способ и устройство для получения нагретого теплоносителя

Формула изобретения

1. Способ получения нагретого теплоносителя, включающий каталитическое беспламенное сжигание топлива в смеси с воздухом и несжигаемым компонентом и последующую подачу образовавшегося теплоносителя на утилизацию, причем топливовоздушную смесь перед подачей на сжигание нагревают полученным теплоносителем, отличающийся тем, что несжигаемым компонентом является также воздух, общее количество которого в смеси с топливом превышает стехиометрически необходимое для сжигания топлива в 3 - 10 раз.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев смеси производят частью отработавшего теплоносителя, а другую часть теплоносителя с помощью эжектора соединяют с потоком нагретой топливовоздушной смеси и вновь направляют на сжигание.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что соотношение соединяемых в эжекторе потоков топливовоздушной смеси и части отработавшего теплоносителя составляют 1 : 1,5 - 8,0.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что давление в смеси топлива и воздуха составляет до 5 атм.

5. Устройство для получения нагретого теплоносителя, включающее последовательно соединенные трубопроводами компрессор, рекуперационный теплообменник и камеру сгорания с каталитической насадкой, причем выход камеры сгорания соединен с рекуперационным теплообменником, отличающееся тем, что между рекуперационным теплообменником и камерой сгорания установлен эжектор, выход камеры сгорания соединен с рекуперационным теплообменником через утилизатор, а соединительный трубопровод между утилизатором и рекуперационным теплообменником имеет ответвление к эжектору.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к получению теплоносителей, преимущественно в процессах нефтепереработки, и, в частности, могут быть использованы для повышения температуры сырья на входе в реактор каталитического риформинга углеводородов.

Известен способ регулирования процесса каталитического риформинга углеводородов, предусматривающий перед входом в реактор нагрев сырья в печи с открытым сжиганием топлива [1]. Недостатком способа является излишне высокая температура, развивающаяся в процессе сжигания газа, что приводит к образованию в продуктах горения (теплоносителе) нежелательных вредных веществ, например, окислов азота.

Известны способ и устройство для нагрева нефтяных пластов [2]. В устройстве, опускаемом в скважину, осуществляют беспламенное сжигание газовоздушной смеси на катализаторе и последующее разбавление продуктов горения воздуха для получения заданной температуры перед нагнетанием теплоносителя в пласт. Недостатком известного способа также является высокая температура сжигания газа, приводящая к образованию окислов азота. Последующее разбавление воздухом для снижения температуры теплоносителя не устраняет уже образовавшиеся окислы азота. Кроме того, при используемых соотношениях топлива и окислителя близких к стехиометрическим, топливо, как правило, сгорает неполностью.

Наиболее близкими известными аналогами являются способ и устройство для получения нагретой рабочей среды [3]. Способ предусматривает смешение топлива с воздухом и водой и последующее сжигание полученной смеси на катализаторе в камере сгорания. Присутствие воды в сжигаемой смеси понижает температуру процесса и предотвращает образование окислов азота. Однако использование дополнительного компонента заметно усложняет применяемое оборудование, а присутствие в теплоносителе паров воды создает в дальнейшем проблему сбора и удаления конденсата.

Указанные недостатки известных процессов и устройств в значительной степени устраняются предлагаемым изобретением.

Способ получения нагретого теплоносителя согласно изобретению включает каталитическое беспламенное сжигание топлива в смеси с воздухом, количество которого превышает стехиометрически необходимое для сжигания топлива в 3-10 раз. Топливовоздушную смесь перед подачей на сжигание предварительно подогревают. Воздух в предлагаемом способе выполняет функции окислителя и охлаждающего (разбавляющего) несжигаемого компонента. Образовавшийся в результате сжигания топлива теплоноситель направляют на утилизацию, преимущественно на нагрев сырья в процессе риформинга углеводородов.

Нагрев топливовоздушной смеси перед подачей на сжигание можно производить частью отработавшего теплоносителя. Другую часть теплоносителя с помощью эжектора соединяют с потоком нагретой топливовоздушной смеси и вновь направляют в камеру сгорания.

Соотношение соединяемых в эжекторе потоков топливовоздушной смеси и части отработавшего теплоносителя может составлять 1:1,5 - 1:8. Последнее значение является более предпочтительным, но его поддержание требует использования особо мощных компрессоров. На практике давление в смеси топлива и воздуха составляет до 5 атмосфер, но может быть и выше.

Устройство для получения нагретого теплоносителя включает последовательно соединенные трубопроводами компрессор, рекуперационный теплообменник, эжектор и камеру сгорания с каталитической насадкой, причем выход камеры сгорания соединен с рекуперационным теплообменником через утилизатор тепла (преимущественно представляющем собой теплообменник установки для риформинга углеводородов). Соединительный трубопровод между утилитизатором и рекуперационным теплообменником имеет ответвление к эжектору. Газообразное топливо также поступает в описываемое устройство через эжектор.

На чертеже показана принципиальная схема предлагаемого устройства для получения нагретого теплоносителя, где 1 - компрессор; 2 - рекуперационный теплообменник; 3 - эжектор; 4 - камера сгорания с каталитической насадкой; 5 - утилизатор тепла; 6 - соединительный трубопровод между утилизатором 5 и рекуперационным теплообменником 3; 7 - ответвление от соединительного трубопровода 6 к эжектору 3; 8 - трубопровод сброса отработавшего теплоносителя.

Работа устройства поясняется на конкретном примере.

Топливовоздушную смесь в количестве 600 кг/ч по воздуху и 5 кг/ч по топливу подают в камеру сгорания 4 с каталитической насадкой из оксида алюминия с покрытием из металлов платиновой группы. Топливом служит спутный газ, для сгорания которого стехиометрическое количество воздуха составляет примерно 15 кг на 1 кг топлива. В утилизатор 5 тепла поступает кг/ч теплоносителя. Разность между расходами топливовоздушной смеси и теплоносителем возникает за счет рециркуляции с помощью эжектора 3 части отработанного теплоносителя. Температура теплоносителя на выходе из каталитической камеры сгорания составляет 740^oC; степень сгорания топлива - 99,7%. Окислы азота и монооксид углерода практически отсутствуют. Регулирование процесса осуществляется изменением расхода топлива. Передаваемая мощность составляет 52 кВт при КПД устройства 78%.