氢和一氧化碳的热合成气体即“合成气”。本专利技术优选地和如床尺寸小的重整系统的快速循环再生器一道使用，也可以和典型的用于玻璃熔化炉的市售再生器一道使用，再生器每隔20-30分钟换向一次，气体通道的平均直径为几英寸。本专利技术对于至少应用一个再生器系统的炉的运行是有效的，每个再生器系统至少有两个再生器床，虽然可以使用两个以上的床。床典型地包括耐火材料衬里的容器，容器中装填有贮存和传递热量有效的填料，填料能够提供适当的抗热冲击，能够经受在实施本专利技术时所遇到的温度降和压力降。由各种金属、氧化铝、氧化镁、富铝红柱石、AZS或氧化锆基陶瓷制作的球是再生器床能够使用的填料的实例。在本专利技术的实践中，再生器床不仅用作热交换器，而且也用作反应器，在此反应器中进行一种或多种的化学反应，由此产生有用的反应产物。在床的材料中可以使用催化剂来促进吸热反应，并降低吸热反应的温度。在优选的实施方案中，在再生器床中进行的化学反应是蒸气重整反应。反应是吸热的，并使用烃燃料(典型地是天然气)和蒸气或二氧化碳以形成反应产物，反应产物含有一氧化碳和与一些水，通常为为水蒸气相混合的氢，还含有二氧化碳、甲烷和可能的其它的烃。在理想的形态下，在再生器床中进行的蒸气重整反应可以写成如下的形式(1)除了反应(1)之外，在热床中还可能发生其它的吸热过程。在这些过程中，燃料的裂解是特别不希望的，因为在床中裂解会产生碳(或炭黑)的沉积物。如增加蒸气与燃料的比，则可以减少积碳问题。在燃料被加热和重整后，在相同的床中以相继的方式预热氧化剂也是可能的。向床中注入一些氧，则碳被燃烧，并净化床。反应产物也称为合成气体或合成气，将其送往炉中以作为燃料燃烧，由此加热了炉中被处理物质。炉中所发生的理想的化学计量燃烧反应可以写成如下形式(2)虽然反应(2)可以应用空气来进行，但是使用氧含量大于30％(体积)的燃烧氧化剂则是本专利技术的优选的实施方案。因此，燃烧氧化剂可以是富氧空气，氧浓度大于30％(体积)，优选地大于50％(体积)；使用氧浓度至少为80％(体积)的氧化剂进行燃烧过程是最优选的。氧化剂可以是通过空气的低温分离或非低温分离或者通过生产氧的化学方法而得到的氧。为达低的NOx的排放，在炉中使用美国专利NO 5,076,779-小林公开的燃烧方法实施本专利技术是优选的。在将反应物(蒸气和烃如甲烷)引入床之前，在装有填料的再生器床中加热热量和贮存热量可为吸热的蒸气重整反应提供所需能量。如上所述，由于本专利技术与其烟道气不通过再生器床以回收热的炉相结合是有用的，所以再生器床要利用其它方法进行预热。再生器床可以利用热的相当干净的废气进行加热，该废气是来自该炉之外的燃烧过程。例如，热的，相当干净的废气可以从工业设备的不同区域送往再生器床。另外，为了产生可用于加热再生器床的热的燃烧产物，可以专门燃烧空气和燃料。空气和燃料例如天然气或燃油的常规燃烧不仅很有效，而且这样的燃烧将产生较无灰尘、粒状物和其它杂质的燃烧产物，这些杂质往往会堵塞床或使床故障。根据一种优选的实施方案和如图所述，基于空气的燃烧过程可以在串联式燃烧器中进行。吹洗床以除去在重整燃烧循环结束时留在该床中的残余气体、碳的沉积物或杂质是符合需要的。吹洗可以在加热循环(再生)结束时进行。蒸气、来自空气-燃料燃烧的循环冷却的烟道气，或另外的合适的介质例如空气和氧都可以用于吹洗和净化再生器床。将某些氧连同烃燃料和物流反应物一起注入床中，可燃烧和净化床。对于交替循环过程至少需要两台再生器床。对于具有两台再生器床的炉，蒸气和甲烷注入在前一循环期间被预热的第一床中。在第一床中，蒸气和甲烷反应形成合成气，通常是热的合成气，合成气然后从第一床进入炉中作燃料被燃烧。其间，第二床例如利用来自除炉外的源的烟道气而加热。一旦第一床达到的温度太低，以致不能维持吸热的蒸气重整反应时，则第一床换向。蒸气和甲烷再送往第二床，第二床现在作为蒸气重整器起作用，而第一床则被加热。如前述那样，一旦第二床变得太冷时，甲烷和蒸气再送往现在为热的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以化学反应中形成的炉反应产物燃烧的方法，所述方法包括：（Ａ）将反应物引入第一再生器床，并使反应物在第一再生器床中进行吸热化学反应以形成第一反应产物，由此产生冷的第一再生器床；（Ｂ）将所述的第一反应产物送入待要用氧化剂燃烧的炉中； （Ｃ）使来自除炉之外的来源的热烟道气经过第二再生器床，由此产生热的第二再生器床；（Ｄ）将反应物引入热的第二再生器床，并使反应物在第二再生器床进行吸热化学反应以形成第二反应产物，由此冷却热的第二再生床；（Ｅ）将所述的第二反应产物送 入待要用氧化剂燃烧的炉中；和（Ｆ）使来自除炉之外的来源的热烟道气经过所述的冷的第一再生器床。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：小林尚，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]