[实用新型]燃烧器

说明书

技术领域

本发明涉及燃烧器(burner)的领域。具体地，本发明涉及用于重整反应器的燃烧器的领域。还更具体地，本发明涉及适合于二次重整反应器的燃烧器的领域。 

背景技术

一次和二次重整反应器在用于生产诸如氨和甲醇的物质的设备中起基本作用。 

例如，在氨生产的情况中，重整的目的是从水、空气和天然气的原料开始，生产化学计量比为3比1的氮气和氢气的气体混合物。实现这个比例的反应式如下： 

1) (甲烷重整反应) 

2) (燃烧反应) 

3) (水煤气变换反应) 

甲烷重整反应是吸热的并且发生在一次重整器中。而相反，燃烧反应是放热的并且与甲烷重整反应和水煤气变换反应一起发生在二次重整器中。 

更详细地，在氨设备中，天然气首先被清洁并且与蒸汽混合。在第二阶段中，发生在一次重整器中，甲烷和水通过甲烷重整反应转化成氢气和一氧化碳。然而，甲烷重整反应在一次重整器中并没有完成并且形成由一次重整器输出的甲烷、水、一氧化碳以及氢气的混合物，其通常称为过程气体(process gas)。因此，二次重整反应(燃烧反应) 在二次重整器中执行。具体地，空气或富含氧气的空气在二次重整器中添加到由一次重整器输出的过程气体中。在该步骤中，形成过程气体/空气火焰，并且氧化剂的燃烧产生大约1250℃的温度，这导致甲烷的进一步重整。余下的一氧化碳通过蒸汽转化成二氧化碳和氢气(水煤气变换)。最终移除二氧化碳和过量蒸汽并且所得到的混合物包含25％的氮气和75％的氢气，这对于氨合成是适当的组合。 

在甲醇设备中，在类似于用于氨设备的二次重整器的反应器中使用纯氧气而不是空气通过所谓的自热重整执行二次重整。 

过程气体和氧化剂通过燃烧器引入二次重整器。具体地，燃烧器设计成以便保证稳定的火焰和高燃烧强度进入发生需热反应的二次重整器。 

图1中以横截面示意性示出适合于二次重整的重整反应器的示例。重整反应器100由压力外壳150封闭并且它设置有适于至少容纳燃烧器200的端部的上开口。过程气体和氧化剂通过燃烧器200供应到反应器100的燃烧室110中。燃烧反应发生在燃烧室110中，这里产生反应所必需的热。因此，为了优化燃烧室110的设计，室的侧壁由耐火衬140覆盖。燃烧室110通过目标瓦(target tile)120从反应器的催化剂床130分开。具体地，目标瓦120放置在催化剂床130上方以保护催化剂不被从燃烧器200进入燃烧室110的气流搅动。气体流过催化剂床130并且反应的产物从反应器的底部(图中未示出)进行收集。图1中示出的反应器100围绕对称轴线h柱形对称。 

为了优化重整器的设计，燃烧器的设计起关键作用。 

具体地，对于满意的二次重整器性能的关键参数是过程气体和氧化剂的有效混合。实际上，不均匀混合可导致在催化剂床上方和进入催化剂床的大的温度变化，引起完成的重整度的变化并且经常产生不良的总重整平衡。在这些情况下，即使催化剂极为有活性，反应的过程也没有优化并且不均匀混合可导致大量的反应物残余。气体混合的效率主要取决于燃烧器设计。 

除了引起低效的气体混合之外，当在这些区域中存在热气和/或火焰的冲击时，不良设计的燃烧器可损坏反应器壁、耐火衬、目标瓦或甚至燃烧器自身。例如，如果燃烧器的大的区域长时间暴露于火焰，则燃烧器的使用寿命极大地减少。 

而且，由燃烧器形成的火焰必须保持远离燃烧室的侧壁的耐火衬和远离覆盖催化剂床的瓷瓦。这些部分的过热不仅是造成损坏和反应器的使用寿命的减少的原因，而且是造成氧化铝从这些部分上蒸发的原因。氧化铝蒸发导致在催化剂中红宝石(ruby)形成，因此使催化剂中毒并且降低它的活性。红宝石形成因此可引起反应器中的压降和对反应器的早早关闭的需要以防止热气沿压力外壳的旁通。因此，用于重整反应器的燃烧器的设计中的一个主要挑战是使由火焰占据的容积最小而同时不影响用于发生反应的必需的热量的供应。 

关于用于重整反应器的燃烧器的设计的另一个问题是在反应器内部的温度分布。具体地，希望获得尽可能均匀的温度分布。实际上，产物产出高度取决于催化剂床中的温度分布。如以上已经关于低效气体混合的问题所解释的，反应器中的非均匀温度分布引起完成的重整度的变化并且经常产生不良的总重整平衡。 

实用新型内容

因此，本发明的目的是提供燃烧器，其提供反应器中的改进的温度分布。