(57)【要約】  入口および出口を有する酸化領域を形成するために、酸化管路と、酸化管路内に位置決めされる燃料管路とを備え、前記燃料管路は、燃料管路内から酸化管路への流体連通を提供する複数の開口部を有し、少なくとも１つの開口部の長手軸が、酸化管路の内面と斜角を形成する無炎燃焼加熱器が、記載されている。熱を処理管路に提供する方法であって、酸化管路を設けることと、燃料管路内から酸化管路までの流体連通を提供する複数の開口部を有する燃料管路を設けて、少なくとも１つの開口部の長手軸が、酸化管路の内面と斜角を形成することと、酸化管路と熱交換関係にある処理管路を設けることと、燃料を燃料管路に導入することと、酸化剤を酸化管路に導入することと、燃料を複数の開口部を通じて酸化管路に導入し、無炎燃焼が酸化管路において生じるようにすることとを含む方法が、記載されている。
2010534313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化管路と、燃料管路内から酸化管路への流体連通を提供する複数の開口部を有する燃料管路とを備え、少なくとも１つの開口部の長手軸が、酸化管路の内面と斜角を形成する、無炎燃焼加熱器。
【請求項２】
燃料管路の入口端部から測定したとき、少なくとも１つの開口部の長手軸が、酸化管路の内面と鋭角を形成する、請求項１に記載の加熱器。
【請求項３】
燃料管路の入口端部から測定したとき、少なくとも１つの開口部の長手軸が、酸化管路の内面と鈍角を形成する、請求項１に記載の加熱器。
【請求項４】
開口部の大部分が、酸化管路の内面と斜角を形成する、請求項１から３のいずれか一項に記載の加熱器。
【請求項５】
少なくとも１つの開口部の長手軸が、燃料管路の長手軸と交差しない、請求項１から４のいずれか一項に記載の加熱器。
【請求項６】
開口部の長手軸と燃料管路の長手軸との間の距離が、燃料管路の内側半径の４分の１を超える、請求項５に記載の加熱器。
【請求項７】
一方の開口部の長手軸が酸化管路の内面と第１の角度を形成し、別の開口部の長手軸が酸化管路の内面と第１の角度に等しくない第２の角度を形成する、請求項１から６のいずれか一項に記載の加熱器。
【請求項８】
少なくとも１つの開口部が、円形断面を有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の加熱器。
【請求項９】
一方の開口部が、別の開口部の断面積より大きい断面積を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の加熱器。
【請求項１０】
酸化剤管路をさらに備え、酸化剤管路が、酸化剤用の入口と、酸化管路の入口と流体連通状態にある予備加熱された酸化剤用の出口とを有する、請求項１から９のいずれか一項に記載の加熱器。
【請求項１１】
酸化管路と熱交換関係にある処理管路をさらに備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載の加熱器。
【請求項１２】
無炎燃焼加熱器と流体連通状態にある予備加熱器をさらに備え、予備加熱器が、酸化剤および燃料が酸化管路において混合されるときに、混合物の温度が混合物の自動点火温度を超える温度まで酸化剤を予備加熱することができる、請求項１から１１のいずれか一項に記載の加熱器。
【請求項１３】
酸化剤管路が、処理管路と熱交換関係にある、請求項１１または１２に記載の加熱器。
【請求項１４】
加熱器がさらに、酸化触媒を備える、請求項１から１３のいずれか一項に記載の加熱器。
【請求項１５】
熱を処理管路に提供する方法であって、
酸化管路を設けることと、
燃料管路内から酸化管路までの流体連通を提供する複数の開口部を有する燃料管路を設けて、少なくとも１つの開口部の長手軸が、酸化管路の内面と斜角を形成することと、
酸化管路と熱交換関係にある処理管路を設けることと、
燃料を燃料管路に導入することと、
酸化剤を酸化管路に導入することと、
燃料を複数の開口部を通じて酸化管路に導入し、無炎燃焼が酸化管路において生じるようにすることとを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無炎燃焼加熱器および熱を処理に提供するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無炎燃焼加熱器は、米国特許第７，０２５，９４０号明細書に記載されている。米国特許第７，０２５，９４０号明細書は、無炎燃焼を利用する処理加熱器について記載し、無炎燃焼は、燃料および燃焼空気を混合物の自動点火温度を超える温度まで予備加熱することによって達成される。燃料は、燃料ガス管路と酸化反応室との間の連通を提供する燃料ガス管路における複数のオリフィスを通じて、時間の経過と共に比較的少量の増分で導入される。米国特許第７，０２５，９４０号明細書に記載したように、処理室は、酸化反応室と熱交換関係にある。
【０００３】
無炎燃焼加熱器は、燃料管路と、燃料ガス管路内部から酸化反応室への連通を提供する開口部とに関する問題に遭遇する可能性がある。従来の無炎燃焼加熱器は、酸化管路の内面に対して垂直である長手軸を有する開口部を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの垂直な開口部を通過する燃料は、酸化管路の内面に直接衝突する傾向がある。したがって、酸化管路の壁におけるホットスポットを削減するために、最小距離が通常、燃料管路の外側と酸化管路の内側との間に維持される。酸化剤の流れは、この衝突傾向に対処するために増大されてもよいが、それは、過剰な圧力低下などの欠点を結果として生じる。さらに、垂直開口部を出る燃料は、酸化剤と十分に混合しない可能性がある。この不完全な混合は、開口部のすぐ下流で生じる可能性がある。
【０００５】
無炎燃焼によって提供される熱は、ある程度まで通常、同一の半径配向で開口部のすぐ下流に集中される。これは、構成の加熱器材料の不均一な加熱を結果として生じる可能性があり、燃料および酸化管路を屈曲する傾向がある熱膨張を生じることになる。さらに、これは、加熱器によって加熱されることになる材料の不均一な加熱を結果として生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、酸化管路と、燃料管路内から酸化管路までの流体連通を提供する複数の開口部を有する燃料管路とを備え、少なくとも１つの開口部の長手軸が、酸化管路の内面と斜角を形成する無炎燃焼加熱器を提供する。
【０００７】
本発明はさらに、熱を処理管路に提供するための方法であって、酸化管路を設けることと、燃料管路内から酸化管路までの流体連通を提供する複数の開口部を有する燃料管路を設けて、少なくとも１つの開口部の長手軸が、酸化管路の内面と斜角を形成することと、酸化管路と熱交換関係にある処理管路を設けることと、燃料を燃料管路に導入することと、酸化剤を酸化管路に導入することと、燃料を複数の開口部を通じて酸化管路に導入することとを含む方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】鋭角をなす開口部を有する２チューブ無炎燃焼加熱器を示す。
【図１Ｂ】図１Ａの加熱器の断面図を示す。
【図１Ｃ】図１Ａの加熱器の断面図を示す。
【図２Ａ】鋭角をなす開口部を有する３チューブ無炎燃焼加熱器を示す。
【図２Ｂ】図２Ａの加熱器の断面図を示す。
【図３Ａ】鋭角をなす開口部を有する４チューブ無炎燃焼加熱器を示す。
【図３Ｂ】図３Ａの加熱器の断面図を示す。
【図４Ａ】鈍角をなす開口部を有する２チューブ無炎燃焼加熱器を示す。
【図４Ｂ】図４Ａの加熱器の断面図を示す。
【図４Ｃ】図４Ａの加熱器の断面図を示す。
【図５Ａ】鈍角をなす開口部を有する３チューブ無炎燃焼加熱器を示す。
【図５Ｂ】図５Ａの加熱器の断面図を示す。
【図６Ａ】鈍角をなす開口部を有する４チューブ無炎燃焼加熱器を示す。
【図６Ｂ】図６Ａの加熱器の断面図を示す。
【図７Ａ】接線開口部を有する２チューブ無炎燃焼加熱器を示す。
【図７Ｂ】図７Ａの加熱器の断面図を示す。
【図８Ａ】接線開口部を有する３チューブ無炎燃焼加熱器を示す。
【図８Ｂ】図８Ａの加熱器の断面図を示す。
【図９Ａ】接線開口部を有する４チューブ無炎燃焼加熱器を示す。
【図９Ｂ】図９Ａの加熱器の断面図を示す。
【図１０】エチルベンゼン脱水素処理における無炎燃焼加熱器を用いる実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、燃料の無炎燃焼によって放熱される熱エネルギの直接伝達において用いられる無炎燃焼加熱器を提供する。加熱器には、加熱地下形成および加熱処理ストリームをはじめとする多くの考えられる使用および用途がある。無炎燃焼加熱器は、たとえば、アルキル芳香族化合物の脱水素化およびスチームメタンの改質などの吸熱反応を実行する処理に関連して特に有用である。本発明は、酸化管路の内面と斜角を形成する燃料管路における少なくとも１つの開口部を無炎燃焼加熱器を提供する。角度をなした開口部は、酸化管路の内面に衝突する燃料に関連する問題を削減し、酸化管路における燃料および酸化剤の混合を改善する。
【００１０】
加熱器における無炎燃焼は、２つのストリームが混合されるときに、混合物の温度が、混合物の自動点火温度を超えるが、混合物の温度が、米国特許第７，０２５，９４０号明細書（本明細書に参照により組み込まれる）に記載されたように、混合流量によって制限されることになっている混合時に酸化を結果として生じることになる温度未満であるように、酸化剤ストリームおよび燃料ストリームを十分に予備加熱することによって達成されることができる。混合物の自動点火温度は、燃料および酸化剤のタイプおよび燃料／酸化剤の比に左右される。無炎燃焼加熱器において用いられる混合物の自動点火温度は、８５０℃から１４００℃の範囲にあってもよい。酸化触媒が加熱器において用いられる場合には、この種の触媒は混合物の自動点火温度を効果的に下げるために、自動点火温度は、低下される可能性がある。
【００１１】
燃料管路は、所望の放熱を提供するように、酸化管路への燃料導入の制御された流量を提供する。放熱は部分的には、開口部の位置および数によって決定され、各加熱器用途に合わせることができる。放熱は、加熱器の長さにわたって一定であってもよく、または加熱器の長さにわたって減少または増大してもよい。
【００１２】
燃料の無炎燃焼に関連する目に見えない炎があるために、無炎燃焼反応は、従来の火炎加熱器において観察される温度より低い温度で生じる。観察されるより低い温度および直接加熱の効率のために、加熱器は、コストのより低い材料を用いて設計されることができ、設備投資を削減する結果を生じる。
【００１３】
無炎燃焼加熱器は、２つの主要な要素、すなわち、酸化管路および燃料管路を有する。酸化管路は、酸化剤用の入口と、酸化生成物用の出口と、入口と出口との間の流路とを有するチューブまたはパイプであってもよい。適切な酸化剤としては、空気、酸素および亜酸化窒素が挙げられる。酸化管路に導入される酸化剤は、燃料と混合されるときに、混合物が混合物の自動点火温度を上回る温度であるように予備加熱されてもよい。酸化剤は、無炎燃焼加熱器に対して外側で加熱されてもよい。あるいは、酸化剤は、加熱器の内側のストリームのいずれかと熱交換することによって加熱器の内側で加熱されてもよい。酸化管路は、約２ｃｍから約２０ｃｍの内径を有してもよい。しかしながら、酸化剤管路は、加熱器の要件に応じて、この範囲より大きくてもよく、または小さくてもよい。
【００１４】
燃料管路は、燃料を加熱器に輸送し、燃料を酸化管路に導入する。燃料管路は、燃料用入口と、燃料管路内から酸化管路への流体連通を提供する複数の開口部とを有するチューブまたはパイプであってもよい。燃料管路は、酸化管路内に位置し、酸化管路によって包囲されてもよい。燃料は、開口部を通って酸化管路に入り、そこで酸化剤と混合されて、無炎燃焼を結果として生じる。燃料管路は、約１ｃｍから約１０ｃｍの内径を有してもよく、好ましくは１．５ｃｍから５ｃｍの内径を有する。しかしながら、設計次第では、燃料管路は、１０ｃｍを超える直径を有してもよく、または１ｃｍ未満の直径を有してもよい。
【００１５】
燃料管路における開口部の幾何形状、配向および位置は、流体および加熱器システムの混合動力学のために生じる問題を克服するように設計されてもよい。開口部は、燃料管路の壁に穿孔されてもよく、または切り込まれてもよい。燃料管路の壁は通常、約０．２５ｃｍから約２．５ｃｍの厚さを有する。開口部は、円形、楕円形、矩形、別の形状またはさらに不規則な形状の断面を有してもよい。開口部は好ましくは、円形の断面を有する。
【００１６】
開口部は、約０．００１ｃｍ２から約２ｃｍ２の断面積を有してもよく、好ましくは約０．０３ｃｍ２から約０．２ｃｍ２の断面積を有してもよい。開口部のサイズは、酸化管路への燃料導入の所望の流量によって決定されるが、小さすぎる開口部は、閉塞を結果として生じる可能性がある。開口部は、任意の他の開口部から軸方向において、１ｃｍから１００ｃｍの距離で燃料管路に沿って位置決めされてもよい。開口部は好ましくは、軸方向において、１５ｃｍから５０ｃｍ離隔される。開口部は、燃料管路の長さに沿って異なる配向でそれぞれの半径方向の平面に位置決めされてもよい。たとえば、開口部の位置は、燃料管路の長さに沿って半径方向の平面において１８０°交互に位置してもよく、または１２０°または９０°交互に位置してもよい。したがって、燃料管路における開口部の位置は、半径方向の平面におけるそれらの配向が、燃料管路の長さに沿って３０°から１８０°だけ異なる配向で交互に位置するようになっていてもよい。開口部の半径方向の配向に関して、燃料管路の長さに沿って６０°から１２０°で交互に位置することが好ましい。
【００１７】
一実施形態において、焼成プレートが燃料管路から酸化領域までの流体連通を提供するために、開口部に加えて用いられてもよく、焼成プレートにおける開口部は、１０から１００ミクロン程度の直径を有してもよい。
【００１８】
加熱器の長さに沿った異なる開口部は通常、同一の断面積を有する。別法において、開口部の断面積は、所望の放熱を提供するために異なっていてもよい。さらに、燃料管路に沿った開口部間の間隔は、所望の放熱を提供するために異なっていてもよい。開口部は通常、同一の形状を有する。別法において、開口部は、異なる形状であってもよい。
【００１９】
開口部はそれぞれ、開口部の各端部で断面の中心をつなぐ線によって画定される長手軸を有する。燃料管路もまた、管路の断面の中心をつなぐ線によって画定される長手軸を有する。
【００２０】
用語「鋭角」は、本明細書で用いられるとき、０°から９０°の角度として定義される。用語「鈍角」は、本明細書で用いられるとき、９０°から１８０°の角度として定義される。用語「斜角」は、本明細書で用いられるとき、鋭角または鈍角のいずれかの角度として定義される。
【００２１】
無炎燃焼加熱器はさらに、処理流体を保持する処理管路を備え、処理管路が酸化管路と熱交換関係にある。加熱器に処理管路を含むことにより、処理ストリームの直接加熱を考慮に入れる。処理管路は任意に、化学反応を実行するために用いられてもよい。処理管路は、化学反応を容易にするために、触媒を含んでもよい。この加熱器は、熱が反応中に処理に直接加えられるため、吸熱反応を実行するために特に有用である。たとえば、この加熱器は、スチレンへのエチルベンゼンの脱水素化反応を直接的に加熱するために、脱水素化反応炉に組み込まれてもよい。
【００２２】
無炎燃焼加熱器は任意に、酸化剤管路を備えてもよい。酸化剤管路は、酸化剤用の入口と、酸化管路の入口と流体連通状態にある予備加熱される酸化剤用の出口とを有する。酸化剤管路は、酸化管路および／または処理管路と熱交換関係にあり、酸化管路において燃料と混合するときに、混合物が自動点火温度または自動点火温度を超える温度まで酸化剤を十分に予備加熱するために、直接熱を提供する。
【００２３】
予備加熱器は、酸化剤が加熱器に入る前に予備加熱するために用いられてもよい。予備加熱器は、熱を提供する任意の装置または方法であってもよい。予備加熱器は、たとえば、従来の熱交換器または無炎燃焼加熱器であってもよい。
【００２４】
無炎燃焼加熱器の好ましい実施形態は、本明細書において提示される図に関して、さらに記載される。
【００２５】
図１Ａから図３Ｂは、以下では鋭角をなす開口部と呼ばれる開口部を有する無炎燃焼加熱器の実施形態を示している。図１Ａは、燃料管路（１２）によって形成される燃料領域（１１）と、酸化管路（１４）によって形成される酸化領域（１３）とを有する無炎燃焼加熱器（１０）を示している。この種の加熱器は、２チューブ加熱器と呼ばれる。この実施形態において、燃料管路（１２）は、燃料用の入口（２４）および複数の開口部（２０）を有する円筒形パイプである。開口部の長手軸（２２）は、酸化管路（１４）の内面と鋭角（３４）を形成する。酸化管路（１４）は、燃料管路（１２）の周囲に同心円状に位置付けられる円筒形パイプであり、予備加熱される酸化剤用の入口（２６）および燃焼生成物用の出口（３０）を有する。別法において、酸化剤は、（３０）で導入されてもよく、燃焼生成物は、（２６）で加熱器から出てもよく、これらは、燃料および酸化剤の向流を提供する。燃料および酸化剤の向流は、並流するよりも燃料および酸化剤のよりよい混合を提供することができる。流れの方向は、特定の加熱器用途の所望の混合および放熱に適するように変更されてもよい。動作中、燃料は、入口（２４）を介して燃料領域（１１）に入り、次に、角度をなした開口部（２０）を通過した後で、酸化領域（１３）において予備加熱された酸化剤と混合される。開口部（２０）は、燃料入口（２４）に対向する方向に角度をなす。
【００２６】
開口部は、燃料管路（１２）の燃料入口（２４）から測定したとき、開口部の長手軸が酸化管路の内面と９０°未満の角度を形成するようになっている。これらの開口部は、以下では鋭角をなす開口部と呼ばれる。開口部の長手軸は、好ましくは酸化管路の内面と２０°から８０°の角度を形成し、より好ましくは３０°から７５°の角度を形成し、最も好ましくは５０°から７０°の角度を形成する。
【００２７】
図１Ｂは、線Ａ−Ａに沿って切り取った図１Ａの断面図である。この図は、開口部の長手軸が燃料管路の長手軸と交差する一実施形態を示している。
【００２８】
図１Ｃは、線Ｂ−Ｂに沿って切り取った図１Ａの断面図である。この図は、開口部の長手軸が燃料管路の長手軸から一定の距離（４０）にあり、長手軸が交差しないようになっている別の実施形態を示している。これらの開口部は、以下では鋭角をなす接線開口部と呼ばれる。
【００２９】
加熱器は、図１Ｂ（鋭角をなす開口部）に示される断面図を有してもよく、図１Ｃ（鋭角をなす接線開口部）に示される断面図を有してもよい。別法において、加熱器は、鋭角をなす開口部および鋭角をなす接線開口部の組み合わせを有してもよく、図１Ｂおよび図１Ｃの断面図は、加熱器の異なる点における同一の加熱器の断面図を表すことになる。
【００３０】
鋭角をなす開口部は、開口部から出る燃料が燃料管路入口に対向する方向に向けられるように角度をなしている。鋭角をなす開口部は、より低いピーク温度を結果として生じ、加熱器の材料に対する危険性を削減し、より廉価な材料を加熱器構造に用いることを可能にする。さらに、鋭角をなす開口部は、燃料管路と酸化管路との間の距離を削減することができ、より小型の加熱器を結果として生じ、設備投資を削減する結果を生じる。
【００３１】
鋭角をなす接線開口部は、半径方向におけるより均一な放熱を提供する。鋭角をなす接線開口部の使用はまた、より均一な加熱分布を提供し、燃料および酸化剤の混合を改善する。鋭角をなす接線開口部の使用はまた、無炎燃焼加熱器が従来の垂直開口部を有する無炎燃焼加熱器より高い燃料／空気の比で動作することを可能にする。必要な空気が少ない場合には、酸化管路はより小さくてもよく、したがって、設備投資を削減する。
【００３２】
図２Ａは、燃料管路（１２）、酸化管路（１４）および処理管路（１６）を有する無炎燃焼加熱器（１０）を示している。この種の加熱器は、３チューブ加熱器と呼ばれ、処理流体の直接加熱のために用いられてもよい。図２Ａに示される３チューブ加熱器は、図１Ａと類似であり、燃料管路および酸化管路は同一である。しかしながら、図２Ａにおいて、処理領域（１５）は、処理管路（１６）によって形成される。処理管路（１６）は、処理ストリーム用の入口（３２）および加熱処理ストリーム用の出口（２８）を有する円筒形パイプである。あるいは、酸化管路の流れと並流する処理流れを提供するために、処理ストリームは、（２８）で入り、（３２）で処理管路から出てもよい。
【００３３】
図２Ｂは、線Ａ−Ａに沿って切り取った図２Ａの断面図である。図２Ｂは、開口部の長手軸が燃料管路の長手軸と交差する実施形態を示している。図示されていない別の実施形態は、開口部の長手軸が燃料管路の長手軸から一定の距離にあり、軸が交差しないようになっている開口部を備える。
【００３４】
図３Ａは、燃料管路（１０２）、酸化管路（１０４）、処理管路（１０８）および酸化剤管路（１０６）を有する無炎燃焼加熱器（１００）を示している。燃料領域（１１１）は、燃料管路（１０２）によって形成され、パイプに沿って角度をなす開口部（１２６）を有する円筒形パイプまたは管である。酸化領域（１１３）は、円筒形であり、燃料管路と同心である酸化管路（１０４）によって形成される。処理領域（１１７）は、処理管路（１０８）によって形成され、シェルアンドチューブ熱交換器の円筒形パイプまたはシェル側であってもよい。酸化剤領域（１１５）は、円筒形であり、酸化管路と同心である酸化剤管路（１０６）によって形成される。動作中、燃料は、入口（１１０）で燃料管路に入り、角度をなす開口部（１２６）で燃料管路から出る。角度をなす開口部（１２６）は、燃料入口（１１０）から離れる方向に角度をなしている。酸化剤は、酸化剤入口（１１４）で酸化剤管路に入り、酸化管路入口（１２０）で酸化剤管路を出る。酸化剤は、酸化剤領域（１１５）において予備加熱される。予備加熱された酸化剤は、開口部（１２６）からの燃料と混合され、燃焼生成物は、酸化管路出口（１１２）で加熱器から出る。処理ストリームは、（１１６）で入り、（１１８）で出てもよく、または（１１８）で入り、（１１６）で出てもよい。
【００３５】
この実施形態は、いくつかの点で図１Ａおよび図２Ａに示される実施形態とは異なる。酸化剤は、酸化管路および処理管路と熱交換関係にある酸化剤管路に導入されるため、加熱器の内側で予備加熱される。酸化剤はまた、酸化剤管路に導入される前に、予備加熱されてもよい。処理管路は、酸化剤の一部および酸化管路と熱交換関係にある。これらの異なる実施形態は、処理の要件を満たし、無炎燃焼の燃焼生成物からさらなる熱の回収のための設計要素を組み込むために、加熱器用途を設計するためのさらなる自由を提供する。
【００３６】
図３Ａは、線Ａ−Ａに沿って切り取った図３Ａの断面図である。この図は、開口部の長手軸が燃料管路の長手軸と交差する一実施形態を示している。図示されていない別の実施形態は、開口部の長手軸が燃料管路の長手軸から一定の距離にあり、軸が交差しないようになっている開口部を備える。
【００３７】
図４Ａから図６Ｂは、以下では鈍角をなす開口部と呼ばれる開口部を有する無炎燃焼加熱器の実施形態を示している。図４Ａは、図１Ａに示される２チューブ無炎燃焼加熱器と類似であるが、開口部が異なる方向に角度をなしている無炎燃焼加熱器（１０）を示している。角度をなす開口部（２０）は、燃料管路入口に向かう方向に角度をなしている。
【００３８】
開口部は、燃料管路の入口端部から測定したとき、開口部の長手軸が、酸化管路の内面と９０°を超える角度を形成するようになっている。これらの開口部は、以下では鈍角をなす開口部と呼ばれる。開口部の長手軸は、好ましくは酸化管路の内面と１００°から１６０°の角度を形成し、より好ましくは１０５°から１４５°の角度を形成し、最も好ましくは１１０°から１３０°の角度を形成する。
【００３９】
開口部の長手軸は、図４Ｂに示されるように、燃料管路の長手軸と交差してもよい。別法において、図４Ｃにおいて示されているように、開口部の長手軸は、燃料管路の長手軸から一定の距離（４０）にあり、軸が交差しないようになっており、そのような開口部は以下では、鈍角をなす接線開口部と呼ばれる。鈍角をなす接線開口部は、鋭角をなす接線開口部と類似の利点を提供する。
【００４０】
鈍角をなす開口部は通常、燃料の流れの乱流および無炎燃焼反応を改善する酸化管路における酸化剤との混合を増大する結果を生じる。さらに、鈍角をなす開口部は、鋭角をなす開口部が提供する利点と同一の利点の多くを提供し、たとえば、燃料管路と酸化管路との間の距離を削減することを可能にし、より小型の加熱器を結果として生じ、設備投資の削減を生じる。
【００４１】
図５Ａは、図２Ａに示される３チューブ無炎燃焼加熱器と類似の無炎燃焼加熱器（１０）を示している。しかしながら、図５Ａは、上述したように、加熱器において鈍角をなす開口部を示している。図５Ｂは、線Ａ−Ａに沿って切り取った図５Ａの断面図である。
【００４２】
図６Ａは、図３Ａに示される４チューブ無炎燃焼加熱器と類似の無炎燃焼加熱器（１００）を示している。しかしながら、図６Ａは、加熱器において鈍角をなす開口部を示している。図６Ｂは、線Ａ−Ａに沿って切り取った図６Ａの断面図である。
【００４３】
図７Ａから図９Ｂは、以下では接線開口部と呼ばれる開口部を有する無炎燃焼加熱器の実施形態を示している。図７Ａは、図１Ａに示される２チューブ無炎燃焼加熱器と類似であるが、開口部が異なる角度をなしている無炎燃焼加熱器（１０）を示している。接線開口部２０は、燃料管路入口または出口の方向に角度をなしていない。図７Ｂは、線Ａ−Ａに沿って切り取った図７Ａの断面図である。
【００４４】
接線開口部は、開口部の長手軸が燃料管路の長手軸から一定の距離（４０）にあり、長手軸が交差しないようになっている。開口部の長手軸と燃料管路の長手軸との間の距離は、燃料管路の内側半径の４分の１を超えてもよく、好ましくは燃料管路の内側半径の２分の１を超えてもよく、より好ましくは燃料管路の内側半径の４分の３を超えてもよい。
【００４５】
接線開口部は、鋭角をなす接線開口部および鈍角をなす接線開口部と同様に、半径方向においてより均一な放熱を提供する。
【００４６】
図８Ａは、図２Ａに示される３チューブ無炎燃焼加熱器と類似の無炎燃焼加熱器（１０）を示している。しかしながら、図８Ａは、上述したように、加熱器において接線開口部を示している。図８Ｂは、線Ａ−Ａに沿って切り取った図８Ａの断面図である。
【００４７】
図９Ａは、図３Ａに示される４チューブ無炎燃焼加熱器と類似の無炎燃焼加熱器（１００）を示している。しかしながら、図９Ａは、加熱器において接線開口部を示している。図９Ｂは、線Ａ−Ａに沿って切り取った図９Ａの断面図である。
【００４８】
無炎燃焼加熱器は、加熱器の特定の構造および加熱器の用途に応じて、種々の状態で動作されてもよい。種々の実施例および状態は、米国特許第５，２５５，７４２号明細書および米国特許第７，０２５，９４０号明細書に記載されており、これらの特許は、本明細書に参照により組み込まれる。
【００４９】
図１０は、エチルベンゼン脱水素化ユニットにおける無炎燃焼加熱器の使用を示している。スチームおよびエチルベンゼンを含む処理原料は、管路（２０２）を介して脱水素化反応炉（２０４）に供給される。脱水素化反応炉（２０４）は、鉄酸化物系の触媒であってもよい適切な脱水素化触媒を含み、脱水素化触媒と処理原料を接触するための手段を提供する。脱水素化反応炉廃水は、管路（２０６）を通して脱水素化反応炉（２０４）から排出され、その処理流体入口（２１０）を通して無炎燃焼加熱器（２０８）に導入される。
【００５０】
脱水素化反応は吸熱反応であるため、脱水素化反応炉廃水は、脱水素化反応炉（２０４）への処理原料の温度より低い温度を有する。無炎燃焼加熱器（２０８）は、第２の段階の脱水素化反応炉（２１２）に導入される前に、脱水素化反応炉廃水を加熱するために用いられる。加熱された処理流体は、無炎燃焼加熱器（２０８）からその排出出口（２１４）および管路（２１６）を通って送られ、第２の段階の脱水素化反応炉（２１２）への供給として導入される。脱水素化反応炉廃水は、第２の段階の反応炉（２１２）から管路（２１８）を通して排出される。脱水素化処理は、無炎燃焼加熱器が各さらなる反応炉の前に配置されてもよい場合には、３つ以上の反応炉を用いて実行されてもよい。
【００５１】
燃料は、管路（２２０）および燃料入口（２２２）を通って無炎燃焼加熱器（２０８）に導入される。酸化剤は、管路（２２４）および酸化剤入口（２２６）を通って加熱器（２０８）に導入される。燃焼生成物は、管路（２２８）を通って無炎燃焼加熱器（２０８）から排出される。
【００５２】
この実施形態において、予備加熱器（２３０）は、加熱器（２０８）に供給される前に酸化剤を予備加熱するように示されている。これは、加熱器システムの任意の部分である。
【００５３】
本明細書に記載される無炎燃焼加熱器は、開口部の位置および幾何形状の記載された詳細の任意の変形を有する任意の用途において用いられることができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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