[发明专利]本安型无焰水套炉

说明书

技术领域

本发明涉及天然气工业，尤其涉及一种本安型无焰水套炉。

背景技术

天然气在开采、输送及应用过程中,多种原因需要对天然气进行加热。因为天然气中含有水合物,在集输和长途输送过程中,为了防止由于天然气温度过低而导致水合物析出凝结成固体,从而堵住管道设备引起事故,需要加热；在天然气应用过程中,往往需要对其减压,而压降较大时会导致天然气温降过大,也需要加热；此外由于工艺需要而需天然气保持一定温度,也需要天然气达到一定的温度，以便进行分离和加工等。因此在天然气减压系统和供气系统中常设置加热设备——水套炉，水套炉是天然气输送应用系统中不可缺少的重要设备。

水套炉内装设有火筒、烟管、盘管等部件，其余部分装入一定量的水，一般为筒体体积的三分之一。燃料在火筒内燃烧产生热能，通过辐射传热和对流传热等过程传递给水，水再将热量传递给盘管内的天然气，使其温度升高。

目前水套炉工作时，是在火筒内喷入天然气和空气的混合物，点火使其燃烧放热，火焰中心最高温度可达2118K，烟气出口温度也高达1166K。如此高的温度，存在一定的安全隐患：如果水套炉内的水蒸干或者发生水泄漏等事故，由于燃烧温度很高，远超过天然气的着火点，会导致天然气爆炸，对设备和人员造成伤害，形成极大的安全隐患。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明提供一种本安型无焰水套炉，用低温催化氧化反应代替传统水套炉火筒中的明火燃烧，消除安全隐患，其具体技术方案如下：

一种本安型无焰水套炉,包括水套炉罐体④、无焰反应管道⑤、天然气管道⑨；所述无焰反应管道⑤和天然气管道⑨设置在水套炉罐体④内，所述无焰反应管道⑤通过其内设置的多孔催化材料将无焰反应管道⑤分为燃料气区和空气区；所述无焰反应管道⑤和天然气管道⑨上分别设置有进气口和出气口，所述无焰反应管道⑤的进气口包括燃料气入口①和空气入口②，燃料气入口①与燃料气区相通，空气入口②与空气区相通。

作为优选项：

所述无焰反应管道⑤的进气口、出气口和天然气管道⑨的进气口、出气口均位于水套炉罐体④外部。

所述无焰反应管道⑤的材料为导热材料。

所述无焰反应管道⑤的材料为具有高导热系数且耐腐蚀的海军黄铜或耐腐蚀的钢材。

所述多孔催化材料的形状为齿轮状或“井”字形。

所述多孔催化材料为过渡金属的氧化物、Pt或Pd、以Pt、Pd为基础的合金中的其中一种或几种的混合物。

所述以Pt、Pd为基础的合金为Pt/C、Pt-Ru、Pt-Sn、Pt-Ni、Pt-Cr、Pd/CZ、Pd/CZ-Al2O3、Pd/La-Al2O3或Pd/W；过渡金属为Fe、Mo、Ni或Co。

所述水套炉罐体④上方设有补水箱⑧，水套炉罐体④下方设置有支架③。

所述无焰反应管中结构可以是单管式、列管式、多层膜式、多层套管式。

水套炉之所以会产生爆炸的危险，根本原因是由于火筒内采用明火燃烧，且燃烧温度远高于天然气的燃点。要解决这一问题，就要避免使用明火，如果考虑利用催化剂使天然气无焰燃烧的方式，既能够放出足够热量（天然气一般只需要加热到60℃左右），又能够将反应温度控制在天然气燃点以下。这样，即使水套炉内的水分蒸干，炉内的温度也不会高于安全范围，从而从根本上避免了可能的安全事故的发生。

燃料气体从燃料气入口通入，与从空气入口通入的空气在催化剂的作用下反应放热。天然气由天然气入口通入，在炉内加热后经出口排出。CH4和O2反应产生的尾气仍具有较高的温度，这部分温度经过烟管传递给水套炉内的水，实现余热回收再由烟囱⑩排出。

采用催化材料是为了降低氧化反应的活化能，使反应能够在天然气着火点以下的温度下进行。由于催化材料本身是热的良导体，反应产生的热量可以传到反应管壁以加热水套炉内的水，水作为热媒，将热量传到天然气管道，从而提高天然气的温度。

反应管内设有由多孔催化材料制成的燃料管道，多孔催化材料用于吸附气体并催化反应的进行。

反应催化材料可制成齿轮型管状，齿部与铜管壁形成的空隙内通入氧气，为反应的阴极，阴极作用是提供氧化剂，催化阴极的还原反应，阴极主要是氧气发生反应，反应式子如下：

O₂(g)+4e-→2O^2-；

催化材料的芯部通入燃料气体，阳极的作用是让燃料气体发生氧化反应，一般使用天然气为燃料气体。天然气中主要成分是甲烷，还可能有少量乙烷及其他气体。反应式子如下：