Печь для синтеза

Печь для синтеза может быть использована при получении аммиака, метанола или водорода. В печном пространстве в одной плоскости расположено множество горелок, направленных вниз. Причем выход внешних, расположенных в зоне стенки печи горелок направлен с наклоном к вертикали. Множество вертикальных и параллельных друг другу реакционных труб печного пространства обогреваются снаружи горящими горелками. Наклон направлений выхода отдельных горелок разный и может быть отрегулирован. Данная конструкция обеспечивает улучшение распределение тепла и простоту управления процессом теплопередачи в целом. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к печи для синтеза с окруженным огибающей стенкой печным пространством, в котором, в основном, в одной плоскости расположено множество горелок с направленным вниз направлением выхода и, в основном, множество вертикальных и параллельных друг другу реакционных труб, причем реакционные трубы обогреваются снаружи горящими горелками.

Подобные печи для синтеза, например для получения аммиака, метанола или водорода, достаточно известны и для промышленного применения часто выполнены в виде родовых коробчатых печей со сводовым обогревом с вертикально стоящими реакционными или щелевыми трубами. Эти щелевые трубы расположены рядами и обтекаются сверху вниз технологическим газом. Этот технологический газ подвергается при этом так называемому процессу расщепления. Технологический газ собирают внутри или снаружи печи в выходных коллекторах. В лежащих между рядами труб проходах трубы нагревают посредством расположенных вверху в печи, горящих вертикально вниз горелок, причем образованные горелками дымовые газы проходят через печь сверху вниз и отводятся через расположенный в поде туннель (например, опубликовано в "Ammonia: Principles and Industrial Practice / Max Appl - Weinheim; New York, Chichester; Brisbane; Singapore; Toronto: Wiley-VCH, 1999, ISBN 3-527-29593-3, стр.80-89).

В подобных печах для синтеза, в частности с множеством рядов труб, наблюдается очень неравномерное, в частности во внешних рядах труб, вызванное рециркуляцией течение. Эта рециркуляция приводит к низким температурам дымовых газов и технологического газа во внешних рядах труб по сравнению со средними рядами труб. Эти низкие температуры во внешних рядах негативно сказываются на процессе расщепления. Во внешних рядах горелок происходит, кроме того, отклонение пламени, что ухудшает всю теплопередачу и повышает нагрузку на материал.

Во избежание этих известных проблем уже предлагались различные пути их решения (Fluegas Flow Patterns in Top-fired Steam Reforming Furnaces, P.W.Famell & W.J.Cotton, Synetix, Billingham, England, 44th Annaul Safety in Ammonia Plants and Related Facilities Symposium, Seattle, Washington, Paper No.3e, September 27-30, 1999). Так, было предложено, с одной стороны, эксплуатировать внешние горелки с более высокими скоростями выхода воздуха, а с другой стороны, целенаправленно распределять технологический газ по реакционным трубам в разном количестве. Оба этих решения оказались, однако, неудовлетворительными. Кроме того, было предложено увеличить расстояние между горелками и стенкой печи. Это решение, однако, также не устраняет описанных выше проблем.

Задачей изобретения является улучшение распределения тепла и всего процесса теплопередачи как можно более конструктивно и, с точки зрения техники управления, простым образом.

Эта задача решается, согласно изобретению, у печи для синтеза описанного выше типа за счет того, что, по меньшей мере, внешние, расположенные в зоне стенки печи горелки имеют направление выхода, наклоненное к вертикали от центра печи.

Оказалось, что благодаря этому пути решения, совершенно иному по сравнению с описанными выше известными путями решения, можно конструктивно и, с точки зрения техники управления, простым образом заметно уменьшить отклонение пламени внешних рядов горелок к центру печи. Возникает существенно более равномерное отекание дымовых газов вдоль реакционных труб, улучшается теплопередача, и заметно снижается повышенная нагрузка на материал реакционных труб из-за мест перегрева печей синтеза в соответствии с уровнем техники, в результате чего заметно возрастает срок службы реакционных труб.

Для достижения особенно хорошего распределения тепла или течения дымовых газов предпочтительно предусмотрен разный наклон направлений выхода отдельных горелок. Это означает, что горелки располагают в зависимости от всасывающего действия пламени соседних горелок на соответствующее собственное пламя под соответствующим углом наклона (навстречу всасывающему действию соседних горелок).

При этом совершенно особенно предпочтительным образом предусмотрено, что наклон направлений выхода горелок возрастает от центра печи наружу к стенке печи. В то время как расположенные по центру горелки, например, не имеют наклона, наклон рядов горелок возрастает тогда наружу до максимального значения.

Особенно целесообразным оказался угол наклона, исходя от центра, 0-10°, преимущественно 0-5°.

Для реализации наклона горелок конструктивно предпочтительно предусмотрено, что горелки с наклоненным направлением выхода встроены, в целом, наклонно и/или их отверстие расположено наклонно.

Совершенно особенно предпочтительным образом предусмотрено, что наклон направлений выхода горелок может быть отрегулирован, т.е. он может быть изменен во время эксплуатации печи синтеза для согласования с соответствующими условиями.

Для этого совершенно особенно предпочтительным образом предусмотрено, что для регулирования наклона служит устройство управления, учитывающее рабочие параметры печи синтеза.

Изобретение более подробно поясняется ниже на примере его осуществления с помощью чертежей, на которых изображают:

- фиг.1 принципиальную схему печи для синтеза;

- фиг.2а распределение температуры в печи для синтеза в соответствии с уровнем техники;

- фиг.2b распределение температуры в печи для синтеза согласно изобретению;

- фиг.3а линии течения в печи для синтеза в соответствии с уровнем техники;

- фиг.3b линии течения в печи для синтеза согласно изобретению;

- фиг.4 диаграмму, на которой плотность теплового потока для внешнего ряда труб изображена в зависимости от длины труб для печи для синтеза в соответствии с уровнем техники и печи синтеза согласно изобретению.

Печь синтеза обозначена на фиг.1, в целом, поз.1. Эта печь для синтеза выполнена в форме короба или куба и содержит печное пространство 3, окруженное огибающей стенкой 2.

Внутри печного пространства 3, в основном, вертикально и параллельно друг другу расположено множество реакционных труб 4, по которым сверху подводят технологический газ (не показано). Этот технологический газ течет сверху вниз по реакционным трубам 4 и скапливается в нижней части печи или за ее пределами в выходных коллекторах (не показаны).

В зоне между реакционными трубами 4 или образованными ими рядами в верхней части печного пространства 3, в основном, в одной плоскости расположено множество горелок 5. Эти горелки 5 имеют направленное вниз направление выхода, на фиг.1 для каждой горелки 5 штрихпунктиром обозначена вертикальная ось 6.

Существенно, что, по меньшей мере, внешние, расположенные в зоне стенки 2 печи горелки 5 имеют направление R выхода, наклоненное к вертикали от центра печи 1 синтеза. Этот угол наклона обозначен на фиг.1 буквой α и установлен относительно соответствующей вертикальной оси 6. Понятно, что иначе, чем в двухмерном изображении на фиг.1, этот наклон может проходить также или дополнительно в зависимости от расположения горелок относительно центра печного пространства 3 в плоскости, проходящей поперек плоскости чертежа. Центр печного пространства 3 находится при этом в зоне плоскости размещения средних реакционных труб 4m.

Особенно целесообразно, если наклонены не только направления R выхода внешних горелок 5, но и средних и внутренних горелок, причем расположение тогда таково, что наклон возрастает от внутренних горелок к стенке 2 печи, наклон γ внутренних горелок заметно меньше наклона β средних горелок, а он, в свою очередь, меньше наклона α внешних горелок.

Угол α наклона внешних горелок составляет максимум около 10°, преимущественно 5°, а углы γ и β наклона выбраны подходящим образом меньше.

Наклон горелок 5 может быть реализован по-разному, с одной стороны, может быть предусмотрено, что встроены, в целом, под наклоном горелки или только их отверстия или сопла.

Особенно целесообразно, если наклон горелок 5 выполнен с возможностью регулирования, в частности также во время эксплуатации, в этом случае может быть предусмотрено устройство управления для печи 1 (не показано), которое осуществляет регулирование наклонов с учетом рабочих параметров печи 1.

Благодаря этому выполнению горелок 5 заметно уменьшается отклонение пламени внешних рядов горелок к середине, происходит равномерное или более равномерное отекание дымовых газов вдоль реакционных труб, улучшается теплопередача, и заметно снижается повышенная нагрузка на материал из-за мест перегрева.

Эти преимущества по сравнению с уровнем техники хорошо видны на фиг.2а, 2b и 3а, 3b.

На фиг.2а показано очень неравномерное распределение температуры у традиционной печи для синтеза без наклона горелок. По сравнению с ней на фиг.2b изображено выполнение согласно изобретению, у которого внешние горелки или направление их выхода наклонены на 5° и возникает существенно более однородное распределение температуры.

Аналогичным образом дело обстоит с характером течения, изображенным на фиг.3а, 3b. На фиг.3а изображен характер течения у традиционной печи синтеза без наклона горелок, а на фиг.3b - с наклоном горелок, а именно на 5° у внешних горелок. Нежелательные мертвые зоны (белые пустые поверхности) заметно уменьшены у выполнения согласно изобретению.

На фиг.4 плотность теплового потока для внешнего ряда труб нанесена в зависимости от длины труб, а именно штриховой линий для печи синтеза в соответствии с уровнем техники и сплошной линией для печи для синтеза согласно изобретению с наклоненными на 5° внешними горелками. Видно, что плотность теплового потока в зависимости от длины труб распределена существенно более равномерно у печи для синтеза согласно изобретении.

1. Печь для синтеза с окруженным огибающей стенкой (2) печным пространством (3), в котором, в основном, в одной плоскости расположено множество горелок (5) с направленным вниз направлением выхода, причем, по меньшей мере, внешние, расположенные в зоне стенки (2) печи горелки (5) имеют направление (R) выхода, которое наклонено к вертикали от центра печи, и в котором расположено множество, в основном, вертикальных и параллельных друг другу реакционных труб (4), обогреваемых снаружи горящими горелками (5), отличающаяся тем, что наклон направлений (R) выхода отдельных горелок (5) разный.

2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что наклон направлений (R) выхода горелок (5) возрастает от центра печи наружу к стенке (2) печи.

3. Печь по п.1 или 2, отличающаяся тем, что угол наклона, исходя от центра, составляет 0-10°, преимущественно 0-5°.

4. Печь по п.1, отличающаяся тем, что горелки (5) с наклонным направлением (R) выхода встроены, в целом, наклонно и/или наклонно расположены их отверстия.

5. Печь по п.1, отличающаяся тем, что наклон направлений (R) выхода горелок может быть отрегулирован.

6. Печь по п.5, отличающаяся тем, что для регулирования наклонов предусмотрено устройство управления, учитывающее рабочие параметры печи синтеза.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу получения синтез-газа. .

Изобретение относится к области химического машиностроения. .

Изобретение относится к производству синтез-газа и устройству для его получения. .

Изобретение относится к устройствам, используемым в химической технологии для осуществления процессов полимеризации. .

Изобретение относится к усовершенствованному способу каталитического окисления в паровой фазе, который обеспечивает эффективное удаление реакционного тепла, не допускает образования горячих пятен и обеспечивает эффективное получение целевого продукта.

Изобретение относится к химическому реактору или к теплообменнику с тонкой пластиной для труб, например нефтехимическому и нефтеочистительному реактору. .

Изобретение относится к каталитическому окислению органических веществ в паровой фазе в реакционных трубах многотрубного реактора теплообменного типа с неподвижным слоем катализатора и к способу получения (мет)акролеина или (мет)акриловой кислоты в данных реакторах.

Изобретение относится к способу для получения синтез-газа, включающему стадии реформинга с водяным паром и/или СО2 смеси углеводорода с водяным паром при контакте с твердым катализатором, имеющим активность в реформинге с водяным паром
Изобретение относится к области получения кремния и может быть использовано в производстве кремния полупроводниковой или электронной чистоты

Изобретение относится к способу конденсации карбамата путем конденсации газообразной фазы диоксида углерода и аммиака в жидкую фазу, представляющую собой карбамат в водном растворе и необязательно раствор, содержащий мочевину и не вступившие в реакцию вещества и жидкий аммиак, в конденсаторном аппарате так называемого затопленного типа, содержащем пучок теплообменных труб с определенным количеством труб, предназначенных для конденсации карбамата, в котором в каждую предназначенную для конденсации карбамата трубу подают одновременно и независимо друг от друга газообразную и жидкую фазы

Изобретение относится к структуре катализатора для использования в трехфазном колонном барботажном реакторе

Изобретение относится к устройству для проведения химических реакций, в особенности для проведения экзотермических и сильно экзотермических реакций, при которых газовая фаза направляется поверх засыпки твердого продукта и вводится в реакцию

Изобретение относится к комплекту предварительно изготовленных узлов кожухотрубного реактора, выполненных с возможностью сборки на строительной площадке с образованием кожухотрубного реактора для проведения каталитических реакций в газовой и/или жидкой фазе
Наверх