(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の空気を供給するように構成された第１の空気供給と；
第２の空気を供給するように構成された第２の空気供給と；
第１の反応セクションと；
前記第２の空気を受けるように構成された熱交換セクションであって、前記第２の空気
を加熱するように構成された熱源を有する前記熱交換セクションと；
前記第１の空気と混合する燃料を放出するように構成され、および、燃料／空気混合気
に点火するように構成されたバーナーノズルを有するバーナーと；
前記熱交換セクションから、前記点火された燃料／空気混合気、および、前記熱交換セクションで加熱された空気を受けるように構成されたダクトであって、前記加熱された第２の空気が前記バーナーの下流の位置で前記点火された燃料／空気混合気と混合するように、この加熱された第２の空気を受けるように構成され、かつ、前記第１の反応セクションに接続された出口を有する前記ダクトと、を具備し、前記バーナーは、前記第２の空気が前記バーナーを介して移動しないように、構成されている炭化水素蒸気改質装置。
【請求項２】
前記熱交換セクションは、前記第１の反応セクションに流体接続される第２の反応セク
ションである、請求項１に係る炭化水素蒸気改質装置。
【請求項３】
前記第１の反応セクション、および、前記第２の反応セクションは、単一のハウジング
の中で提供される、請求項２に係る炭化水素蒸気改質装置。
【請求項４】
前記熱交換セクションの前記熱源は、前記第１の反応セクションに流体接続される第２
の反応セクションによって加熱された流体である、請求項１に係る炭化水素蒸気改質装置
。
【請求項５】
前記熱交換セクションの前記熱源は、前記第１の反応セクションによって加熱される流
体である、請求項１に係る炭化水素蒸気改質装置。
【請求項６】
単一の空気供給ソースは、前記第１の空気供給、および、前記第２の空気供給に空気を
送るように構成されている、請求項１に係る炭化水素蒸気改質装置。
【請求項７】
前記バーナーは、内部に提供されるバーナーノズルを有するスリーブを含み、
前記スリーブは、このスリーブの外側の周辺部周りに前記第２の空気供給から供給され
た前記加熱された第２の空気のための流れ領域を形成するように、前記ダクト内に延びる
、請求項１に係る炭化水素蒸気改質装置。
【請求項８】
前記ダクトは、円筒状であり、
前記スリーブは、円筒状であり、
前記スリーブは、ダクトと実質的に同軸であり、および、前記流れ領域は、環状形状で
ある、請求項７に係る炭化水素蒸気改質装置。
【請求項９】
前記熱交換セクションから前記第２の空気を受け、前記ダクト内に前記第２の空気を放
出するように構成されているディフューザセクションを更に具備する請求項１に係る炭化
水素蒸気改質装置。
【請求項１０】
前記第１の空気供給は、第１の可変速度ブロワーであり、および、前記第２の空気供給
は、第２の可変速度ブロワーである、請求項１に係る炭化水素蒸気改質装置。
【請求項１１】
前記第１の空気供給は、分流弁組立体に接続される第１のダクトであり、および、前記
第２の空気供給は、分流弁組立体に接続される第２のダクトであり、
前記分流弁組立体は、単一のブロワーに接続される、請求項１に係る炭化水素蒸気改質
装置。
【請求項１２】
付加的な空気と混合するための付加的な燃料を放出するように構成され、および、前記
付加的な燃料／空気混合気に点火するように構成されたバーナーノズルを有する付加的な
バーナーと、
前記点火された付加的な燃料／空気混合気、および、前記点火された燃料／空気混合気
、並びに、前記ダクトからの前記加熱された第２の空気を受けるように構成された付加的
なダクトと、を更に具備し、
前記付加的なダクトは、前記第１の反応セクションに接続される出口を有している、請
求項１に係る炭化水素蒸気改質装置。
【請求項１３】
第１の空気供給から供給される空気を受けるように構成された第１の空気入口と；
前記第１の空気と混合するために燃料を放出するように構成され、および、燃料／空気
混合気に点火するように構成されたバーナーノズルを有するバーナーと；
第２の空気供給から供給される加熱された空気を受けるように構成された第２の空気入
口と；
点火された燃料／空気混合気、および、加熱された空気を受けるように構成されたダク
トと、を具備し、
前記ダクトは、前記加熱された空気が前記バーナーの下流の位置で、前記点火された燃
料／空気混合気と混合するように、前記第２の空気供給から加熱された空気を受けるよう
に構成され、かつ、炭化水素蒸気改質装置に接続するように構成された出口を有しており、前記バーナーは、前記第２の空気供給から前記加熱された空気がこのバーナーを介して
移動しないように、構成されている、炭化水素蒸気改質装置の空気供給システム。
【請求項１４】
単一の空気供給ソースは、前記第１の空気供給、および、前記第２の空気供給に空気を
送るように構成されている、請求項１３に係る炭化水素蒸気改質装置の空気供給システム
。
【請求項１５】
前記バーナーは、内部に提供されるバーナーノズルを有するスリーブを含み、
前記スリーブは、このスリーブの外側の周辺部周りに前記第２の空気供給から供給され
た前記加熱された空気のための流れ領域を形成するように、前記ダクト内に延びる、請求
項１３に係る炭化水素蒸気改質装置の空気供給システム。
【請求項１６】
前記ダクトは、円筒状であり、
前記スリーブは、円筒状であり、
前記スリーブは、前記ダクトと同軸であり、および、前記流れ領域は、環状形状である
、請求項１５に係る炭化水素蒸気改質装置の空気供給システム。
【請求項１７】
前記第２の空気供給から供給された前記加熱された空気を受け、および、前記ダクト内
に前記加熱された空気を放出するように構成されたディフューザセクションを更に具備す
る請求項１３に係る炭化水素蒸気改質装置の空気供給システム。
【請求項１８】
前記第１の空気供給は、第１の可変速度ブロワーであり、および、前記第２の空気供給
は、第２の可変速度ブロワーである、請求項１３係る炭化水素蒸気改質装置の空気供給
システム。
【請求項１９】
前記第１の空気供給は、分流弁組立体に接続される第１のダクトであり、および、前記
第２の空気供給は、前記分流弁組立体に接続される第２のダクトであり、
前記分流弁組立体は、単一のブロワーに接続される、請求項１３に係る炭化水素蒸気改
質装置の空気供給システム。
【請求項２０】
付加的な空気と混合するための付加的な燃料を放出するように構成され、および、前記
付加的な燃料／空気混合気に点火するように構成されたバーナーノズルを有する付加的な
バーナーと、
前記点火された付加的な燃料／空気混合気、および、前記点火された燃料／空気混合気
、並びに、前記ダクトからの前記加熱された第２の空気を受けるように構成された付加的
なダクトと、を更に具備し、
前記付加的なダクトは、前記炭化水素蒸気改質装置に接続するように構成されている出
口を有している、請求項１３に係る炭化水素蒸気改質装置の空気供給システム。
【請求項２１】
第１の反応セクションを有する炭化水素蒸気改質装置に空気を供給する方法であって、
第１の空気を供給する第１の空気供給を提供することと；
前記第１の空気と混合するための燃料を放出するための、および、燃料／空気混合気に
点火するためのバーナーノズルを有するバーナーを提供することと；
加熱された第２の空気を供給するための第２の空気供給を提供することと；
前記点火された燃料／空気混合気、および、加熱された第２の空気を受けるためのダク
トを提供することと、を具備し、
前記ダクトは、前記加熱された第２の空気が前記バーナーの下流の位置で、前記点火さ
れた燃料／空気混合気と混合するように、前記加熱された第２の空気を受け、かつ、前記
第１の反応セクションに接続される出口を有し、前記加熱された第２の空気は、前記バーナーを介して移動しない、方法。
【請求項２２】
前記加熱された第２の空気は、前記第１の反応セクションに流体接続される第２の反応
セクションを介して供給される、請求項２１に係る方法。
【請求項２３】
前記第１の反応セクション、および、前記第２の反応セクションは、単一のハウジング
の中で提供される、請求項２２に係る方法。
【請求項２４】
前記加熱された第２の空気は、前記第１の反応セクションに流体接続される第２の反応
セクションによって、加熱された流体である熱源を有する熱交換セクションを介して供給
される、請求項２１に係る方法。
【請求項２５】
前記加熱された第２の空気は、前記第１の反応セクションによって、加熱された流体で
ある熱源を有する熱交換セクションを介して供給される、請求項２１に係る方法。
【請求項２６】
単一の空気供給ソースは、前記第１の空気供給、および、前記第２の空気供給に空気を
送る、請求項２１に係る方法。
【請求項２７】
前記バーナーは、内部に提供されるバーナーノズルを有するスリーブを含み、
前記スリーブは、このスリーブの外側の周辺部周りに前記第２の空気のための流れ領域
を形成するように、前記ダクト内に延びる、請求項２１に係る方法。
【請求項２８】
前記ダクトは、円筒状であり、
前記スリーブは、円筒状であり、
前記スリーブは、前記ダクトと同軸を提供され、および、前記流れ領域は、環状形状で
ある、請求項２７に係る方法。
【請求項２９】
前記ダクトに入る前記第２の空気の気流率は、前記ダクトに入る前記第１および第２の
気流率の合計の５０％と、８０％との間である、請求項２１に係る方法。
【請求項３０】
前記ダクトに入る前記第２の空気の気流率は、前記ダクトに入る前記第１および第２の
気流率の合計の５０％と、７０％との間のある、請求項２１に係る方法。
【請求項３１】
前記バーナーの出口を介する第１の空気の速度に対する前記流れ領域を介する前記第２
の空気の速度の比率は、少なくとも１：１である、請求項２８に係る方法。
【請求項３２】
前記バーナーの出口を介する第１の空気の速度に対する前記流れ領域を介する前記第２
の空気の速度の比率は、少なくとも１．５：１であり、および、５：１未満である、請求
項２８に係る方法。
【請求項３３】
前記第２の空気を受けるための、および、前記ダクト内に前記第２の空気を放出するた
めのディフューザセクションを提供することを更に具備する請求項２１に係る方法。
【請求項３４】
前記ディフューザセクションは、０．１以下のマッハ数を有して、前記ダクトに入る前
記第２の空気を提供する、請求項３３に係る方法。
【請求項３５】
前記第２の空気は、５００℃と、８００℃との間の温度で前記第２の反応セクションを
出る、請求項２２に係る方法。
【請求項３６】
前記バーナーは、１１００℃と、１７５０℃との間の断熱温度で、前記第１の空気供給
、および、前記燃料供給との間の一次炎を有する、請求項２１に係る方法。
【請求項３７】
前記点火された燃料／空気混合気、および、前記第２の空気の混合気は、９００℃と、
１１００℃との間の温度で前記ダクトの前記出口を出る、請求項２１に係る方法。
【請求項３８】
前記点火された燃料／空気混合気、および、前記第２の空気の混合気は、９５０℃と、
１０５０℃との間の温度で前記ダクトの前記出口を出る、請求項２１に係る方法。
【請求項３９】
前記第１の空気供給は、第１の可変速度ブロワーであり、および、前記第２の空気供給
は、第２の可変速度ブロワーである、請求項２１に係る方法。
【請求項４０】
前記第１の空気供給は、分流弁組立体に接続される第１のダクトであり、および、前記
第２の空気供給は、前記分流弁組立体に接続される第２のダクトであり、
前記分流弁組立体は、単一のブロワーに接続される、請求項２１に係る方法。
【請求項４１】
付加的な空気と混合するための付加的な燃料を放出するための、および、前記付加的な
燃料／空気混合気に点火するためのバーナーノズルを有する付加的なバーナーを提供する
ことと、
前記付加的な点火された燃料／空気混合気、および、前記点火された燃料／空気混合気
、並びに、前記ダクトからの加熱された第２の空気を受けるための付加的なダクトを提供
することと、を更に具備し、
前記付加的なダクトは、前記第１の反応セクションに接続される出口を有している、請
求項２１に係る方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リアクタのための空気供給システムに、および、リアクタで使用されるためのバーナー構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の炭化水素蒸気改質装置リアクタは、自然通風か吹出し送風機（ｉｎｄｕｃｅｄ  ｄｒａｆｔ  ｆａｎｓ）から部分的か全部の誘導された燃焼空気供給によって作動する。このような動作は、非常に低圧をドライブする力が利用可能であるために、空気を利用する熱回収を難しくさせる。加圧燃焼空気供給を有する改質装置は、有利に実質的な熱回収のための燃焼用空気を使用するが、燃焼用空気を圧縮する高エネルギーの不利益を負う。
【０００３】
圧縮空気を利用する典型的な蒸気改質装置は、図１２に記載される。図１２において記載されるリアクタ１０は、米国特許第６，４９７，８５６号からのものであり、それは、単一のハウジング、ハウジングの下端の水性ガスシフトセクション（ｗａｔｅｒ  ｇａｓ  ｓｈｉｆｔ  ｓｅｃｔｉｏｎ）８、および、ハウジングの上端の水蒸気改質セクション（ｓｔｅａｍ  ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ  ｓｅｃｔｉｏｎ）７を中に含む。このような構成において、気化された水、および、燃料は、入口２でリアクタ１０に入り、それで、管３に入り、流れが水蒸気改質セクション７内で触媒システム５を介して通過し、そして、水性ガスシフトセクション８内で触媒システム６を通過し、そうすると、流れ（それは、現在、改質油（ｒｅｆｏｒｍａｔｅ）である）は、出口４を介してリアクタ１０を出る。
【０００４】
図１２において記載されるリアクタ１０の中で化学プロセスを実行するために、圧縮空気は、水性ガスシフトセクション８の管３で外側を冷却するのに使用され、熱い燃焼ガスは、水蒸気改質セクション７の管３の外側を加熱するのに使用される。水性ガスシフトセクション８において、冷たい圧縮空気は、冷えた空気入口１２を介してリアクタ１０に入り、それでリアクタ１０の下部で水性ガスシフトセクション８のシェル側を介して移動し、そして、温風出口１３でリアクタ１０を出る。分割壁１４は、水性ガスシフトセクション８のシェル側の中の空気流れを、温風出口１３を回避することから妨げるために提供される。温風出口１３を介して出た後、空気は、外部バーナー組立体１８に移動し、リアクタ１０の熱水蒸気改質セクション７に適切な温度で熱い燃焼ガスを生成するために、順番に燃料と空気を混合し、そして、混合気に点火する。熱い燃焼ガスは、加熱された燃焼ガス入口１５を介して、リアクタ１０中に注入される。水蒸気改質セクション７において、熱い燃焼ガスは、入口１５を介して入り、それでリアクタ１０の上部で水蒸気改質セクション７のシェル側を介して移動し、そして、冷却された燃焼生成物出口１６で、リアクタ１０を出る。水性ガスシフトセクション８のシェル側を通って流れている空気、および、水蒸気改質セクション７のシェル側を通って流れている燃焼ガスの温度の制御は、適切な反応が管３内のガス流れと、管内で提供される触媒システム５および６との間に導かれることを確保するために極めて重大である。
【０００５】
燃焼用空気で熱回収を使用している蒸気改質装置の個々の不利な点は、速度が非常に増加し、したがって、予熱空気を有する与えられたバーナーを介して、圧力降下が非常に増加する。かくして、与えられたバーナーに対して、燃焼用空気を予熱していることによって、増加された熱回収は、空気供給を圧縮する圧力損失、および、したがって、パワーの要求の好ましくない増加に至る。
【発明の概要】
【０００６】
従来の水蒸気改質リアクタに対する制限を取り除くことを目的として、発明者は、改良された空気供給システムおよびリアクタに対するバーナー構成を組み立てた。
【０００７】
本発明は、有利に、第１の空気供給から供給される空気を受けるように構成される第１の空気入口を含んでいるリアクタ空気供給システムを提供する。システムは、第１の空気と混合するための燃料を放出するように構成され、そして、燃料／空気混合気（ｆｕｅｌ／ａｉｒ  ｍｉｘｔｕｒｅ）に点火するように構成されるバーナーノズルを有するバーナーを含む。第２の空気供給から供給される加熱された空気を受けるように構成される第２の空気入口は提供され、ダクトは、点火された燃料／空気混合気、および、第２の空気供給から供給された加熱された空気を受けるように提供される。ダクトは、リアクタに接続するように構成される出口を有する。
【０００８】
ダクトは、加熱された第２の空気がバーナーの下流の位置で点火された燃料／空気混合気と混合するように、加熱された第２の空気を受けるように、好ましくは、および、有利に構成される。第２の空気がバーナーを介して移動しないように、バーナーは、好ましくは、および、有利に構成される。
【０００９】
１つの実施形態において、本発明のバーナーは、内部に提供されるバーナーノズルを有するスリーブを好ましくは含んでおり、および、スリーブは、スリーブの外側の周辺部のまわりに第２の空気供給ソースから供給される加熱された空気に対する流れ領域を形成するように、ダクト内に延びる。１つの実施形態において、ダクトは、円筒状であり、そして、スリーブは、円筒状であり、そこにおいて、スリーブは、ダクトと同軸であり、流れ領域は、環状形状である。
【００１０】
更なる本発明は、有利に、第１の反応セクションを有するリアクタに空気を供給する方法を提供する。そこで方法は、第１の空気を供給するための第１の空気供給を提供することと、燃料を放出し、空気と混合し、そして、燃料／空気混合気に点火するためのバーナーノズルを有するバーナーを提供することと、加熱された第２の空気を供給するための第２の空気供給を提供することと、点火された燃料／空気混合気および加熱された第２の空気を受けるための、第１の反応セクションに接続される出口を有するダクトを提供することと、を含む。
【００１１】
本発明、および、多数のその効果の完全な理解は、次の詳細な説明を参照し、特に添付の図面とともに考慮したとき、直ちに明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】水蒸気改質セクションおよび水性ガスシフトセクションを組み込んでいるリアクタを使用する本発明のリアクタ空気供給システムおよびバーナー構成の実施形態の概略表示である。
【図２】本発明のリアクタ空気供給システムおよびバーナー構成の正面図である。
【図３】図２において記載されるリアクタ空気供給システムおよびバーナー構成の側面図である。
【図４】水蒸気改質セクションおよび水性ガスシフトセクションを組み込んでいるリアクタ、および、プレヒータユニットを使用する本発明のリアクタ空気供給システムおよびバーナー構成の変更形態の概略表示である。
【図５】水蒸気改質リアクタ、断熱水性ガスシフトリアクタ、、および、プレヒータユニットを使用する本発明のリアクタ空気供給システムおよびバーナー構成の変更形態の概略表示である。
【図６】水蒸気改質セクションおよび水性ガスシフトセクションを組み込んでいるリアクタ、および、プレヒータユニットを使用する本発明のリアクタ空気供給システムおよびバーナー構成の付加的な変更形態の概略表示である。
【図７】水蒸気改質リアクタ、プレヒータユニット、および、断熱水性ガスシフトリアクタを使用する本発明のリアクタ空気供給システムおよびバーナー構成の付加的な変更形態の概略表示である。
【図８】水蒸気改質セクションおよび水性ガスシフトセクションを組み込んでいるリアクタ、および、一対のプレヒータユニットを使用する本発明のリアクタ空気供給システムおよびバーナー構成の変更形態の概略表示である。
【図９】水蒸気改質リアクタ、断熱水性ガスシフトリアクタ、および、一対のプレヒータユニットを使用する本発明のリアクタ空気供給システムおよびバーナー構成の変更形態の概略表示である。
【図１０】二重のバーナー組立体を含んでいる本発明のリアクタ空気供給システムおよびバーナー構成の正面図である。
【図１１】本発明のリアクタ空気供給システムおよびバーナー構成の正面図であり、ここで、本発明は、リアクタに接続され、本発明は、ダイバータバルブ組立体（ｄｉｖｅｒｔｅｒ  ｖａｌｖｅ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）を取り込む。
【図１２】関連技術のリアクタの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態は、添付の図面の参照と共に、以下に記載する。以下の説明では、実質的に同じ機能および配置を有している構成要素エレメントは、同一参照番号によって示され、および、必要に応じて繰り返し記載される。
【００１４】
本発明は、バーナー組立体の減らされた空気圧ドロップを容易にする、適当な温度コントロールおよび熱回収を可能にする有利なリアクタ空気供給システム、および、バーナー構成を提供する。また、他の方法と比較して増強された制御直線性および安定性を備えている温度コントロールを実現する新規な手段を提供する。
【００１５】
図１を参照して、概略表示は、水蒸気改質セクションおよび水性ガスシフトセクションを取り込んでいるリアクタを使用する本発明のリアクタ空気供給システムおよびバーナー構成の実施形態のジオメトリの全体的な流れを提供する。図１に記載されるリアクタ１１０のリアクタエンベロープ内のコンポーネントが図１２に記載される関連技術のリアクタ１０のハウジング内のコンポーネントの方法で構成されることができる点に留意する。
【００１６】
図１において、リアクタ１１０は、気化され、混合された水および燃料を入れるために管側に入口１０２を提供され、水蒸気改質触媒（ｓｔｅａｍ  ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ  ｃａｔａｌｙｓｔ）を含んでいる第１の領域（管側水蒸気改質セクション１０７Ａ）を介して流れる。ここで触媒水蒸気改質が行われる。および、第２の領域（管側水性ガスシフトセクション１０８Ａ）は、水性ガスシフト触媒を提供され、ここで、水性ガスシフト反応は行われる。そして、その後、改質されたガス（または「改質油」）は、出口１０４を介してリアクタ１１０を出る。第２の流体ストリーム（または二次空気）は、二次空気供給７０によって供給され、そして、管側の出口１０４の近くの入口１１２を介してシェル側に入り、そして、管側水性ガスシフトセクション１０８Ａの中を流れている改質油に対して、一般に対向流でシェル側水性ガスシフトセクション１０８Ｂの中を流れる。この第２の流体ストリームは、出ている改質油より温度が低く、したがって、それは、リアクタの管側水性ガスシフトセクション１０８Ａから熱を除去する。図１の実施形態において、加熱された空気は、それで出口１１３を介してリアクタ１１０を出て、そして、混合ダクト６０にダクト５２を介して運ばれる。一次空気供給３１から一次空気入口３２を介して一次空気を受ける外部バーナー組立体３０（それは、下で更に詳細に議論される）は、提供され、燃料供給４０から燃料入口４２を介して受けられる燃料ストリームを混合し、そして、混合ダクト６０に放出される熱い燃焼ガスを生成するように一次混合気（ｐｒｉｍａｒｙ  ａｉｒ−ｆｕｅｌ  ｍｉｘｔｕｒｅ）を燃焼させる。ダクト５２から加熱された空気は、バーナー組立体３０の下流の位置で、すなわち、混合ダクト６０内で、バーナー組立体３０から熱い燃焼ガスと混合される。加熱された空気と、燃焼ガスとの混合気（ｍｉｘｔｕｒｅ）は、それでリアクタのシェル側水蒸気改質セクション１０７Ｂへのリアクタ１１０の入口１１５に送られる。ここで熱い混合気は、管側水蒸気改質セクション１０７Ａ内のより低温の改質油を対流的に加熱する。冷却された混合気は、それで出口１１６を介してシェル側水蒸気改質セクション１０７Ｂを出る。
【００１７】
多数の代わり空気供給構成は、本発明によって可能である。たとえば、図１に記載された実施形態において、一次空気は、一次空気供給３１によって供給され、および、二次空気は、二次空気供給７０によって供給される。１つの構成において、一次空気供給３１、および、二次空気供給７０は、必要に応じて制御されることができる別々の可変速度ブロワーである。あるいは、（図１の幻像線において記載されているように）、一次空気供給３１、および、二次空気供給７０は、単一の空気供給７２から送られることができ、一次空気供給３１に流れている空気の量、および、二次空気供給７０に供給される空気の量は、バルブ組立体７６を使用して制御されることができる。したがって、単一の空気供給７２は、バルブ組立体７６にダクト７４を介して空気を送る可変速度ブロワーまたは他の空気供給デバイスであり得て、および、バルブ組立体は、ダクト７８を介して一次空気供給３１に一次空気の量を、および、ダクト７７を介して第２の空気供給７０に二次空気の量を送る。下で更に詳細に議論される図１１は、単一の空気供給ソースを使用して一次、および、二次空気を供給するための更なる変更形態を記載する。
【００１８】
図１において記載される実施形態において、混合ダクト６０の熱い燃焼ガスと混合される前に、二次空気は、管側水性ガスシフトセクション１０８Ａからの熱によってシェル側水性ガスシフトセクション１０８Ｂにおいて予熱される。混合ダクト６０内で受ける前に、二次空気を予熱するための多数の構成は、本発明によって可能である。たとえば、付加的な予加熱ユニット（ｐｒｅｈｅａｔｉｎｇ  ｕｎｉｔｓ）は、水性ガスシフトセクション（その上流または下流の）を介した加熱に加えて、または、水性ガスシフトセクションを介した加熱の代わりに、二次空気供給と、混合ダクト６０との間の流れの道筋に沿って、提供されることができる。たとえば、図１の幻像線に記載されているように、第１のプレヒータユニット８０は、二次空気供給７０と、入口１１２との間に提供されることができ、および／または、第２のプレヒータユニット８２は、ダクト５２に沿って提供されることができる。このようなプレヒータユニットのための熱のソースは、なんらかのタイプの熱源、例えば蒸気コイル、リアクタから何らかのプロセスストリームからの熱、若しくは、リアクタと連動して使用される何らかの他のユニットからの熱、または、利用可能な他のいかなる熱源でもあり得る。これらの構成が網羅的なものではなくて、むしろ単に例示的なものであり、以下に詳細に議論される図４〜９は、二次空気のための異なる予熱ユニットを利用する多様な異なる構成を記載する。
【００１９】
図２および３は、本発明のリアクタ空気供給システム、および、バーナー構成２０の実施形態を記載する。本発明は、一次空気入口３２を有するバーナー組立体３０を含み、それは空気供給システム、例えば圧縮空気を供給するブロワーに接続される。空気は、入口３２を介して入り、そして、出口３８を有するスリーブ３６へと、下方へ移動する。
【００２０】
本発明は、また、バーナー燃料供給管４０を含み、それはバーナー燃料のソース、例えば天然ガス供給ソースまたは低熱量（ｌｏｗ−ｂｔｕ）燃料ガスのソースを供給するように接続される。燃料供給管４０は、スリーブ３６内の位置へと、バーナー組立体３０を通って、下に延びる。燃料供給管４０は、バーナーノズル４６に結合し、このバーナーノズル４６は、スリーブ３６内の燃焼のために一次空気供給中で燃料を放出するように構成される。燃料および空気混合気は、点火され、そして、熱い燃焼生成物は、スリーブ３６の下端で出口３８を出る。燃料および空気混合気は、スパークイグナイタ、パイロットバーナ、グロープラグ、または、公知技術の他のいかなる点火法によって点火されることができる。記載される実施形態は、単一のノズル―混合バーナー（ｓｉｎｇｌｅ  ｎｏｚｚｌｅ−ｍｉｘ  ｂｕｒｎｅｒ）、例えば、Ｋｒｏｍｓｃｈｒｏｄｅｒ  ＺＩＣ  ２００ＨＤバーナー、または、ＢＩＯ  １００ＨＤを使用する。バーナーの代わりのタイプ、例えば拡散火炎（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｆｌａｍｅ）、予め混合された層状（ｌａｍｉｎａｒ  ｐｒｅ−ｍｉｘｅｄ）、フレームレス酸化（ｆｌａｍｅｌｅｓｓ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）、または、触媒タイプは使用されることができる。燃料および空気混合気を燃焼させることが可能な何らかのバーナーは、本発明の目的を達成するために、単独に又は組合わせで使用されることができる（二重のバーナーの実施形態が図１０に記載され、および、以下に詳細に議論されることを参照）。
【００２１】
図１〜３に関して、リアクタ１１０は、冷えた空気入口１１２に空気を供給する二次空気供給７０を有し、それは、例えば圧縮空気を供給するブロワーである。二次空気は、リアクタ１１０のシェル側水性ガスシフトセクション１０８Ｂを介して移動し、そして、リアクタの管を冷却することによって、管側水性ガスシフトセクション１０８Ａから、熱を吸収する。加熱された二次給気は、それで温風出口１１３でリアクタ１１０を出る。出口１１３は、入口５４で有する二次空気供給ダクトへ接続される。ダクト５２は、膨張ドラム（ｅｘｐａｎｓｉｏｎ  ｄｒｕｍ）またはディフューザセクション５０に熱い二次空気を運ぶ。そして、それはスリーブ３６の周辺部周りに位置づけられる。ドラム５０の二次空気の速度は、本発明の１つの実施形態において０．１以下のマッハ数を有する。ダクト５２は、ダクトの伸張および収縮を適切に補正するベローズ５３または他の伸縮継手を含むことができる。環状開口部５６は、スリーブ３６の下端の外側の周辺部周りに提供される。そして、それは供給または混合ダクト６０内へと下方へ延びる。環状開口部５６によって、膨張ドラム５０からの熱い二次空気が、バーナーの炎のまわりに実質的に同軸のジェットを形成し、スリーブ３６の下端で出口３８を出る燃焼ガスと混合するように、供給ダクト６０内へと下方へ移動することを可能にする。
【００２２】
膨張ドラム５０からの熱い二次空気の混合気、および、出口３８を出る燃焼ガスは、出口６２に供給ダクト６０を介して移動する。そして、それはリアクタ１０の水蒸気改質セクションの熱い燃焼生成物入口１１５に接続される。特に、膨張ドラム５０からの熱い二次空気と、出口３８を出る燃焼ガスとの混合は、バーナーの下流の位置で起こる。
【００２３】
リアクタ、および、さまざまな管／ダクトが高温を経るという理由から、これらのコンポーネントは、大きい熱膨張を受ける。特に、異材質が異なるコンポーネントに対して使用され、および、コンポーネントが異なる温度を受けることから、これらのコンポーネントの多数は、異なる速度で膨張する。したがって、伸縮継手は、起こり得る差動熱膨張（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）の結果を補うために、好ましくは利用される。したがって、システムは、図２および３にて図示するように、さまざまな端部−溶接ベローズを含む。もしバーナー組立体３０が１つ以上の自由度、例えば固定支持に対する、または、ジンバルドマウント（ｇｉｍｂａｌｅｄ  ｍｏｕｎｔ）に対する取付けをしっかりと支持されることになっているならば、ベローズまたは他の伸縮継手３４は、取り付けられた配管（ｄｕｃｔｗｏｒｋ）の次の膨張を収容するために提供されることができる。本発明の一実施態様において、図２および３においてバーナー組立体３０が、取り付けられた配管より上に取り付けられ、ベローズ３４が冷えた状態のプレテンション（ｐｒｅ−ｔｅｎｓｉｏｎ）によって有利にインストールされることができる。バーナー動作に応じて、ダクト５２および６０、並びに、ドラム５０は膨張するが、ベローズ３４は、テンションの状態のままである。そして、したがって、リアクタ１０との機械的結合５４および６２での応力を材料的に減少させる（ｍａｔｅｒｉａｌｌｙ―ｒｅｄｕｃｉｎｇ）。更なる実施形態において、冷却孔は、第１の空気供給の調整された部分（ｍｅｔｅｒｅｄ  ｐｏｒｔｉｏｎ）が、その構造材料に対する応力緩和温度以下でその温度を維持するためにベローズ３４の内面で方向付けされることを可能にするようにスリーブ３６内に提供されることができる。このステップは、ベローズ３４から懸架される配管エレメント５０、５２、および、６０上の正味の押上げ力の逃がし（ｒｅｌｉｅｆ）を有利に妨げる。
【００２４】
本発明の１つの実施態様において、バーナー３０、および、燃焼生成物および二次空気を混合する対応された装置は、ストリームが入口１１５を介してリアクタに入る時までに、完全な混合を達成するように構成される。有利に、この混合は、ダクト６０、対応されたダクト５２、および、バーナー組立体３０に取り付けられる他の装置からの熱損失を最小にするために、ダクト６０の最短距離で起こる。第１の燃焼ストリームを第２の流体ストリームと混合するバーナー、例えばエクリプス燃焼（Ｅｃｌｉｐｓｅ  ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）、および、Ｋｒｏｍｓｃｈｒｏｄｅｒは、商業的に提供される。これらのバーナーは、第２の流体に対して燃焼する混合気の非常に高速度によって特徴づけられる。このアプローチは、第１の空気供給および燃料に対して上昇された圧力降下を不利にもたらす。それは、また、均一な温度および組成を達成するために、非常に長い混合距離を、不利にもたらす。
【００２５】
したがって、本発明の１つの実施形態において、環状通路５６を出る二次空気の速度は、出口３８を介してスリーブ３６を出る燃焼している混合気の速度以上である。
【００２６】
別の実施形態において、円環５６を通る二次空気の速度は、出口３８を介してスリーブ３６を出る燃焼している混合気の速度より少なくとも５０％早い。更なる実施形態において、円環５６を介する二次空気の速度は、出口３８を脱する燃焼混合気の速度と少なくとも２倍の速度であるが、しかし５倍の速度よりも遅い。
【００２７】
本発明は、バーナーに第１の、すなわち一次空気供給、および、バーナーの後の燃焼と混合する二次空気供給への有利な空気供給のセパレーションを提供する。それによって、一次空気供給の密度は、有利に増加し、および、バーナーノズルを介して強制される一次空気の流れは、一次および二次空気供給がバーナー組立体３０より先に混合され、そしてバーナー組立体３０を通って両方が移動する状況と比較して減らされる。この構成は、劇的に一次燃焼に対して使用する燃焼空気供給の部分の圧力損失を減らす。二次空気供給の非存在下で、一次バーナー内の炎温度は、追加の一次空気を流すことによって燃焼混合気を実質的に希釈することによって制御されなければならない。もし低い温度領域が達成されることになっているならば、これは特に真実である。
【００２８】
１つの実施形態は、炭化水素蒸気改質装置と連動して作動し、二次空気は、冷えた空気入口１１２介してリアクタに入り、温風出口１１３を介して出る。二次空気がリアクタのこの部分を介して移動するときに、好ましくは、５００℃と、８００℃との間の温度に加熱され、それによって、ダクト５２を通って移動する二次空気がこの温度範囲内になる。出口３８を介してスリーブ３６を出る一次炎は、好ましくは、１１００℃と、１７５０℃との間の断熱炎温度（ａｄｉａｂａｔｉｃ  ｆｌａｍｅ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）を有し、出口６２を介してダクト６０を出る混合された炎は、好ましくは、９００℃と、１１００℃との間の断熱炎温度を有する。別の実施形態において、出口６２を介してダクト６０を出る混合された炎の断熱温度は、９５０℃と、１０５０℃との間にある。
【００２９】
１つの実施形態において、二次気流率（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  ａｉｒｆｌｏｗ  ｒａｔｅ）は、好ましくは、一次および二次気流率の全体の５０％と、８０％との間である。別の実施形態において、二次気流率は、好ましくは、一次および二次気流率の全体の５０％と、７０％との間である。
【００３０】
本発明の改質装置は、有利に、管３の入口の温度変動が１５０℃以下である構成を提供する。
【００３１】
上記したように、混合ダクト６０内で受ける前に二次空気を予熱する多数の構成は、本発明によって可能である。たとえば、水性ガスシフトセクション（その上流または下流の）を介した加熱に加えて、または、水性ガスシフトセクションを介して加熱の代わりに、二次空気供給と、混合ダクト６０との間の流れの道筋に沿って、付加的な予加熱ユニットは、提供されることができる。たとえば、図１の幻像線に記載されているように、第１のプレヒータユニット８０は、二次空気供給７０と、入口１１２との間に提供されることができ、および／または、第２のプレヒータユニット８２は、ダクト５２に沿って提供されることができる。このようなプレヒータユニットのための熱のソースは、何らかのタイプの熱源、例えば蒸気コイル、リアクタから何らかのプロセスストリームからの熱、若しくは、リアクタと連動して使用される何らかの他のユニットからの熱、または、利用可能ないかなる他の熱源でもあり得る。
【００３２】
図４−９は、二次空気のための異なる予熱ユニットを利用する多様な異なる構成を記載する。これらの構成は、網羅的なものではなく、むしろ単に本発明の例示的なものである。
【００３３】
図４は、水蒸気改質セクション１０７Ａ、１０７Ｂ、および、水性ガスシフトセクション１０８Ａ、１０８Ｂを取り込むリアクタ１１０と、プレヒータユニット２８０Ａとを使用する本発明のリアクタ空気供給システム、および、バーナー構成の変更形態の概略表示をを参照するものである。この実施形態おいて、二次空気は、リアクタ１１０の出口１０４を出た改質油を更に冷却することによって、リアクタ１１０に入る前に予熱される。
【００３４】
したがって、図４の実施形態で、管側水性ガスシフトセクション１０８Ａからの改質油は、出口１０４を介してリアクタ１１０を出て、そして、プレヒータユニット２８０Ａの中で第１の熱交換エレメント２８２Ａに提供される。二次空気は、プレヒータ２８０Ａの中で第２の熱交換エレメント２８４Ａに二次空気供給７０によって供給され、そして、二次空気が出ている改質油より低い温度であるから、それで、第２の熱交換エレメント２８４Ａ内の二次空気は、第１の熱交換エレメント２８２Ａの中で改質油から熱を除去する。予熱された二次空気は、それでプレヒータユニット２８０Ａを出て、そして、入口１１２を介してリアクタ１１０のシェル側水性ガスシフトセクション１０８Ｂに入る。図４の実施形態は、米国特許第６，４９７，８５６号に記載の断熱水性ガスシフトリアクタの提供のように、出口１０４を離れた後の改質油の中間の化学反応または冷却によって提供されることができる。
【００３５】
図５を参照し、本発明のリアクタ空気供給システム、および、バーナー構成の変更形態の概略表示は、水蒸気改質リアクタ３１０Ａ、断熱水性ガスシフトリアクタ３１０Ｂ、および、プレヒータユニット３８０Ａを伴って記載される。この実施形態において、蒸気改質装置と同じハウジングの水性ガスシフトリアクタを取り込むこと、および、容易にされた水性ガスシフト反応に対する熱伝達を使用するよりむしろ、この実施形態は、水蒸気改質リアクタ３１０Ａと連携した別々の断熱水性ガスシフトリアクタ３１０Ｂを使用する。この実施形態において、二次空気は、リアクタ３１０Ａか３１０Ｂに入らなくて、断熱水性ガスシフトリアクタ３１０Ｂを出た改質油を冷却することによって混合ダクト６０に入る前に、むしろ予熱される。
【００３６】
したがって、図５の実施形態で、管側水蒸気改質セクション３０７Ａのプロダクトガスは、水蒸気改質リアクタ３１０Ａを出て、そして、断熱水性ガスシフトリアクタ３１０Ｂに供給される。それで、断熱水性ガスシフトリアクタ３１０Ｂからの改質油は、プレヒータユニット３８０Ａの中で第１の熱交換エレメント３８２Ａに供給される。二次空気は、プレヒータ３８０Ａの中で第２の熱交換エレメント３８４Ａに二次空気供給７０によって供給され、二次空気が出ている改質油より低い温度であるという理由から、それで、第２の熱交換エレメント３８４Ａ内の二次空気は、第１の熱交換エレメント３８２Ａの中で改質油から熱を除去する。予熱された二次空気は、それでプレヒータユニット３８０Ａを出て、そして、ダクト５２を介して混合ダクト６０に供給される。
【００３７】
図６は、水蒸気改質セクション２０７Ａ、２０７Ｂ、および、水性ガスシフトセクション２０８Ａ、２０８Ｂを取り込んでいるリアクタ２１０と、プレヒータユニット２８０Ｂとを使用する本発明のリアクタ空気供給システム、および、バーナー構成の付加的な変更形態の概略表示を参照する。この実施形態において、二次空気は、それを管側水性ガスシフトセクション２０８Ａに送る前に、管側蒸気改質装置２０７Ａからプロダクトガスを冷却することによって、リアクタ１１０に入る前に予熱される。
【００３８】
したがって、図６の実施形態で、管側蒸気改質装置２０７Ａからのプロダクトガスは、リアクタ２１０を出て、そして、プレヒータユニット２８０Ｂの中で第１の熱交換エレメント２８２Ｂに提供される。二次空気は、プレヒータ２８０Ｂの中で第２の熱交換エレメント２８４Ｂに二次空気供給７０によって供給され、二次空気がプロダクトガスより低い温度であるという理由から、それで、第２の熱交換エレメント２８４Ｂ内の二次空気は、第１の熱交換エレメント２８２Ｂの中でプロダクトガスから熱を除去する。予熱された二次空気は、それでプレヒータユニット２８０Ｂを出て、そして、入口２１２を介してリアクタ２１０のシェル側水性ガスシフトセクション２０８Ｂに入る。
【００３９】
図７を参照すると、本発明のリアクタ空気供給システム、および、バーナー構成の変更形態の概略表示は、水蒸気改質リアクタ３１０Ａ、断熱水性ガスシフトリアクタ３１０Ｂ、および、プレヒータユニット３８０Ｂを伴って記載される。この実施形態において、蒸気改質装置と同じハウジングの水性ガスシフトリアクタを取り込むこと、および、容易にされた水性ガスシフト反応に熱伝達を使用することよりはむしろ、この実施形態は、水蒸気改質リアクタ３１０Ａと連動して別々の断熱水性ガスシフトリアクタ３１０Ｂを使用する。この実施形態において、二次空気は、リアクタ３１０Ａか３１０Ｂに入らなくて、水蒸気改質リアクタ３１０Ａの管側水蒸気改質セクション３０７Ａを出たプロダクトガスを冷却することによって混合ダクト６０に入る前に、むしろ予熱される。
【００４０】
したがって、図７の実施形態で、管側水蒸気改質セクション３０７Ａのプロダクトガスは、水蒸気改質リアクタ３１０Ａを出て、それでプレヒータユニット３８０Ｂの中で第１の熱交換エレメント３８２Ｂに供給されて、そして、それで断熱水性ガスシフトリアクタ３１０Ｂに供給される。二次空気は、プレヒータ３８０Ｂの中で第２の熱交換エレメント３８４Ｂに二次空気供給７０によって供給され、二次空気が、出ているプロダクトガスより低い温度であるという理由から、それで、第２の熱交換エレメント３８４Ｂ内の二次空気は、第１の熱交換エレメント３８２Ｂの中でプロダクトガスから熱を除去する。予熱された二次空気は、それでプレヒータユニット３８０Ｂを出て、そして、ダクト５２を介して混合ダクト６０に供給される。
【００４１】
図８は、水蒸気改質セクション２０７Ａ、２０７Ｂ、および、水性ガスシフトセクション２０８Ａ、２０８Ｂを取り込んでいるリアクタ２１０と、一対のプレヒータユニット２８０Ａ、２８０Ｂとを使用する本発明のリアクタ空気供給システム、および、バーナー構成の付加的な変更形態の概略表示を参照する。この実施形態において、二次空気は、プレヒータ２８０Ａの中で第２の熱交換エレメント２８４Ａに二次空気供給７０によって供給され、二次空気が、出ている改質油より低い温度であるという理由から、それで、第２の熱交換エレメント２８４Ａ内の二次空気は、第１の熱交換エレメント２８２Ａの中で改質油から熱を除去する。予熱された二次空気は、それでプレヒータ２８０Ｂの中で第２の熱交換エレメント２８４Ｂに供給され、予熱された二次空気が、プロダクトガスより低い温度であるという理由から、それで、第２の熱交換エレメント２８４Ｂ内の予熱された二次空気は、第１の熱交換エレメント２８２Ｂの中でプロダクトガスから熱を除去する。更に予熱された二次空気は、それでプレヒータユニット２８０Ｂを出て、そして、入口２１２を介してリアクタ２１０のシェル側水性ガスシフトセクション２０８Ｂに入る。
【００４２】
図９を参照すると、本発明のリアクタ空気供給システム、および、バーナー構成の変更形態の概略表示は、水蒸気改質リアクタ３１０Ａ、断熱水性ガスシフトリアクタ３１０Ｂ、および、一対のプレヒータユニット３８０Ａ（３８０Ｂ）を伴って記載される。この実施形態において、管側水蒸気改質セクション３０７Ａのプロダクトガスは、水蒸気改質リアクタ３１０Ａを出て、それでプレヒータユニット３８０Ｂの中で第１の熱交換エレメント３８２Ｂに供給されて、そして、断熱水性ガスシフトリアクタ３１０Ｂに供給される。そうすると、改質油は、プレヒータユニット３８０Ａの中で第１の熱交換エレメント３８２Ａに供給される。二次空気は、プレヒータ３８０Ａの中で第２の熱交換エレメント３８４Ａに二次空気供給７０によって供給され、二次空気が改質油より低い温度であるという理由から、それで、第２の熱交換エレメント３８４Ａ内の二次空気は、第１の熱交換エレメント３８２Ａの中で改質油から熱を除去する。予熱された二次空気は、それでプレヒータ３８０Ａを出て、そして、プレヒータ３８０Ｂ内の第２の熱交換エレメント３８４Ｂへと、そして、二次空気がプロダクトガスより低い温度であるという理由から、それで、第２の熱交換エレメント３８４Ｂ内の二次空気は、第１の熱交換エレメント３８２Ｂの中でプロダクトガスから熱を除去する。更に予熱された二次空気は、それでプレヒータユニット３８０Ｂを出て、そして、ダクト５２を介して混合ダクト６０に供給される。
【００４３】
本発明は、さまざまな異なるバーナー組立体構成によって使われることができる。本発明の変更形態において、第１の空気供給および燃料の混合気を燃焼することは、二次空気内に軸心を同じくするより他の方法で注入されることができる。更なる実施形態において、複数のバーナー組立体は、二次空気供給によって次に混合するために、第１の空気供給および燃料を燃焼させるのに使用される。本発明は、また、複数のバーナーを利用することができ、それは平行で、または、直列である。図１０は、例示的な２つのバーナー構成を記載する。そこにおいて、２つのバーナー組立体は、直列に配置される。
【００４４】
図１０は、本発明のリアクタ空気供給システム、および、バーナー構成の変更形態を記載する。この実施形態は、直列に配置される２つのバーナー組立体３０Ａ、３０Ｂを含む。第１のバーナー組立体３０Ａは、一次空気入口３２Ａを介して一次空気、および、燃料入口４２Ａを介してバーナー燃料を供給される。一次空気は、出口３８Ａを有するスリーブ３６Ａへと下方へ移動し、および、燃料は、スリーブ３６Ａ内の燃焼のために、一次空気供給の中で燃料を放出するように構成されるバーナーノズル４６Ａに移動する。燃料および空気混合気は、点火され、そして、熱い燃焼は、スリーブ３６Ａの下端で出口３８Ａを出る。熱い二次空気は、ディフューザセクション５０Ａに供給される。そして、それはダクト５２を介して、スリーブ３６Ａの周辺部周りに位置づけられる。環状開口部５６Ａは、スリーブ３６Ａの下端の外側の周辺部周りに提供される。そして、それは混合ダクト５２Ａ内へと下方へ延びる。環状開口部５６Ａによって、膨張ドラム５０Ａからの熱い二次空気が、バーナーの炎のまわりに実質的に同軸のジェットを形成し、スリーブ３６Ａの下端で出口３８Ａを出る燃焼ガスと混合するように、混合ダクト５２Ａ内へと下方へ移動することを可能にする。
【００４５】
ダクト５２Ａの混合気は、第２のバーナー組立体３０Ｂに移動する。第２のバーナー組立体３０ｂは、一次空気入口３２Ｂを介して一次空気、および、燃料入口４２Ｂを介してバーナー燃料を供給される。一次空気は、出口３８Ｂを有するスリーブ３６Ｂへと下方へ移動し、および、燃料は、スリーブ３６Ｂ内の燃焼のために、一次空気供給の中で燃料を放出するように構成されるバーナーノズル４６Ｂに移動する。燃料および空気混合気は、点火され、そして、熱い燃焼は、スリーブ３６Ｂの下端で出口３８Ｂを出る。第１のバーナー組立体３０Ａからの熱い混合気は、ディフューザセクション５０Ｂに供給される。そして、それはダクト５２Ａを介して、スリーブ３６Ｂの周辺部周りに位置づけられる。環状開口部５６Ｂは、スリーブ３６Ｂの下端の外側の周辺部周りに提供される。そして、それは混合ダクト６０内へと下方へ延びる。環状開口部５６Ｂによって、膨張ドラム５０Ｂからの熱い混合気が、環状開口部５６Ｂによって、膨張ドラム５０Ｂからの熱い混合気が、バーナーの炎のまわりに実質的に同軸のジェットを形成し、スリーブ３６Ｂの下端で出口３８Ｂを出る燃焼ガスと混合するように、混合ダクト５２Ａ内へと下方へ移動することを可能にする。
【００４６】
図１０の実施形態において、燃料入口４２Ａに供給される燃料は、燃料入口４２Ｂに供給される燃料と同じかまたは異なることができる。加えて、空気入口３２Ａに供給される空気は、同じソースからあり得て、たとえば、各々の入口に流れる量を制御するバルブを使用して、あるいは、異なるソースからあり得て、たとえば、２つの異なるブロワーユニットを使用する。
【００４７】
本発明は、二次空気がそれ自身のブロワーから供給されることができる構成を提供する。このような構成において、一次空気供給のブロワー、および、二次空気供給のブロワーは、両方、単一のブロワーが使用する構成より小さくできる。二次空気のブロワーは、低圧力または同じ圧力の一次空気ブロワーより高い圧力で稼働する。二次空気供給は、必要とされた熱回収を達成することを必要とする何らかの圧力降下を有することができる。
【００４８】
別の形態として、二次空気供給は、もし、図１１に関して後述する実施形態のような構成が要求されるならば、１つの供給ヘッダから流れを変える（ｄｉｖｅｒｔｅｄ）ことができる。しかしながら、可変速制御によって供給される２台のブロワーを介した気流の制御は、流れを変えるバルブ組立体（分流弁組立体：ｄｉｖｅｒｔｉｎｇ  ｖａｌｖｅ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）の流れを変えることを通しての気流の制御よりも、より線形であり、システムのより単純な、および、より安定している制御を可能にする。
【００４９】
図１１は、本発明のリアクタ空気供給システム、および、バーナー構成の正面図を記載する。ここで本発明は、リアクタに接続され、および、発明は、単一の空気供給が一次空気供給、および、二次空気供給の両方に対して使用されることができるように、バルブ組立体を取り込む。
【００５０】
図１１には、リアクタ４１０が記載される。気化され、混合される水および燃料を入れるための管側上の入口４０２を提供される。そしてそれは、管側水蒸気改質セクションを介して流れ、ここで触媒水蒸気改質が行われ、および、管側水性ガスシフトセクション、ここで、水性ガスシフト反応は行われ、そしてその後、改質ガス（または「改質油」）は出口４０４を介してリアクタ４１０を出る。第２の流体ストリーム（または二次空気）は、入口４１２を介してシェル側に入って、そして、シェル側水性ガスシフトセクションの中を流れる。加熱された二次空気は、それで出口４１３を介してリアクタ４１０を出て、そして、ダクト５２を介して、混合ダクト６０に運ばれる。一次空気入口３２を介して一次空気を受ける外部バーナー組立体３０は、提供され、燃料入口４２を介して受けられる燃料ストリームを混合し、そして、混合ダクト６０に放出される熱い燃焼ガスを生成する一次混合気を燃焼させる。ダクト５２からの加熱された空気は、バーナー組立体３０の下流のの位置で、すなわち、混合ダクト６０内でバーナー組立体３０からの熱い燃焼ガスと混合される。加熱された空気および燃焼ガスの混合気は、それでリアクタのシェル側水蒸気改質セクションに対して、リアクタ４１０の入口４１５に送られ、ここで熱い混合気は、熱管側水蒸気改質セクションにおいて低い温度の改質油を対流的に加熱する。冷却された混合気は、それで出口４１６を介してシェル側水蒸気改質セクションを出る。
【００５１】
図１１に記載される実施形態において、出口４０４を介してリアクタ４１０を出る改質油は、プレヒータユニット４８０を使用して二次空気を予熱するのに使われる。
【００５２】
さらにまた、図１１に記載される実施形態において、一次空気供給、および、二次空気供給は、入口４７２で単一の空気供給から送られ、そして、一次空気供給に流れる空気の量、および、二次空気供給に供給される空気の量は、ダイバータバルブ組立体（ｄｉｖｅｒｔｅｒ  ｖａｌｖｅ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）４７６を使用して制御される。したがって、単一の空気供給４７２は、ダイバータバルブ組立体４７６に対して、ダクト４７４Ａ、４７４Ｂを介して空気を送る可変速度ブロワーまたは他の空気供給デバイスであり得る。および、バルブ組立体は、ダクト４７８を介して一次空気供給に一次空気の量を、および、ダクト４７７を介して第２の空気供給に二次空気の量を送る。
【００５３】
ダイバータバルブ組立体４７６は、バルブによって、たとえば、両バルブに接続される制御リンク機構４７５をドライブするように構成されるアクチュエータによって、または、独立してバルブを制御するように構成される個々のアクチュエータによって、制御されるプロポーショナルバタフライ弁であり得るバルブによって、通路４７７および４７８に沿って空気の流れを制御することができる。代わりの実施形態では、２つのバルブは、通路４７７および４７８の間の流れを連続的に変調させる単一のバルブに置き換えられることができ、このようなバルブは、従来技術において知られており、および、ダイバータまたは切換弁としてさまざま参照される。別の変更形態において、他の通路がバルブなしで提供される一方で、１つの通路は、連続的に変調させているバルブによって提供されることができる。この実施形態において、システムの圧力損失は、有利に減らされが、しかし、流れ変動（ｆｌｏｗ  ｖａｒｉａｔｉｏｎ）の範囲は、不利に減少する。この変更形態は、２つの通路の間の流量比の小さいダイナミックレンジだけが要求される状況において好まれることができる。
【００５４】
本発明の他の実施形態において、本発明のリアクタを使用するリアクタ用空気供給システム、および、バーナー構成は、多重の管バンドル改質装置、例えば米出願公開番号２００５／０１９４１２０  Ａ１号において開示される複数の管状のアレイを有する熱交換器を使用する。
【００５５】
ここで記載、および、表示されている例示的実施形態が本発明の好ましい実施態様を説明するものであり、そして、いかなる形であれ請求項の範囲をこれに制限されるものではない点に留意する必要がある。
【００５６】
本発明の多数の修正変更は、上記の教示を考慮して可能である。ここで特に記載されているより、添付の請求の範囲で、本発明が別な方法で実施されることができることは、それゆえに、理解される。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
第１の空気を供給するように構成された第１の空気供給と；
第２の空気を供給するように構成された第２の空気供給と；
第１の反応セクションと；
前記第２の空気を受けるように構成された熱交換セクションであって、前記第２の空気を加熱するように構成された熱源を有する前記熱交換セクションと；
前記第１の空気と混合する燃料を放出するように構成され、および、燃料／空気混合気に点火するように構成されたバーナーノズルを有するバーナーと；
前記熱交換セクションから点火された燃料／空気混合気、および、加熱された第２の空気を受けるように構成されたダクトであって、前記第１の反応セクションに接続された出口を有する前記ダクトと、を具備するリアクタ。
［２］
前記ダクトは、加熱された第２の空気が前記バーナーの下流の位置で点火された燃料／空気混合気と混合するように、この加熱された第２の空気を受けるように構成されている、［１］に係るリアクタ。
［３］
前記バーナーは、前記第２の空気が前記バーナーを介して移動しないように、構成されている、［１］に係るリアクタ。
［４］
前記熱交換セクションは、前記第１の反応セクションに流体接続される第２の反応セクションである、［１］に係るリアクタ。
［５］
前記第１の反応セクション、および、前記第２の反応セクションは、単一のハウジングの中で提供される、［４］に係るリアクタ。
［６］
前記熱交換セクションの前記熱源は、前記第１の反応セクションに流体接続される第２の反応セクションによって加熱された流体である、［１］に係るリアクタ。
［７］
前記熱交換セクションの前記熱源は、前記第１の反応セクションによって加熱される流体である、［１］に係るリアクタ。
［８］
単一の空気供給ソースは、前記第１の空気供給、および、前記第２の空気供給に空気を送るように構成されている、［１］に係るリアクタ。
［９］
前記バーナーは、内部に提供されるバーナーノズルを有するスリーブを含み、
前記スリーブは、このスリーブの外側の周辺部周りに前記第２の空気供給から供給された前記加熱された第２の空気のための流れ領域を形成するように、前記ダクト内に延びる、［１］に係るリアクタ。
［１０］
前記ダクトは、円筒状であり、
前記スリーブは、円筒状であり、
前記スリーブは、ダクトと実質的に同軸であり、および、前記流れ領域は、環状形状である、［９］に係るリアクタ。
［１１］
前記熱交換セクションから前記第２の空気を受け、前記ダクト内に前記第２の空気を放出するように構成されているディフューザセクションを更に具備する［１］に係るリアクタ。
［１２］
前記第１の空気供給は、第１の可変速度ブロワーであり、および、前記第２の空気供給は、第２の可変速度ブロワーである、［１］に係るリアクタ。
［１３］
前記第１の空気供給は、分流弁組立体に接続される第１のダクトであり、および、前記第２の空気供給は、分流弁組立体に接続される第２のダクトであり、
前記分流弁組立体は、単一のブロワーに接続される、［１］係るリアクタ。
［１４］
付加的な空気と混合するための付加的な燃料を放出するように構成され、および、前記付加的な燃料／空気混合気に点火するように構成されたバーナーノズルを有する付加的なバーナーと、
前記点火された付加的な燃料／空気混合気、および、前記点火された燃料／空気混合気、並びに、前記ダクトからの前記加熱された第２の空気を受けるように構成された付加的なダクトと、を更に具備し、
前記付加的なダクトは、前記第１の反応セクションに接続される出口を有している、［１］に係るリアクタ。
［１５］
第１の空気供給から供給される空気を受けるように構成された第１の空気入口と；
前記第１の空気と混合するために燃料を放出するように構成され、および、燃料／空気混合気に点火するように構成されたバーナーノズルを有するバーナーと；
第２の空気供給から供給される加熱された空気を受けるように構成された第２の空気入口と；
点火された燃料／空気混合気、および、加熱された空気を受けるように構成されたダクトと、を具備し、
前記ダクトは、リアクタに接続するように構成された出口を有している、リアクタ空気供給システム。
［１６］
前記ダクトは、前記加熱された空気が前記バーナーの下流の位置で、前記点火された燃料／空気混合気と混合するように、前記第２の空気供給から加熱された空気を受けるように構成されている、［１５］に係るリアクタ空気供給システム。
［１７］
前記バーナーは、前記第２の空気供給から前記加熱された空気がこのバーナーを介して移動しないように、構成されている、［１５］に係るリアクタ空気供給システム。
［１８］
単一の空気供給ソースは、前記第１の空気供給、および、前記第２の空気供給に空気を送るように構成されている、［１５］に係るリアクタ空気供給システム。
［１９］
前記バーナーは、内部に提供されるバーナーノズルを有するスリーブを含み、
前記スリーブは、このスリーブの外側の周辺部周りに前記第２の空気供給から供給された前記加熱された空気のための流れ領域を形成するように、前記ダクト内に延びる、［１５］に係るリアクタ空気供給システム。
［２０］
前記ダクトは、円筒状であり、
前記スリーブは、円筒状であり、
前記スリーブは、前記ダクトと同軸であり、および、前記流れ領域は、環状形状である、［１９］に係るリアクタ空気供給システム。
［２１］
前記第２の空気供給から供給された前記加熱された空気を受け、および、前記ダクト内に前記加熱された空気を放出するように構成されたディフューザセクションを更に具備する［１５］に係るリアクタ空気供給システム。
［２２］
前記第１の空気供給は、第１の可変速度ブロワーであり、および、前記第２の空気供給は、第２の可変速度ブロワーである、［１５］に係るリアクタ空気供給システム。
［２３］
前記第１の空気供給は、分流弁組立体に接続される第１のダクトであり、および、前記第２の空気供給は、前記分流弁組立体に接続される第２のダクトであり、
前記分流弁組立体は、単一のブロワーに接続される、［１５］に係るリアクタ空気供給システム。
［２４］
付加的な空気と混合するための付加的な燃料を放出するように構成され、および、前記付加的な燃料／空気混合気に点火するように構成されたバーナーノズルを有する付加的なバーナーと、
前記点火された付加的な燃料／空気混合気、および、前記点火された燃料／空気混合気、並びに、前記ダクトからの前記加熱された第２の空気を受けるように構成された付加的なダクトと、を更に具備し、
前記付加的なダクトは、前記リアクタに接続するように構成されている出口を有している、［１５］に係るリアクタ空気供給システム。
［２５］
第１の反応セクションを有するリアクタに空気を供給する方法であって、
第１の空気を供給する第１の空気供給を提供することと；
前記第１の空気と混合するための燃料を放出するための、および、燃料／空気混合気に点火するためのバーナーノズルを有するバーナーを提供することと；
加熱された第２の空気を供給するための第２の空気供給を提供することと；
前記点火された燃料／空気混合気、および、加熱された第２の空気を受けるためのダクトを提供することと、を具備し、
前記ダクトは、前記第１の反応セクションに接続される出口を有する、方法。
［２６］
前記ダクトは、前記加熱された第２の空気が前記バーナーの下流の位置で、前記点火された燃料／空気混合気と混合するように、前記加熱された第２の空気を受ける、［２５］に係る方法。
［２７］
前記加熱された第２の空気は、前記バーナーを介して移動しない、［２５］に係る方法。
［２８］
前記加熱された第２の空気は、前記第１の反応セクションに流体接続される第２の反応セクションを介して供給される、［２５］に係る方法。
［２９］
前記第１の反応セクション、および、前記第２の反応セクションは、単一のハウジングの中で提供される、［２８］に係る方法。
［３０］
前記加熱された第２の空気は、前記第１の反応セクションに流体接続される第２の反応セクションによって、加熱された流体である熱源を有する熱交換セクションを介して供給される、［２５］に係る方法。
［３１］
前記加熱された第２の空気は、前記第１の反応セクションによって、加熱された流体である熱源を有する熱交換セクションを介して供給される、［２５］に係る方法。
［３２］
単一の空気供給ソースは、前記第１の空気供給、および、前記第２の空気供給に空気を送る、［２５］に係る方法。
［３３］
前記バーナーは、内部に提供されるバーナーノズルを有するスリーブを含み、
前記スリーブは、このスリーブの外側の周辺部周りに前記第２の空気のための流れ領域を形成するように、前記ダクト内に延びる、［２５］に係る方法。
［３４］
前記ダクトは、円筒状であり、
前記スリーブは、円筒状であり、
前記スリーブは、前記ダクトと同軸を提供され、および、前記流れ領域は、環状形状である、［３３］に係る方法。
［３５］
前記ダクトに入る前記第２の空気の気流率は、前記ダクトに入る前記第１および第２の気流率の合計の５０％と、８０％との間である、［２５］に係る方法。
［３６］
前記ダクトに入る前記第２の空気の気流率は、前記ダクトに入る前記第１および第２の気流率の合計の５０％と、７０％との間のある、［２５］に係る方法。
［３７］
前記バーナーの出口を介する第１の空気の速度に対する前記流れ領域を介する前記第２の空気の速度の比率は、少なくとも１：１である、［３４］に係る方法。
［３８］
前記バーナーの出口を介する第１の空気の速度に対する前記流れ領域を介する前記第２の空気の速度の比率は、少なくとも１．５：１であり、および、５：１未満である、［３４］に係る方法。
［３９］
前記第２の空気を受けるための、および、前記ダクト内に前記第２の空気を放出するためのディフューザセクションを提供することを更に具備する［２５］に係る方法。
［４０］
前記ディフューザセクションは、０．１以下のマッハ数を有して、前記ダクトに入る前記第２の空気を提供する、［３９］に係る方法。
［４１］
前記第２の空気は、５００℃と、８００℃との間の温度で前記第２の反応セクションを出る、［２８］に係る方法。
［４２］
前記バーナーは、１１００℃と、１７５０℃との間の断熱温度で、前記第１の空気供給、および、前記燃料供給との間の一次炎を有する、［２５］に係る方法。
［４３］
前記点火された燃料／空気混合気、および、前記第２の空気の混合気は、９００℃と、１１００℃との間の温度で前記ダクトの前記出口を出る、［２５］に係る方法。
［４４］
前記点火された燃料／空気混合気、および、前記第２の空気の混合気は、９５０℃と、１０５０℃との間の温度で前記ダクトの前記出口を出る、［２５］に係る方法。
［４５］
前記第１の空気供給は、第１の可変速度ブロワーであり、および、前記第２の空気供給は、第２の可変速度ブロワーである、［２５］に係る方法。
［４６］
前記第１の空気供給は、分流弁組立体に接続される第１のダクトであり、および、前記第２の空気供給は、前記分流弁組立体に接続される第２のダクトであり、
前記分流弁組立体は、単一のブロワーに接続される、［２５］に係る方法。
［４７］
付加的な空気と混合するための付加的な燃料を放出するための、および、前記付加的な燃料／空気混合気に点火するためのバーナーノズルを有する付加的なバーナーを提供することと、
前記付加的な点火された燃料／空気混合気、および、前記点火された燃料／空気混合気、並びに、前記ダクトからの加熱された第２の空気を受けるための付加的なダクトを提供することと、を更に具備し、
前記付加的なダクトは、前記第１の反応セクションに接続される出口を有している、［２５］に係る方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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