NO336997B1 - Fremgangsmåte for å drifte en ovn - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen gjelder drift av en ovn (1) som utnytter en hydrogenrik gass som ovnsdrivstoff Ovnen (1) har et flertall brennere (17) for å brenne brennstoff forsynt til disse. Fremgangsmåten omfatter å fremskaffe antennelsesmidler for å antenne en flamme i det minste ved en brenner av flertallet av brennere. En oksygeninneholdende gass og en brennbar gass omfattende en hydrokarbongass blir forsynt til hver av flertallet brennere (17) i mengder som er i stand til å danne en antennbar blanding. En flamme blir antent ved den forhåndsbestemte brenneren og deretter tillatt å spre seg fra i det minste den ene forutbestemte brenneren til de andre brennerne i flertallet av brennere (17). Deretter blir sammensetningen i den brennbare gassen endret over en tidsperiode for å erstatte i det minste hovedandelen av hydrokarbongassen med en hydrogenrik gass inntil at hydrogenflammen er etablert ved hver av flertallet av brennere (17).

Description

Denne oppfinnelsen er rettet mot en fremgangsmåte for å drifte en ovn, mer bestemt en multibrennerovn, som utnytter en hydrogenrik gass som drivstoff.

Når hydrogen blandes med luft kan det oppstå en voldsom eksplosjon ved antennelse av blandingen i et bredt blandingsforholdsområde. Hydrogen har den maksimale laminære brenningshastigheten for hvilken som helst gass. Mens flammehastigheten til en acetylenflamme er ca. 3,5 ganger den til de fleste hydrokarbondrivstoff, er flammehastigheten til hydrogenflammen ca. seks ganger høyere enn for de fleste hydrokarbonene.

I visse kjemiske operasjoner, mer bestemt de som involverer endotermiske reaksjoner slik som dampreformering av naturgass eller en annen hydrokarbonmatestokk, er det viktig å passere reaksjonsblandingen f.eks. en blanding av hydrokarbonmatestokk og damp gjennom reaksjonsrøret til en multirørreaktor som er posisjonert i en egnet ovn og som blir oppvarmet ved hjelp av et flertall brennere. Brennerne i dampreformovner og andre ovner anvendt i kjemiske anlegg kan forsynes med hvilket som helst egnet drivstoff, slik som gassolje, naturgass eller lignende. Hvis det skal brennes forskjellige brennstoff, kan det installeres mer enn én type brenner i ovnen. Det er ofte hensiktsmessig og økonomisk å utnytte en tilgjengelig kilde for forbrennbar avfallsgass som drivstoff i ovnen.

Reaksjonsrørene i en dampreformerovn vil typisk ha nominell diameter på 5 tommer (12,70 cm). De er vanligvis montert med sine akser arrangert hovedsakelig vertikalt i god avstand fra hverandre for å tillate oppvarming ved stråling og konvektiv oppvarming. Brennerne kan arrangeres nær bunnen av ovnen slik at flammene strekker seg hovedsakelig vertikalt oppover, mens reaktantblandingen kan samtidig mates nedover de katalysatorfylte dampreformerrørene. I en annen mer vanlig anordning, er ovnen toppfyrt. I dette tilfellet er brennerne montert nær toppen av ovnen slik at flammene stikker nedover inn i ovnen langs lengden til katalysatorfylte vertikalt monterte reformerrør.

Andre typer kjemiske anlegg som har ovner inkluderer dampkrakkere for etylen og katalytiske reformatorer. Ovnene i slike former for anlegg er generelt toppfyrte eller sidefyrte. Fyrte varmere for varming, slik som raffineriråvarmere og vakuumenhetsvarmere, vil generelt også ha multiple brennere. De kan brenne et hvilket som helst av et vidt felt flytende og gassholdig drivstoff, ofte anvende mer enn én type brenner fra forskjellige drivstoff. I alle slike ovner er brennerne normalt plassert i god avstand fra hverandre og det er vanlig praksis å tenne brenneren én av gangen med individuelle pilotflammer eller med en tenner, som ofte er en tilbaketrekkbar tenner på grunn av at brennerne normalt er plassert for langt fra hverandre for å tillate en pålitelig flammespredning. For å forhindre utbrenning kan brennerne og pilotflammebrennerne være tilbaketrekkbare inn i den ildfaste foringen. Blokkventiler er vanligvis fremskaffet for å tillate at tenningen blir utført på denne måte og for å tillate vedlikehold av brennerne. Dette gjelder også brennere som består av brennermønstre, hvor multiple brennerrekker blir forsynt ved et enkelt forsyningsrør eller ledning fra et felles samlerør. I hvert tilfelle er det vanlig praksis å tenne brennerne individuelt.

I noen situasjoner er en hydrogenrik gass tilgjengelig som avgass-strøm. Imidlertid, hvis en hydrogenrik gasstrøm anvendes som drivstoff for en ovn som har et stort antall brennere, er det potensial for dannelse av store volumer av egnet blandet hydrogen og luft for å dannes over brennerne, som resulterer i en alvorlig risiko for en eksplosjon ved antennelse av den hydrogenrike gasstrømmen. Denne eksplosjonen er i stand til å skade den keramiske foringen til ovnkammerne eller reaksjonsrørene eller andre komponenter i ovnen og utgjør en risiko for operatørene av anlegget.

Det er kjent å anvende en hydrogeninneholdende strøm som drivstoff for en ovn. F.eks. er det kjent å utnytte en metanolanleggspylegass som drivstoff for konvensjonell reformerovn. Men spylegasstrømmen ved oppstarten av et metanolanlegg er imidlertid hydrogenfattig og kun når anlegget er ved full drift blir det tilgjengelig en hydrogenrik spylegass, ved hvilken tid brennerne i ovnen allerede har blitt antent. Dermed vil en eventuell overgang fra hydrogenfattig gass som drivstoff for hydrogenrik spylegass som drivstoff inntreffe kun etter at brennerne allerede er tent.

GB 1037094 A omhandler ovner, spesielt et reformeringsanlegg. Hydrokarboner i gassfase blandes med damp og blandingen føres gjennom en katalysatorholdig refomeringsrør som strekker seg inn i ovnen som holder høy temperatur.

EP 0178853 Bl omhandler en prosess for produksjon av syntesegass og hydrokarboner der mettet hydrokarbon og en oksygenholdig gass har et forhold der mengden hydrokarbon til oksygen er større en det støkiometriske forholdet for fullstendig forbrenning introduseres sammen med hydrogen til en seng av partikulært materiale.

En såkalt kompakt reformer er beskrevet i internasjonal patentpublikasjon nr. 94/29013. Denne har en tettpakket rekke av reaksjonsrør som vanligvis har betydelig mindre diameter enn reaksjonsrørene i konvensjonelle dampreformere. Dermed vil reaksjonsrørene i en kompaktreformer typisk ha f.eks. nominell diameter på 1,5 tomme (3,81 cm) sammenlignet med nominell diameter på 5 tommer (12,70 cm) som er typisk for reaksjonsrørene i en konvensjonell reformer. Videre er reaksjonsrørene plassert mye nærmere hverandre i en kompaktreformer enn i en konvensjonell dampreformer med brennerne tilsvarende posisjonert nærmere hverandre inne i reaksjonsrørrekken.

Siden brennerne er mye nærmere hverandre i en kompaktreformer enn i en konvensjonell reform erovn, er det vanligvis utilstrekkelig rom for å huse individuelle kontrollventiler for hver brenners drivstoffstråle (eng: fuel jet).. Dermed må brennerens drivstoffstråle i dette tilfellet forsynes fra en felles manifold. Videre, siden rommet er begrenset er det ikke praktisk å fremskaffe multiple tennere eller pilotflammer og det vil være en økt risiko for utbrenning av pilottennedrivstoffstrålen sammenlignet med konvensjonelle reformerovner. Autoantenning vil være en annen mulighet men det er ikke klart hvordan dette kan oppnås på en trygg måte. En ytterligere mulighet er å effektuere antennelse ved en ytre brenner i rekken og stole på en flammespredning for å antenne de andre brennerne. Selv om brennerne i en kompaktreformer er nær hverandre for å tillate flammespredning fra én til en annen hvis betingelsene er fordelaktig, er det viktig at det korrekte området av hastigheter, brennstoffsammensetninger og luft/brennstofforhold anvendes hvis risikoen for eksplosjoner og ikke-pålitelig antenning av alle brennerne skal unngås, spesielt når det gjeldende drivstoffet er hydrogen eller en hydrogenrik gass.

Denne oppfinnelsen søker å fremskaffe en fremgangsmåte for å antenne brennere i en ovn som inneholder en rekke tett pakkede brennere, slik som en kompakt reformer på en sikker og pålitelig måte. I tillegg søkes det å fremskaffe en fremgangsmåte for å drifte en ovn med en multiplisitet av brennere som er anordnet i en rekke som ikke er i stand til individuell kontroll, spesielt som ikke er fremskaffet med individuelle kontrollventiler. Oppfinnelsen har som ytterligere målsetning å fremskaffe en fremgangsmåte for å initiere antennelse i en ovn med et flertall brennere uten å anvende individuelle antenningsinnretninger for hver brenner. Oppfinnelsen søker også å fremskaffe en fremgangsmåte som tillater en sikker drift av en ovn som har flere brennere som utnytter en hydrogenrik gass som drivstoff, spesielt under oppstart av ovnen. Oppfinnelsen har ytterligere som målsetning å fremskaffe en fremgangsmåte for å drifte en multibrennerovn som utnytter en hydrogenrik gass som drivstoff hvor risikoen for potensielt farlige eksplosjoner er hovedsakelig fjernet. En ytterligere målsetning av oppfinnelsen er å fremskaffe en fremgangsmåte for å utnytte brennverdien til hydrogenrik avfallsgasstrøm på en sikker måte.

I henhold til denne oppfinnelsen er det fremskaffet en fremgangsmåte for å drifte en ovn som utnytter en hydrogenrik gass som ovnsdrivstoff, hvor ovnen har et flertall brennere for å brenne drivstoff forsynt til disse, hvor fremgangsmåten omfatter

(a) fremskaffe antenningsmidler for å opprette en flamme ved i det minste én forhåndsbestemt brenner utvalgt fra flertallet av brennere, (b) forsyne til hver av flertallet brennere en oksygeninneholdende gass og en brennbar gass omfattende hydrokarbongass i mengder som er i stand til å danne en antennbar blanding, (c) antenne en flamme ved i det minste den ene forhåndsbestemte brenneren, (d) tillate en flamme å spre seg fra den minst ene forhåndsbestemte brenner til de andre brennerne i flertallet av brennere, og (e) endre sammensetningen av den brennbare gassen over et tidsrom for å erstatte i det minste hovedandelen av hydrokarbongassen av en hydrogenrik gass inntil at i det minste forhåndsbestemt hydrogenflamme blir etablert ved hver av flertallet brennere.

Det vil dermed ses at fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen utnytter initielt, i tillegg til den oksygeninneholdende gass, en hydrokarbongass i mengder som er tilstrekkelig til å danne en antennbar blanding. Den oksygeninneholdende gassen og den brennbare gassen forsynes separat til hver av flertallet av brennere i ovnen og deretter, så snart en flamme har blitt antatt i det minste den ene forhåndsbestemte brenneren utvalgt fra flertallet av brennere, blir den resulterende diffusjonsflammen tillatt å spre seg gjennom rekken til hver av de gjenværende brennerne. Så snart en egnet flamme har blitt etablert i hver av flertallet av brennere i ovnen, blir sammensetningen av den brennbare gassen progressivt justert slik at en hydrogenkarbongass erstattes av en hydrogenrik gass, mens luft og brennbare gasstrømhastigheter justeres for å opprettholde en flamme ved hver av flertallet av brennere, og dermed eliminere iboende problemer ved direkte antennelse av den hydrogenrike gassen. Deretter, så snart en flamme har blitt etablert ved å anvende hydrogenrik gass ved hver av flertallet av brennere, kan strømningshastigheten til den hydrogenrike gassen økes opptil full driftshastighet.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen gjelder drift av en ovn som utnytter en hydrogenrik gass som drivstoff. Ovnen har et flertall brennere for å brenne drivstoff forsynt til disse. Fremgangsmåten omfatter å fremskaffe antennelsesmidler for å antenne en flamme ved i det minste én forhåndsbestemt brenner utvalgt av flertallet brennere. En oksygeninneholdende gass og en brennbar gass omfattende hydrokarbongass forsynes til hver av flertallet av brennere i mengder som er i stand til å danne en antennbar blanding. En flamme ble antent ved i det minste én forhåndsbrenneren og tillates å spre seg fra den i det minste ene forhåndsbestemte brenneren til de andre brennerne i flertallet av brennere. Deretter blir sammensetningen av den brennbare gassen endret over en tidsperiode for å erstatte i det minste hovedandelen av hydrokarbongassen med en hydrogenrik gass inntil i det minste en forhåndsbestemt hydrogenflamme ble etablert ved hver av flertallet brennere.

I fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan alle brennere i flertallet av brennere forbindes til en manifold ved hvilket den brennbare gassen blir forsynt.

Under trinnene (a) til (e) blir det fortrinnsvis anvendt en redusert volumstrømshastighet av den brennbare gassen sammenlignet med den potensielle fulle driftsstrømshastigheten for den brennbare gassen, hvis denne skulle være drivstoffet anvendt for å antenne ovnen. Tilsvarende er en redusert strømningshastighet av den hydrogenrike gassen foretrukket under trinnene (a) til (e) sammenlignet med den som gjelder ved full drift av ovnen når den mates med den hydrogenrike gassen. Strømningshastigheten til den oksygeninneholdende gassen kan også være tilsvarende redusert under trinnene (a) til (e). Dermed kan strømningshastigheten til den hydrogenrike gassen under trinnet (e) være mye lavere enn full driftshastighet slik som forestilt av designeren av ovnen, typisk mindre enn ca. 25 % av full driftsstrømshastighet og til og med så lavt som ca. 10 % eller mindre, f.eks. ca. 5 %, av full driftsstrømshastighet. Så snart en hydrogenflamme eller i det minste forhåndsbestemt hydrogenflamme har blitt etablert ved hver av flertallet brennere, kan forsyningshastigheten av den hydrogenrike gassen og oksygeninneholdende gassen økes til fulle driftsstrømningshastigheter. Dermed kan strømningshastigheten til den hydrogenrike gassen under trinnet (e) være redusert sammenlignet med strømningshastigheten til den hydrogenrike gassen under etterfølgende drift av ovnen. Dermed kan strømningshastigheten til den hydrogenrike gassen under trinnet (e) være mindre enn ca. 25 % av full driftsstrømningshastighet til den hydrogenrike gassen som ovnen er designet for.

I mange tilfeller vil det være tilstrekkelig å antenne en flamme i trinn (c) ved en enkelt forhåndsbestemt brenner av flertallet brennere. Det kan imidlertid være hensiktsmessig eller nødvendig å antenne en flamme i trinnet (c) ved to eller flere forhåndsbestemte brennere av flertallet brennere.

Flertallet brennere er fortrinnsvis anordnet i rekker i ovnen slik at en flamme antent ved én eller hver forhåndsbestemte brenner, f.eks. en brenner i en ytre del av rekken, kan spre seg fra i det minste den ene forhåndsbestemte brenneren til de andre brennerne i rekkene.

I en foretrukket prosess er flertallet brennere montert i en toppdel av ovnen slik at flammene fra flertallet brennere strekker seg nedover ved bruk. En slik ovn kan f.eks. være en dampreformerovn som har et flertall av reformerrør, som hver inneholder en ladning av en dampreformende katalysator, hvor reformerrørene er anordnet ved deres akser utstrekkende i en hovedsakelig vertikal retning, mens flertallet av brennere er anordnet i rekker i toppdelen av ovnen for å varme reformerrørene til en dampreformertemperatur ved hjelp av flammene som strekker seg nedover fra flertallet av brennere, og en reaktantblanding omfattende en blanding av damp og hydrokarbonmatestokk som skal reformeres passeres oppover under dampreformingsbetingelser gjennom de varmede reformerrørene. I en slik anordning overkommer fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen problemet med at hvis et forsøk ble utført for å antenne den hydrogeninneholdende gassen direkte, ville den nedadrettede strømmen av luft ikke være tilstrekkelig til å produsere en høy nok nedadgående lufthastighet for å overkomme de naturlige oppdriftskreftene til hydrogen og dermed lede til en stor konvolutt av hydrogen inne i den brennbare regionen som kan antennes på en eksplosiv eller ukontrollert måte. Hvis et annet gassholdig hydrokarbondrivstoff, slik som metan eller naturgass, blir anvendt for å initiere antennelsen i en ovn med nedoverfyring i henhold til fremgangsmåten til oppfinnelsen, vil dens høyere tetthet, smalere brenngrenser, og lavere brennhastighet minimalisere risikoen for eksplosjon ved antennelsestidspunktet.

Alternativt kan flertallet brennere anordnes i en bunndel av ovnen slik at flammene fra flertallet brennere strekker seg oppover ved drift av ovnen.

Antennelsesmidlene for å antenne en flamme ved den forhåndsbestemte én av flertallet brennere kan være et hvilket som helst antennelsesmiddel av kjent type. F.eks. kan det omfatte en piezoelektrisk innretning som produserer en gnist ved aktivering. Alternativt kan det omfatte et elektrisk varmet antennelseselement. Det kan omfatte en pilotstråle ved hvilket en pilotflamme kan etableres for engasjering av forsyningen av brennbare gasser til flertallet av brennere. Det kan være en tilbaketrekkbar antenningsinnretning av kjent type.

Hydrokarbongassen er fortrinnsvis metan eller naturgass. Det kan imidlertid anvendes andre hydrokarbongasser, slik som metan, propan, butan eller en blanding av to eller flere av disse hvis ønskelig i stedet for eller i blanding med naturgass eller metan. Hydrokarbongassen kan blandes med en inertgass, slik som nitrogen, argon eller lignende så lenge innblandingen med luft eller en annen oksygeninneholdende gass kan resultere i en blanding som er brennbar.

I en bestemt foretrukket fremgangsmåte er ovnen som skal driftes en dampreformerovn anvendt for å produsere syntesegass for bruk i et assosiert synteseanlegg, slik som metanolsynteseanlegg, Fischer Tropsch prosessanlegg eller et oksoanlegg for oksosyntese av en olefinmatestokk. Videre kan den hydrogenrike gassen omfatte en ureagert avfallsgasstrøm fra et synteseanlegg.

Den oksygeninneholdende gassen kan være oksygen, oksygenanriket luft, eller luft, men er fortrinnsvis luft. I dette tilfellet kan den brennbare gassen forsynes til den forhåndsbestemte brenneren være naturgass, mens den oksygeninneholdende gassen er luft.

Den brennbare gassen og luften vil typisk forsynes til flertallet av brennere i mengder som er tilstrekkelig for å fremskaffe en blanding på ca. 4 volum% naturgass og 94 volum% luft ved hver av flertallet av brennere. Etter at en flamme har blitt etablert ved hver av flertallet av brennere, kan mengden naturgass som forsynes til flertallet av brennere gradvis økes enten stegvis eller kontinuerlig for å fremskaffe en blanding på ca. 8 volum% naturgass og 92 volum% luft til hver av flertallet brennere.

I en foretrukket fremgangsmåte i trinn (e) endres sammensetningen til den brennbare gassen inntil at den brennbare gassen hovedsakelig består av en hydrogenrik gass. I dette tilfellet kan trinnet (e) effektueres over en periode på ca. 1 sek. til ca. 15 min., fortrinnsvis over en periode fra ca. 2 sek. til ca. 5 min., enda mer fortrinnsvis over en periode fra ca. 5 sek. til ca. 1 min.

I trinn (e) i fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen blir sammensetningen av den brennbare gassen endret at i det minste en hovedandel (dvs. minst ca. 50 %) av hydrokarbongassen er erstattet med den hydrogenrike gassen. Det vil normalt foretrekkes å erstatte i det minste ca. 80 %, og oftere hovedsakelig 100 % av hydrokarbongassen i den brennbaregassen i trinn (b) med den hydrogenrike gassen i trinn (e).

Brennerne er fortrinnsvis montert i en toppdel av ovnen slik at flammene fra i det minste den ene brenneren eller fra rekkene av brennere strekker seg nedover.

Ved å drifte en dampreformerovn i henhold til den oppfinneriske fremgangsmåten kan det etableres en hydrogenflamme i ovnen på en sikker måte.

Den hydrogenrike gassen kan være rent hydrogen eller en brennbar blanding av hydrogen og én eller flere andre gasser, slik som inertgasser (f.eks. nitrogen, argon, og lignende), eller hydrokarbongasser slik som metan, etan, propan, butan og lignende. Den omfatter fortrinnsvis minst ca. 50 volum % hydrogen, mer fortrinnsvis minst ca. 80 volum% hydrogen, opptil ca. 99 volum% eller mer hydrogen. Når ovnen er en dampreformerovn anvendt for å generere ved dampreforming av metan eller naturgass en syntesegass for produksjon av metanol, for Fischer Tropsch prosessen eller for bruk i en oksoprosess, inneholder den resulterende syntesegassen et overskudd av hydrogen som vil bli forklart videre nedenfor, i hvilke tilfeller den hydrogenrike gassen kan være en gjenværende ureagert gass etter det etterfølgende syntesetrinnet eller trinnene.

Hovedreaksjonene som inntreffer i et dampreformerrør er:

Som et resultat inneholder den resulterende syntesegassen et H2:CO molforhold på ca. 3:1 som er noe høyere enn 2:1 H2:CO molforholdet som er nødvendig for metanolsyntesen. Reaksjonene som er involvert i syntese av metanol fra karbonmonoksid og fra karbondioksid, som generelt er til stede som mindre komponenter i syntesegassblandingen er:

I alle tilfeller resulterer syntesen av metanol fra en syntesegass produsert fra dampreforming av metan eller naturgass i en avfallsgasstrøm som er rik på hydrogen, og som er egnet for bruk i fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. Denne avfallsgassen kan hvis nødvendig, utsettes for egnede rensetrinn, slik som trykksvingabsorpsjon for å øke hydrogeninnholdet i gassen før den anvendes som drivstoff i ovnen. Residualgassen som er rik på karbonoksider blir resirkulert til det indre av reaksjonsrørene i metanolsyntesesonen.

Det vil vanligvis være foretrukket å forvarme den brennbare gassen og/eller oksygeninneholdende gassen f.eks. luft for den forsynes til ovnen. En slik forvarming kan effektueres på konvensjonelt vis ved en varmeutveksling mot en egnet varmekilde, slik som avfallsgasser fra ovnen. På denne måten kan varmen fra forbrenningen i brennerne i ovnen anvendes for å optimalisere effektiviteten. I et slikt forvarmingstrinn kan den brennbare gassen og/eller oksygeninneholdende gassen varmes opp til en temperatur i området fra ca. 300°C til ca. 800°C.

I en foretrukket fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen blir den forvarmede brennbare gassen forsynt separat fra den oksygeninneholdende gassen, via en manifold for individuelle forsyningsrør som mater de respektive brennerne. Disse individuelle forsyningsrørene er fri for forsyningskontrollventiler. Den oksygeninneholdende gassen blir forvarmet ved en varmeutveksling med de reformerte gassene og den varme oksygeninneholdende gassen blir anvendt for å varme utsiden av de individuelle forsyningsrørene ved hvilket den brennbare gassen blir forsynt for å forvarme den brennbare gassen.

Når det er ønskelig å stenge ovnen som brenner et hydrogenrikt drivstoff, kan den hydrogenrike gasstrømmen endres til en strøm av ekvivalent volummengde inertgass slik som nitrogen, mens strømmen av oksygenrik gass opprettholdes. Etter hvert som den inerte gassen erstatter den hydrogenrike gassen vil flammene slukkes over et tidsrom. Etter en tilstrekkelig strømningsperiode av den inerte gassen er risikoen for eksplosjoner i brønnmontasjen fjernet og dermed også muligheten for en tilbakeblåsning. Slukking av flammen vil lede til et opprør av dampreformreaksjonen og avkjøling av formerte gassene som går ut av reaksjonsrørene. Ved å opprettholde en strøm av luft gjennom luftinnløpsmanifolden kan avkjølingen av ovnen assisteres.

For at oppfinnelsen skal bli klarere forstått og lettere bli utført vil en foretrukket prosess i henhold til oppfinnelsen bli beskrevet ved hjelp av et eksempel, under referanse til medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 er et topp-planriss av en eksperimentell rigg beregnet for å simulere deler av brennerrekkene og rørrekkene til en kompakt reformerovn av typen angitt i WO-A-94/29013; og

Fig. 2 er en vertikalseksjon gjennom den eksperimentelle riggen i fig. 1.

Med referanse til tegningene, som viser en eksperimentell brennerrigg 1 som omfatter en termisk isolert rektangulær parallellipipedal boks med indre dimensjoner 470 mm lengde x 115 mm bredde og 1625 mm høyde, hvor det er festet en andre boks på 142 mm lengde x 115 mm bredde x 1625 mm høyde. Det er ingen vegger mellom de to boksene slik at de to boksene danner en boks med generelt forskjøvet T-del. Veggene i riggen er dannet av myke stålplater 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 og 9. Riggen er åpen i sin øvre ende 10 men den har en stengt nedre ende dannet av en grunnplate 11 av mykt stål. Over bunnplaten 11 er det en transvers plate 12 også laget av mykt stål som danner toppen av en luftoppsamlerboks 13 og gulvet av et forbrenningsrom inne i riggen 1. Platen 12 er gjennomhullet med 3 mm diameter åpninger 14 slik at luft for forbrenning kan dras fra luftoppsamlerboksen 13 inn i et forbrenningskammer 15. Alle skjøter i riggen er forseglet.

Inne i forbrenningskammeret 15 er det på rekker montert en rekke på atten aluminiumrør 16 med en ytre diameter på 45 mm i jevn avstand langs en 70 mm firkantet kanal. Rørene 16 er dermed anordnet for å gjenskape den eksterne formen til reformerrørene i en kompakt reformerovn. Plassert mellom rørene 16 og ved senteret i den firkantede kanalen er det plassert totalt åtte brennerrør 17 som har en ekstern diameter på 19 mm og en lengde på 150 mm. Seks brennere 17 er anordnet i en rett linje og to er i sidegrenene dannet av veggene 6, 7 og 8. Aluminiumkuler (ikke vist) er tilsatt til en dybde på 50 mm for å fylle rommet mellom rørene 16 og brennerrørene 17 slik at ca. 100 mm av hver av brennerrørene 17 stikker over aluminiumkulene. Brennerrørene 17 blir hver forsynt fra en drivstoffmanifoldboks 18, som er 25 mm høy, gjennom henholdsvis enkle 2 mm hull 19. Hvert brennerrør er omgitt av fire åpninger 14 for forsyning av luft til disse. Denne anordningen av brennerrørene 17 og luftforsyningsåpninger 14 fremskaffer, i kombinasjon med spredningseffekten til aluminakulene, en effektiv fordeling av luft til brennerrørene 17 tilsvarende til den tvungne luftforsyningen til åpent ovnkammer inneholdende reformerrør.

For å tillate observasjoner av flammene og flammespredningen, er det installert et glassvindu 20 i veggen 3 på langsiden i riggen 1. Bunnen på vinduet 20 er i nivå med toppenden 21 til brennerrørene 17. Et 18 mm hull er fremskaffet til hver av veggene 2 og 4 og også i veggen 7 med bunnen av hullet 22 i nivå med toppenden 21 til brennerrørene 17. Dette hullet 22 kan anvendes for innsetting av oksygenpropanflamme for å fungere som en pilottenner for å antenne drivstoffet fra den ved siden av stående brennerrøret 17 og fremskaffe ytterligere innsynsfasiliteter. Et speil (ikke vist) er posisjonert ved en vinkel over den åpne enden 10 til riggen 1 på en slik måte at observasjoner kan utføres ned i riggen 1 uten at observatoren blir utsatt for varme og avgasser.

Oppfinnelsen blir ytterligere illustrert i det etterfølgende eksemplet. I eksemplene er alle gasstrømhastigheter uttrykt som l/time målt ved 0°C og 760 mm kvikksølv (101,33 kPa).

Eksempel 1

Rigg 1 ble anordnet for å forsynes gjennom drivstoff-forsyningsboksen 18 med hovedsakelig ren hydrogengass som drivstoff og gjennom luftoppsamlingsboksen 13 med luft. Strømningshastighetene kunne måles ved å anvende egnede rotametere (ikke vist). En serie tester ble utført som hver varte i noen få sekunder. Prosedyren som ble adoptert involverte etablering av en luftstrøm fra luftforsyningsboksen 13 inn i forbrenningskammeret 15 gjennom åpningene 14 og deretter etablering av en drivstoffstrøm inn i brennerrørene 17 fra drivstoff-forsyningsboksen 18 gjennom åpningene 19. En oksygenpropanpilotflamme ble først injisert i én av antennelseshullene 22, slik at når hydrogengassen deretter ble forsynt via manifolden 18, kunne en flamme tennes ved den tilstøtende brenneren 17. Hvis antennelse ikke inntraff ble drivstoffstrømmen stoppet og luftstrømmen endret til en ny verdi. Drivstoffet ble deretter reforsynt og forsøkt antent igjen. I noen tilfeller ble den ved siden av stående brenneren 17 til den som ble antent med oksygenpropanpilotflammen også antent og spredning av flammen til alle brennere ville ofte inntreffe. Et videoopptak ble gjort ved hvert antennelsesforsøk. I de tilfeller hvor antennelse inntraff ble nitrogen tilsatt til forbrenningskammeret 15 for å slukke flammene og drivstoff-forsyningen ble stoppet. Uten nitrogentilsetning ble det hyppig observert tilbakeblåsninger. Drivstoff-forsyningen ble deretter reetablert ved en ny verdi og forsøkt antent ved en ny strømningshastighet som beskrevet tidligere. For hver drivstoffstrømningshastighet ble et antall forskjellige luftstrømningshastigheter utprøvd. Fra forsøkene ble det bestemt at antennelsen og spredningen ble gjort mulig for en hydrogenstrøm varierende fra 1600 og 5000 l/time med strømningshastigheter på overskuddsluft i området fra ca. 200 % til ca. 400 %. Med andre ord ble antennelse gjort mulig ved å anvende et vektforhold på ca. 10 % til ca. 15 % hydrogen i luftblandingen. Det ble imidlertid observert at antennelse og flammespredning ved å anvende hydrogen som drivstoff var generelt voldsom og uberegnelig. Det var et distinkt «plopp» ved hver brenner når den ble antent fra flammen ovenfor hvert brennerrør 17. Det ble bemerket at ved høyere strømningshastigheter med drivstoff ble frigjøringen av energi større og antatt å være for voldsom, spesielt med lavere overskuddsstrømninger av luft. Lavere drivstoffs strømningshastigheter ble flammen over brennerrørene 17 enten ikke dannet eller var for svak for å fremskaffe tilfredsstillende spredning. Dette var også tilfelle ved høyere strømningshastigheter av overskuddsluft. Det ble bemerket at de beregnede drivstoff/luftblandingene i flere av disse utilfredsstillende lav drivstoff hastighetene var nær de rapporterte lavere brennbarhetsgrensene til hydrogen i luft på 4,0 %.

Eksempel 2

Prosedyren i eksempel 1 ble gjentatt med unntak av at naturgass ble anvendt som et drivstoff. Det ble bestemt at antennelse og flammespredning var mulig over en naturgasshastighet mellom 1450 l/time og 2900 l/time med et forhold på overskuddsluftstrømningshastigheter mellom ca. 80 % og ca. 100 %. Det ble observert at antennelse og spredning med naturgass var ikke voldsom og ikke ustabil.

Eksempel 3

Prosedyren i eksempel 2 ble gjentatt med en luftstrøm på 35000 l/time og en naturgasstrøm på 1700 l/time slik at en stabil flamme ble etter hver brenner. En serie prøver ble deretter utført hvor naturgasstrømningen ble erstattet med en hydrogen med en strømningshastighet på 4800 l/time over ca. 5 sek. til ca. 60 sek. Det var ingen voldsomme eller ustabile endringer i flammene og ingen eksplosjoner under eller etter overgangen mellom drivstoffene.

Eksempel 4

Riggen 1 ble invertert med en virenetting tilsatt for å forhindre at aluminakulene detter ut. Prosedyren i eksempel 1 ble gjentatt med tilsvarende resultater med unntak av at flammene brenner nedover.

Eksempel 5

Med riggen 1 invertert blir prosedyren i eksempel 2 gjentatt med tilsvarende resultater med unntak av at flammene brenner nedover.

Eksempel 6

Prosedyren i eksempel 3 ble gjentatt med riggen 1 fortsatt invertert. Tilsvarende resultater ble oppnådd med flammene brennende nedover.

Claims (14)

1. Fremgangsmåte for å drifte en ovn som utnytter hydrogenrik gass som ovnsdrivstoff, hvor ovnen har et flertall av brennere for å brenne drivstoff forsynt til disse, karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter: (a) fremskaffe antennelsesmidlet for å antenne en flamme ved i det minste én forhåndsbestemt brenner utvalgt fra flertallet av brennere; (b) forsyne til hver av flertallet brennere en oksygeninneholdende gass og en brennbar gass omfattende hydrokarbongass i mengder i stand til å danne en antennbar blanding; (c) antenne en flamme ved i det minste én forhåndsbestemt brenner; (d) tillate at en flamme sprer seg fra i det minste den ene forhåndsbestemte brenneren til de andre brennerne i flertallet av brennere; og (e) endre sammensetningen av den brennbare gassen over en tidsperiode for å erstatte i det minste hovedandelen av hydrokarbongassen med en hydrogenrik gass inntil at i det minste den forutbestemte hydrogenflammen er etablert ved hver av flertallet av brennere.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert vedat flertallet brennere er anordnet i rekker i ovnen slik at en flamme antent ved i det minste den ene forhåndsbestemte brenneren kan spre seg til hver av de andre brennerne i rekkene.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert vedat flertallet brennere er montert i en toppdel av ovnen slik at flammene fra flertallet av brennere strekker seg nedover under drift av ovnen.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller krav 2, karakterisert vedat flertallet brennere er montert i en bunndel av ovnen slik at flammene fra flertallet brennere strekker seg oppover under drift av ovnen.

5. Fremgangsmåte i henhold til hvilket som helst av kravene 1-3,karakterisert vedat ovnen er en dampreformerovn som har et flertall reformerrør, hver inneholdende en ladning av dampreformerende katalysator, reformerrørene er anordnet ved deres akser strekkende i hovedsakelig vertikal retning, hvor flertallet av brennere er anordnet i rekker i en toppdel av ovnen for å varme reformerrørene til en dampreformeringstemperatur ved hjelp av flammer som strekker seg nedover fra flertallet av brennere, og hvor en reaktantblanding omfattende en blanding av damp og hydrokarbonmatestokk som skal reformeres passeres oppover under dampreformeringsbetingelser gjennom de varmede reformerrørene.

6. Fremgangsmåte i henhold til hvilke som helst av kravene 1-5,karakterisert vedat hydrokarbongassen omfatter metan eller naturgass.

7. Fremgangsmåte i henhold til hvilke som helst av kravene 1-6,karakterisert vedat ovnen er en dampreformerovn anvendt for å produsere syntesegass for et nedstrøms synteseanlegg og hvor den hydrogenrike gassen omfatter en ureagert avfallsgasstrøm fra det nedstrøms synteseanlegget.

8. Fremgangsmåte i henhold til krav 7, karakterisert vedat nedstrøms synteseanlegget velges fra metanolsynteseanlegg, et Fischer Tropsch anlegg, og et oksoanlegg.

9. Fremgangsmåte i henhold til hvilket som helst av kravene 1-8,karakterisert vedat den brennbare gassen forsynes til den forhåndsbestemte brenneren i trinn (b) er naturgass, hvor den oksygeninneholdende gassen er luft, og hvor den brennbare gassen og luft blir forsynt til flertallet brennere i mengder tilstrekkelig for å fremskaffe en blanding på ca. 4 volum% naturgass og ca. 96 volum% luft til hver av flertallet av brennere.

10. Fremgangsmåte i henhold til krav 9, karakterisert vedat etter at en flamme har blitt etablert ved hver av flertallet av brennere, blir mengden naturgass forsynt til flertallet brennere økt, stegvis eller kontinuerlig, for å fremskaffe en blanding på ca. 8 volum% naturgass og ca. 92 volum% luft.

11. Fremgangsmåte i henhold til hvilke som helst av kravene 1-10,karakterisert vedat i trinnet (e) blir sammensetningen av den brennbare gassen endret inntil at den brennbare gassen hovedsakelig består av hydrogenrik gass.

12. Fremgangsmåte i henhold til krav 11, karakterisert vedat trinnet (e) blir effektuert over en tidsperiode fra ca.

5 sek. til ca. 1 min.

13. Fremgangsmåte i henhold til hvilket som helst av kravene 1-12,karakterisert vedat strømningshastigheten til den hydrogenrike gassen under trinnet (e) blir redusert sammenlignet med strømningshastigheten til den hydrogenrike gassen under den etterfølgende driften av ovnen.

14. Fremgangsmåte i henhold til krav 13, karakterisert vedat volumstrømshastigheten til den hydrogenrike gassen under trinnet (e) er mindre enn ca. 25 % av den fulle driftsstrømshastigheten til hydrogenrik gass ved hvilket ovnen er beregnet for.