СПОСОБ ПУСКА СИСТЕМЫ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО НАГРЕВАНИЯ (ВАРИАНТЫ), СПОСОБ ПУСКА УСТРОЙСТВА НЕПОСРЕДСТВЕННОГО НАГРЕВАНИЯ (ВАРИАНТЫ)
START-UP METHOD OF DIRECT HEATING SYSTEM (VERSIONS), START-UP METHOD OF DIRECT HEATING DEVICE (VERSIONS)

Данное изобретение заявляет выгодоприобретение из предварительной заявки США №60/660,448, поданной 10 марта 2005 г., содержание которой полностью входит в данный документ в качестве ссылки.
Изобретение относится к способу(ам) пуска устройства или системы непосредственного нагревания.
В опубликованной литературе раскрыты несколько типов и конструкций нагревающих устройств беспламенного сгорания. Например, патент США №5,255,742 раскрывает способ нагревания подземной геологической формации при помощи устройства беспламенного сгорания. Это устройство включает в себя трубопровод топливного газа, имеющий множество отверстий. Трубопровод топливного газа установлен по центру внутри трубопровода воздуха для горения, в результате чего образовано первое кольцевое пространство между трубопроводом топливного газа и трубопроводом воздуха для горения. Отверстия обеспечивают сообщение посредством текучей среды между трубопроводом топливного газа и первым кольцевым пространством. Трубопровод воздуха для горения установлен по центру внутри обсадной трубы, в результате чего образуется второе кольцевое пространство между трубопроводом воздуха для горения и обсадной трубой. Топливный газ поступает в первое кольцевое пространство по отверстиям трубопровода топливного газа и смешивается с воздухом, и сгорает в первом кольцевом пространстве. Первое кольцевое пространство, сформированное трубопроводом воздуха для горения, сообщается по текучей среде со вторым кольцевым пространством между трубопроводом воздуха для горения и обсадной трубой. Это сообщение посредством текучей среды обеспечивает прохождение газообразных продуктов сгорания во второе кольцевое пространство и следование их по второму кольцевому пространству вверх к поверхности, тем самым обеспечивая тепло, передающееся в подземную геологическую формацию.
Публикация США №2003/0182858 описывает способ обеспечения регулируемого тепла для технологической текучей среды при помощи устройства для беспламенного распределенного сгорания. Это устройство содержит первый топливопровод, имеющий множество топливных насадок, распределенных по его длине, и окружающую камеру окисления. Трубопровод, окружающий топливопровод, образует камеру окисления. Это устройство также содержит технологическую камеру, расположенную вокруг камеры окисления. Топливные насадки обеспечивают сообщение изнутри топливопровода с камерой окисления, в которой смешиваются окислитель и топливо, и топливо сгорает. Выделяемое при сгорании тепло передается технологической камере.
Публикация США №2004/0033455 описывает интегральные реакторы сгорания, в которых камеры сгорания находятся в непосредственном тепловом контакте с реакционными камерами для эндотермической реакции. Эта публикация также описывает пуск устройства при помощи технологического реагента, нагретого до 260-290°С, воздуха для горения, предварительно нагретого до 160-170°С, и потока водородного топлива, который не нагревался предварительно вне устройства. Потоки технологического реагента и воздуха для горения согласно этой публикации нагревались микроканальной теплообменной системой.
Упомянутые публикации не раскрывают четырехтрубные нагревающие устройства беспламенного сгорания для нагревания технологической текучей среды и поэтому они не учитывают возможные трудности, связанные с пуском либо трех-, либо четырехтрубного устройства беспламенного сгорания методом холодного пуска, особенно когда трубы нагревающего устройства совмещены в гребенку в теплообменной системе при помощи трубных решеток. Одно из обстоятельств в начале использования устройства беспламенного сгорания из холодного пуска заключается в возможности нестабильного сгорания вводимого топлива вследствие поступления различных входных потоков в холодное устройство. Еще одно обстоятельство заключается в неустойчивой работе устройства беспламенного сгорания, возможной при холодном пуске. И также еще одним обстоятельством являются последствия расширения металла устройства беспламенного сгорания при холодном пуске.
Таким образом, объект изобретения состоит в обеспечении способа пуска в работу устройства непосредственного нагревания после некоторого срока его простоя, или из холодного пуска устройства непосредственного нагревания.
Соответственно, обеспечивают способ пуска системы непосредственного нагревания, содержащей зону ввода топлива, зону сгорания и технологическую зону, которая находится в теплообмене с упомянутой зоной сгорания. Согласно этому способу: горячую текучую среду окислителя через упомянутую зону сгорания на время прогревания, достаточное для повышения температуры упомянутой системы непосредственного нагревания до требуемой температуры; пропускают водяной пар через упомянутую технологическую зону в течение второй период времени, достаточного для регулирования температуры упомянутой системы непосредственного нагревания до второй требуемой температуры; и по достижении упомянутых требуемой температуры и второй требуемой температуры пропускают топливную текучую среду, содержащую топливо, через упомянутую зону ввода топлива.
Еще одно осуществление изобретения представляет собой способ пуска системы непосредственного нагревания, содержащей зону ввода топлива, зону сгорания и технологическую зону, которая находится в теплообмене с упомянутой зоной сгорания. Перед вводом топливной текучей среды в упомянутую зону сгорания пропускают имеющую высокую температуру текучую среду окислителя через упомянутую зону сгорания на время прогревания, достаточное для повышения температуры упомянутого устройства непосредственного нагревания до требуемой температуры. Пропускают перегретый пар через упомянутую технологическую зону. Пропускают пар через упомянутую зону ввода топлива перед вводом упомянутой топливной текучей среды в упомянутую зону ввода топлива. Вводят упомянутую топливную текучую среду с постепенно возрастающей скоростью в упомянутую зону ввода топлива с упомянутым паром для достижения требуемой скорости ввода топливной текучей среды и затем прекращают упомянутое пропускание упомянутого пара через упомянутую зону ввода топлива. Пропускают технологическую текучую среду с упомянутым перегретым паром через упомянутую технологическую зону и затем прекращают упомянутое пропускание упомянутого перегретого пара через упомянутую технологическую зону.
Согласно этому способу: горячую текучую среду окислителя пропускают через упомянутую зону сгорания на время прогревания, достаточное для повышения температуры упомянутой системы непосредственного нагревания до требуемой температуры; после достижения упомянутой требуемой температуры пропускают технологический поток, содержащий технологическую текучую среду, через упомянутую технологическую зону в течение второго периода времени, достаточного для повышения температуры упомянутой системы непосредственного нагревания до второй требуемой температуры; и после достижения упомянутой второй требуемой температуры пропускают топливную текучую среду, содержащую топливо, через упомянутую зону ввода топлива.
Технологическая текучая среда может быть любой технологической текучей средой, подлежащей нагреванию для разных целей. Система теплопередачи имеет выгодное применение, когда используется в нагревании технологических текучих сред, которые представляют собой подаваемые химические реагенты. В особенности, система теплопередачи согласно изобретению имеет конкретное применение в процессах дегидрирования, таких как процессы дегидрирования этилбензола для производства стирола. В таких применениях технологическая текучая среда, подлежащая нагреванию, содержит этилбензол. Технологическая среда дополнительно может содержать пар и может дополнительно содержать стирол или подобные компоненты реактора дегидрирования.
Фиг.1 упрощенно и схематически представляет трехтрубное устройство беспламенного сгорания, являющееся объектом способа пуска согласно изобретению.
Фиг.1В упрощенно и схематически представляет осуществление трехтрубного устройства беспламенного сгорания, являющегося объектом способа пуска согласно изобретению.
Фиг.2 упрощенно и схематически представляет осуществление четырехтрубного устройства беспламенного сгорания, являющегося объектом способа пуска согласно изобретению.
Фиг.2В упрощенно и схематически представляет осуществление четырехтрубного устройства беспламенного сгорания, являющегося объектом способа пуска согласно изобретению.
Изобретение обеспечивает способ пуска в работу устройства беспламенного сгорания или системы непосредственного нагревания из холодного пуска. Система непосредственного нагревания, являющаяся объектом описываемой здесь методики холодного пуска, представляет собой любой тип нагревающей системы, предусматривающей сгорание топлива и непосредственную передачу выделяемой тепловой энергии в технологическую текучую среду.
Система непосредственного нагревания согласно изобретению содержит нагревающие устройства, которые нередко называют устройством беспламенного сгорания или системой беспламенного сгорания, или устройством беспламенного распределенного сгорания (БPC), или похожими терминами, и содержит объединенные нагревающие системы, предназначенные для горения топлива в условиях, в которых прирастающие количества топлива вводят в предварительно нагретый поток окислителя при температурах выше температуры самовоспламенения получаемой смеси. Потоки топлива и окислителя быстро смешиваются, и поэтому реакция сгорания совсем не ограничена низким темпом смешивания; и скорость потока окислителя должна быть такой, чтобы предотвращалось образование пламени. Выделяемое т.н. беспламенным сгоранием тепло передается технологической текучей среде или потоку, проходящим через технологическую зону, находящуюся в теплообмене с зоной сгорания устройства беспламенного сгорания, например - при помощи технологической втулки, окружающей либо трубу сгорания, либо трубу подачи окислителя устройства беспламенного сгорания, или при помощи и той, и другой.
Некоторые из возможных предлагаемых данным изобретением систем беспламенного сгорания представляют собой трех- или четырехтрубные системы беспламенного нагревания. Трехтрубное устройство беспламенного нагревания является системой, содержащей зону ввода топлива, зону сгорания и технологическую зону. Зона ввода топлива образована топливной трубой, имеющей множество отверстий по ее длине, через которые топливо вводится в зону сгорания. Труба сгорания, наружная по отношению к топливной трубе и ее окружающая, образует зону сгорания, через которую предварительно нагретая текучая среда окислителя проходит и смешивается с топливом, вводимым в зону сгорания по отверстиям топливной трубы. Технологическая труба, наружная по отношению к трубе сгорания и окружающая ее, образует технологическую зону, через которую проходит технологическая текучая среда. Технологическая зона находится в теплообмене с зоной сгорания.
В некоторых вариантах осуществления изобретения трехтрубная система беспламенного нагревания может содержать топливную трубу, трубу окислителя и технологическую трубу. Топливная труба имеет некоторую длину и стенку трубы, образующие зону ввода топлива, в которой по упомянутой длине и внутри упомянутой зоны ввода топлива имеется зона предварительного нагревания топлива и зона сгорания; при этом упомянутая зона предварительного нагревания имеет: топливный вход для ввода упомянутого топлива в упомянутую зону предварительного нагревания топлива и топливный выход для ввода предварительно нагретого топлива из упомянутой зоны предварительного нагрева топлива в упомянутую зону сгорания; и причем вдоль упомянутой зоны сгорания и в упомянутой стенке трубы выполнено множество отверстий. Труба окислителя является наружной по отношению к упомянутой топливной трубе и окружающей ее и тем самым образует зону ввода окислителя по упомянутой длине упомянутой топливной трубы; при этом упомянутая зона ввода окислителя включает в себя зону предварительного нагревания окислителя и зону сгорания топлива; при этом упомянутая зона предварительного нагревания окислителя имеет отверстие впуска окислителя для ввода окислителя в упомянутую зону предварительного нагревания окислителя и отверстие выпуска окислителя для ввода предварительно нагретого окислителя из упомянутой зоны предварительного нагревания окислителя в упомянутую зону сгорания топлива; и содержит множество отверстий, которые обеспечивают сообщение посредством текучей среды между упомянутой зоной сгорания и упомянутой зоной сгорания топлива. Технологическая труба, наружная по отношению к упомянутой трубе окислителя и окружающая ее, образует зону ввода технологической текучей среды по упомянутой трубе окислителя; упомянутая зона ввода технологической текучей среды включает в себя зону нагревания технологической текучей среды и зону нагревания окислителя/топлива; упомянутая зона нагревания технологической текучей среды находится в теплообмене с упомянутой зоной сгорания топлива и имеет впускное отверстие технологической текучей среды для ввода упомянутой технологической текучей среды в упомянутую зону нагревания технологической текучей среды и выпускное отверстие технологической текучей среды для ввода нагретой технологической текучей среды из упомянутой зоны нагревания технологической текучей среды в упомянутую зону нагревания окислителя/топлива; и упомянутая зона нагревания окислителя/топлива находится в теплообмене и с упомянутой зоной предварительного нагревания окислителя, и упомянутой зоной предварительного нагревания топлива, и включает в себя выпускное отверстие для выведения упомянутой нагретой технологической текучей среды из упомянутой зоны нагревания окислителя/топлива.
Трехтрубная система беспламенного нагревания излагается подробно в одновременно поданной патентной заявке на "A Heat Transfer System for the Combustion of a Fuel and Heating of a Process Fluid and a Process that Uses Same" за №TH2699, содержание которой полностью входит в данное описание в качестве ссылки.
Четырехтрубное устройство беспламенного нагревания является системой, содержащей зону ввода топлива, зону сгорания, зону ввода окислителя и технологическую зону. Зона ввода топлива образована топливной трубой, имеющей множество отверстий по ее длине, по которым топливо вводится в зону сгорания. Реакционная труба, или труба сгорания, наружная по отношению к топливной трубе и окружающая ее, образует зону сгорания, через которую предварительно нагретая текучая среда окислителя проходит и смешивается с топливом, вводимым в зону сгорания через отверстия топливной трубы. Труба ввода окислителя, наружная по отношению к трубе сгорания и окружающая ее, и по которой текучая среда окислителя проходит и предварительно нагревается перед ее вводом в зону сгорания, образует зону ввода окислителя. Технологическая труба, наружная по отношению к трубе сгорания и окружающая ее, образует технологическую зону, через которую проходит технологическая текучая среда. И технологическая зона, и зона ввода окислителя находятся в теплообмене, непосредственном или косвенном с зоной сгорания.
В некоторых осуществлениях четырехтрубная система беспламенного нагревания может содержать, в концентрической взаимосвязи, зону ввода топлива, зону сгорания, зону ввода окислителя и зону технологической текучей среды; при этом упомянутая зона ввода топлива образована средством ввода топлива, которое вводит топливо в упомянутую зону сгорания, образуемую реакционной трубой, наружной по отношению к упомянутому средству ввода топлива и окружающей его; и упомянутая зона ввода окислителя образована трубой окислителя, наружной по отношению к упомянутой реакционной трубе и окружающей ее; и упомянутая зона технологической текучей среды образована технологической трубой, наружной по отношению к упомянутой трубе окислителя и окружающей ее.
В некоторых осуществлениях четырехтрубная система беспламенного нагревания может содержать технологическую систему, включающую в себя: топливную трубу, имеющую некоторую длину, и стенку топливной трубы, образующие зону ввода топлива; причем упомянутая топливная труба имеет дальний конец и впускной конец топлива для ввода топлива в упомянутую зону ввода топлива; и по длине упомянутой топливной трубы и в упомянутой стенке трубы находится множество расположенных через интервал отверстий; реакционную трубу, имеющую некоторую длину реакционной трубы и расположенную снаружи по отношению к упомянутой топливной трубе и окружающую ее, тем самым образуя зону сгорания вдоль упомянутой длины топливной трубы; упомянутая реакционная труба имеет впускной конец реакционной трубы для приема предварительно нагретого окислителя в упомянутую зону сгорания и выпускной конец для выведения продуктов сгорания из упомянутой зоны сгорания; и упомянутое множество расположенных через интервал отверстий обеспечивают сообщение посредством текучей среды между упомянутой зоной ввода топлива и упомянутой зоной сгорания; трубу ввода окислителя, имеющую некоторую длину трубы ввода окислителя и расположенную снаружи по отношению к упомянутой реакционной трубе и окружающей ее, тем самым образующую зону ввода окислителя по упомянутой длине реакционной трубы; причем упомянутая труба ввода окислителя имеет впускной конец трубы ввода окислителя для ввода окислителя в упомянутую зону ввода окислителя, и выпускной конец трубы ввода окислителя для выведения упомянутого предварительно нагретого окислителя из упомянутой зоны ввода окислителя в упомянутую зону сгорания через упомянутый выпускной конец трубы ввода окислителя, который посредством текучей среды сообщается с упомянутым впускным концом реакционной трубы; и упомянутая зона ввода окислителя находится в теплообмене с упомянутой зоной сгорания; и технологическую трубу, расположенную снаружи по отношению к упомянутой трубе ввода окислителя и окружающую ее, тем самым образуя зону технологической текучей среды вдоль упомянутой трубы ввода окислителя; причем упомянутая технологическая труба имеет впускной конец технологической текучей среды для ввода технологической текучей среды в упомянутую зону технологической текучей среды, и выпускной конец технологической текучей среды для выведения нагретой технологической текучей среды из упомянутой зоны технологической текучей среды; и упомянутая зона технологической текучей среды находится в теплообмене с упомянутой зоной сгорания.
Четырехтрубная система беспламенного нагревания подробно излагается в совместно поданной патентной заявке на "A Multi-Tube Heat Transfer System for the Combustion of a Fuel and Heating of a Process Fluid and Use Thereof" за №TH2700, содержание которой полностью входит в данное описание в качестве ссылки.
Способ согласно изобретению представляет собой методику пуска из холодного пуска системы беспламенного нагревания, например - трех- и четырехтрубных устройств беспламенного нагревания, упоминаемых выше. Методика пуска предусматривает последовательность этапов, начиная с пропускания горячей текучей среды окислителя в и через зону сгорания устройства беспламенного нагревания. Горячей текучей средой окислителя является любая целесообразная текучая среда, которую можно нагреть до нужной входной температуры перед ее вводом в зону сгорания. В некоторых осуществлениях изобретения окислитель можно нагревать наружными средствами. Например, окислитель можно нагревать самим технологическим процессом.
Горячую текучую среду окислителя пропускают через зону сгорания на время прогревания, достаточное для повышения температуры устройства беспламенного нагревания до требуемой температуры. Время, необходимое для повышения температуры устройства беспламенного нагревания до требуемой температуры, будет зависеть от массы устройства, материалов, из которых оно изготовлено, от начальной температуры устройства и от требуемой температуры устройства.
Требуемую температуру устройства беспламенного сгорания можно определить или измерить любым целесообразным средством или способом. Предпочтительный способ определения времени достижения требуемой температуры устройством беспламенного сгорания является измерение входной температуры горячей текучей среды окислителя, которую вводят в зону сгорания устройства беспламенного сгорания; и измерение выходной температуры горячей текучей среды окислителя после ее прохождения через зону сгорания и во время прохождения выпускного отверстия для отработанной текучей среды.
Как правило, когда горячая текучая среда окислителя впервые вводится в зону сгорания, выходная температура горячей текучей среды окислителя на выходе для отработанной текучей среды устройства беспламенного сгорания значительно ниже входной температуры горячей текучей среды окислителя во время ее ввода через вход зоны сгорания устройства беспламенного сгорания. Эта значительная разность температур между входной температурой и выходной температурой горячей текучей среды окислителя обусловлена теплопередачей от горячей текучей среды окислителя материалам или массе устройства беспламенного сгорания, но по мере прохождения горячей текучей среды окислителя через зону сгорания устройство беспламенного сгорания будет нагреваться и выходная температура горячей текучей среды окислителя будет повышаться, в результате чего разность температур между входной температурой и выходной температурой горячей текучей среды окислителя уменьшится.
Разность температур между входной температурой и выходной температурой можно постоянно контролировать в течение некоторого времени, чтобы определить, когда температура устройства беспламенного сгорания достигнет требуемой температуры. В качестве показателя температуры устройства беспламенного сгорания можно использовать либо упомянутую разность температур, либо абсолютную температуру горячей текучей среды окислителя на выходе продуктов сгорания зоны сгорания.
Горячую текучую среду окислителя можно выбрать из числа любых соответствующих видов текучей среды, обладающих способностью быть теплоносителем, т.е. иметь достаточную теплоемкость. Предпочтительной текучей средой окислителя для использования в способе согласно настоящему изобретению является такая кислородосодержащая среда, как воздух, при этом воздух является предпочтительной текучей средой окислителя. Некоторая часть горячей текучей среды окислителя может также содержать водяной пар. Предпочтительно, чтобы горячая текучая среда окислителя содержала воздух и также она может содержать водяной пар. Установлено, что начало этапа прогревания при помощи горячей текучей среды окислителя не исключает предшествующие этапы, такие как прохождение водяного пара через одну или несколько зон устройства беспламенного сгорания - для очистки системы или даже для ее прогревания. В некоторых осуществлениях технологические этапы выполняют перед началом этапа прогревания при помощи горячей текучей среды окислителя. Например, водяной пар может проходить через одну или несколько зон системы теплопередачи в таких целях, как очистка системы или даже прогревание системы.
Входная температура горячей текучей среды окислителя может быть, по меньшей мере, настолько высокой, насколько это необходимо для нужного нагревания устройства беспламенного сгорания. В типичных осуществлениях входная температура горячей текучей среды окислителя может находиться в приблизительных пределах 200°С (392°F) - 2000°С (3632°F) или 260°С (500°F) - 1000°С (1832°F), предпочтительно 360°С (680°F) - 850°С (1562°F), и наиболее предпочтительно 460°С (860°F) - 725°С (1337°F).
Когда горячая текучая среда окислителя вводится впервые в зону сгорания зоны беспламенного сгорания, то выходная температура отработавшей горячей текучей среды окислителя будет, как упомянуто выше, значительно ниже ее входной температуры. Но разность температур будет сужаться по мере увеличения времени прохождения горячей текучей среды окислителя через устройство беспламенного сгорания. Нужная выходная температура предпочтительно должна превышать приблизительно 460°С (860°F), предпочтительно быть выше 560°С (1040°F) и наиболее предпочтительно, чтобы требуемая температура на выходе из зоны сгорания превышала 620°С (1148°F).
По достижении требуемой температуры отработавшей горячей текучей среды: согласно одному из осуществлений методики пуска, водяной пар как текучую среду технологической зоны вводят и пропускают через технологическую зону устройства беспламенного сгорания. Температуру текучей среды технологической зоны измеряют и контролируют таким или похожим образом, как и температуру горячей текучей среды окислителя зоны сгорания, согласно вышеизложенному.
В технологической зоне входной температурой технологической текучей среды - водяного пара, может быть температура перегретого пара свыше 425°С (797°F). Предпочтительно, чтобы температура водяного пара, вводимого в технологическую зону, превышала 510°С (950°F) и наиболее предпочтительно приблизительная входная температура водяного пара превышает 560°С (1040°F). Особо предпочтительно, чтобы водяной пар был перегретым и имел приблизительную температуру свыше 620°С (1148°F).
Водяной пар проходит через технологическую зону в течение второго периода времени, достаточного для регулирования температуры устройства беспламенного сгорания до второй требуемой температуры. Эту вторую требуемую температуру можно определить путем контролирования температуры текучей среды технологической зоны на выходе из технологической зоны. Вторая нужная приблизительная температура на выходе из технологической зоны должна превышать 460°С (860°F); предпочтительно должна превышать 560°С (1040°F) и наиболее предпочтительно, чтобы вторая требуемая температура на выходе из технологической зоны превышала 620°С (1148°F).
После того, как будет достигнута или требуемая температура, или вторая требуемая температура, или обе эти температуры, топливную текучую среду вводят в зону ввода топлива, при этом топливо проходит через отверстия топливной трубы в зону сгорания, где оно смешивается с горячей текучей средой окислителя, проходящей через нее, и сгорание начинается. Смесь для горения, содержащая топливную текучую среду и горячую текучую среду окислителя, имеет температуру выше температуры самовозгорания смеси. Для инициирования, или в помощь инициированию, сгорания дополнительное оборудование или электронные средства не требуются. Для инициирования сгорания искры свечи пускового подогрева или т.п. не требуются.
В качестве топливной текучей среды можно использовать любую текучую среду, способную к горению в присутствии такого окислителя, как кислород или воздух, Примеры этого топлива: водород и углеводороды. Примеры углеводородов, которые можно использовать в качестве топлива: углеводороды с числом атомов углерода от одного до шести, включая метан, этан, этилен, пропан, пропилен, пропин, бутан, бутилены и бутин. Предпочтительные виды топлива включают в себя те виды, которые выбраны из группы, состоящей из водорода, метана, этана и их смесей.
В топливе, первоначально вводимом в зону ввода топлива во время пуска устройства беспламенного сгорания, может также содержаться некоторая доля водяного пара. В этом случае смесь топлива и водяного пара проходит через зону ввода топлива и через ее отверстия в зону сгорания, в которой происходит сгорание топлива. После некоторого времени, в течение которого происходит сгорание, водяной пар удаляется из топлива, и устройство беспламенного сгорания может продолжать сжигание топлива.
Согласно еще одному варианту осуществления изобретения водяной пар вводят для очистки линий во время нагревания. Топливо вводят, и ввод водяного пар останавливают. После воспламенения топлива можно ввести другое топливо или смесь видов топлива, и это топливо или топливная смесь может содержать водяной пар. Еще одно осуществление предусматривает пуск без очистки водяным паром: топливо впрыскивают без водяного пара.
По достижении и требуемой температуры, и второй требуемой температуры затем можно вводить технологический поток и пропускать его через технологическую зону устройства беспламенного сгорания. Технологический поток вводят в технологическую зону либо до прекращения ввода водяного пара в технологическую зону, либо после прекращения ввода водяного пара в технологическую зону, или одновременно с прекращением ввода водяного пара в технологическую зону, и затем технологическую текучую среду без водяного пара пропускают через технологическую зону. Пуск устройства беспламенного сгорания будет завершен после того, как топливо, текучая среда окислителя и технологический поток будут введены в соответствующие зоны. В некоторых осуществлениях топливом может быть смесь видов топлива и/или топливо может содержать водяной пар.
Согласно еще одному осуществлению метода пуска согласно изобретению - вместо пропускания водяного пара через технологическую зону после достижения требуемой температуры устройства беспламенного сгорания: технологический поток вводят в и пропускают через технологическую зону устройства беспламенного сгорания. Использование технологического потока вместо водяного пара может быть особо целесообразным в ситуации, когда технологический поток уже проходит или будет проходить стандартную операцию при соответствующей высокой температуре или когда технологический поток предварительно нагрет до его прохождения через технологическую зону.
Пример осуществления, в котором технологический поток будет иметь соответствующую высокую температуру: использование устройства беспламенного сгорания для введения тепла в технологический поток дегидрирования, например - дегидрирующий поток этилбензола при изготовлении стирола. В этом случае желательно, чтобы приблизительная температура на входе в технологическую зону превышала 425°С (797°F). Предпочтительно, чтобы приблизительная температура технологического потока, вводимого в технологическую зону, превышала 510°С (950°F) и наиболее предпочтительно, чтобы приблизительная температура входа технологического потока превышала 560°С (1040°F). Особо предпочтительно, чтобы приблизительная температура технологического потока превышала 620°С (1148°F).
Этот технологический поток пропускают через технологическую зону в течение времени, достаточного для регулирования температуры устройства беспламенного сгорания до второй требуемой температуры. Эту вторую требуемую температуру можно определить путем непрерывного контролирования температуры текучей среды технологической зоны - на выходе из технологической зоны. Вторая требуемая температура на выходе технологической зоны должна превышать 460°С (860°F), предпочтительно она должна быть выше 560°С (1040°F) и наиболее предпочтительно, чтобы вторая требуемая температура на выходе технологической зоны превышала 620°С (1148°F), приблизительно.
После получения либо требуемой температуры, либо второй требуемой температуры, или их обеих, топливо вводят в зону ввода топлива и сгорание в зоне сгорания начинается. Смесь для горения, содержащая топливную текучую среду и горячую текучую среду окислителя, имеет температуру выше температуры самовозгорания смеси. Для инициирования, или в помощь инициированию, сгорания дополнительное оборудование или электронные средства не требуются. Для инициирования сгорания искры свечи пускового подогрева или т.п. не требуются.
Топливо, которое первоначально вводится в зону ввода топлива для этого осуществления метода пуска, может содержать некоторую долю водяного пара. В этом случае смесь топлива и дополнительного к ней водяного пара проходит через зону ввода топлива и через ее отверстия в зону сгорания, где происходит сгорание топлива. После некоторого времени, в течение которого происходит сгорание, дополнительно введенный водяной пар удаляется из топлива и устройство беспламенного сгорания может продолжать сжигание топлива. Технологический поток согласно этому осуществлению метода пуска может также содержать некоторое количество водяного пара. После нагревания устройства беспламенного сгорания долю водяного пара в топливной текучей среде и количество водяного пара в технологическом потоке можно уменьшить.
Обратимся к Фиг.1, показывающей упрощенно и схематически компоновку труб в трехтрубном устройстве 100 беспламенного сгорания.
Одно из осуществлений метода пуска согласно изобретению предусматривает наличие трехтрубного устройства 100 беспламенного сгорания, имеющего топливную трубу 102, трубу 104 сгорания и технологическую трубу 106, которые соответственно образуют зону 108 ввода топлива, зону 110 сгорания и технологическую зону 112.
В большинстве случаев пуск трехтрубного устройства беспламенного сгорания осуществляют из холодного пуска. Такую горячую текучую среду окислителя, как воздух, вводят в зону 110 сгорания по впускному трубопроводу 113 зоны сгорания и пропускают его через зону 110 сгорания в течение времени прогревания, достаточного для повышения температуры трехтрубного устройства 100 сгорания до требуемой температуры.
Требуемую температуру трехтрубного устройства 100 беспламенного сгорания можно непрерывно контролировать и определять измерениями выходной температуры горячей текучей среды окислителя на выходе из зоны 110 сгорания через выпускной трубопровод 114 зоны сгорания. Эту температуру на выходе из зоны сгорания можно рассматривать и использовать как показатель температуры трехтрубного устройства 100 беспламенного сгорания, чтобы определять время, когда температура трехтрубного устройства 100 беспламенного сгорания достигнет требуемой температуры.
Водяной пар вводят в технологическую зону 112 через впускной трубопровод 116 технологической зоны, и водяной пар проходит через технологическую зону 112 в течение второго периода времени, достаточного для того, чтобы отрегулировать температуру трехтрубного устройства 100 беспламенного сгорания до второй требуемой температуры. Вторую требуемую температуру трехтрубного устройства беспламенного сгорания можно непрерывно контролировать и определять измерением выходной температуры водяного пара технологической стороны, когда тот выходит из технологической зоны 112 через выпускной трубопровод 118 технологической зоны. Эта температура водяного пара из технологической зоны рассматривается и используется как показатель температуры трехтрубного устройства 100 беспламенного сгорания, чтобы определять время, когда температура трехтрубного устройства 100 беспламенного сгорания достигнет второй требуемой температуры.
После того, как будет достигнута либо требуемая температура, либо вторая требуемая температура, или они обе, топливную текучую среду вводят в зону 108 ввода топлива через впускной трубопровод 120 зоны ввода топлива. Топливная текучая среда проходит через зону 108 ввода топлива и через отверстия 112 и входит в зону 110 сгорания, в которой она смешивается с горячей текучей средой окислителя, и происходит сгорание. Продукты сгорания из зоны 110 сгорания проходят из зоны 110 сгорания по выпускному трубопроводу 114 зоны сгорания.
После ввода топлива в зону 110 сгорания и осуществления сгорания: водяной пар, проходящий через технологическую зону 112, можно заменить на нагреваемую технологическую текучую среду. Таким образом, технологический поток, содержащий технологическую текучую среду, вводится в технологическую зону 112 и проходит через нее. Ввод технологического потока в технологическую зону 112 можно выполнять одновременно с прекращением ввода водяного пара в технологическую зону 112, или до прекращения ввода водяного пара в технологическую зону 112, или после прекращения ввода водяного пара в технологическую зону 112, после чего пуск трехтрубного устройства беспламенного сгорания будет по существу завершен.
Обратимся к Фиг.2, которая упрощенно и схематически показывает компоновку труб четырехтрубного устройства 200 беспламенного сгорания. Еще одно осуществление способа пуска согласно изобретению предусматривает наличие четырехтрубного устройства 200 беспламенного сгорания, имеющего топливную трубу 202, трубу 204 сгорания, трубу 206 ввода окислителя и технологическую трубу 208, которые соответственно образуют зону 210 ввода топлива, зону 212 сгорания, зону 214 ввода окислителя и технологическую зону 216.
В типичных осуществлениях технологическая зона является наружной по отношению к зоне ввода окислителя. Также в типичных осуществлениях зона ввода окислителя является наружной по отношению к зоне сгорания. И также в типичных осуществлениях зона сгорания является наружной по отношению к зоне ввода топлива.
В большинстве случаев пуск четырехтрубного устройства беспламенного сгорания осуществляют из холодного пуска, в котором такую горячую текучую среду окислителя, как воздух, вводят в зону 212 сгорания по впускному трубопроводу 218 зоны ввода окислителя и по зоне 214 ввода окислителя, и затем горячую текучую среду окислителя пропускают через зону 212 сгорания в течение времени прогревания, достаточного для повышения температуры четырехтрубного устройства 200 сгорания до требуемой температуры.
Температуру четырехтрубного устройства 200 беспламенного сгорания можно непрерывно контролировать и определять измерением выходной температуры горячей текучей среды окислителя во время ее выхода из зоны 212 сгорания через выпускной трубопровод 220 зоны сгорания. Эту выходную температуру рассматривают, и ее можно использовать как показатель температуры четырехтрубного устройства 200 беспламенного сгорания для определения времени, когда температура четырехтрубного устройства 200 беспламенного сгорания будет иметь требуемую температуру.
Водяной пар вводят в технологическую зону 216 по впускному трубопроводу 222 технологической зоны и водяной пар проходит через технологическую зону 216 в течение второго периода времени, достаточного для регулирования температуры четырехтрубного устройства 200 беспламенного сгорания до второй требуемой температуры. Вторую требуемую температуру четырехтрубного устройства беспламенного сгорания можно непрерывно контролировать и определять измерением выходной температуры водяного пара из технологической стороны: когда водяной пар выходит из технологической зоны 216 по выпускному трубопроводу 224 технологической зоны. Эта выходная температура водяного пара из технологической зоны 216 рассматривается и может использоваться как показатель температуры четырехтрубного устройства 200 беспламенного сгорания, чтобы определять время, когда температура четырехтрубного устройства 200 беспламенного сгорания достигнет второй требуемой температуры.
После того, как будет достигнута либо требуемая температура, либо вторая требуемая температура, или обе эти температуры, топливную текучую среду вводят в зону 210 ввода топлива по впускному трубопроводу 226 зоны ввода топлива. Топливная текучая среда проходит через зону 210 ввода топлива и через отверстия 228 и поступает в зону 212 сгорания, где она смешивается с горячей текучей средой окислителя и происходит сгорание. Продукты сгорания из зоны 212 сгорания проходят из зоны 212 сгорания через выпускной трубопровод 220 зоны сгорания.
После ввода топлива в зону 212 сгорания и осуществления сгорания: водяной пар, проходящий через зону 216 сгорания, можно заменить на нагреваемую технологическую текучую среду. Таким образом, технологический поток, содержащий технологическую текучую среду, вводится в технологическую зону 216 и проходит через нее. Ввод технологического потока в технологическую зону 216 можно выполнять одновременно с прекращением ввода водяного пара в технологическую зону 216 или до прекращения ввода водяного пара в технологическую зону 216, или после прекращения ввода водяного пара в технологическую зону 216, и тогда пуск четырехтрубного устройства беспламенного сгорания будет по существу завершен.
Подразумевается, что хотя здесь изложены определенные осуществления изобретения, но соответствующие его варианты, модификации и изменения можно вводить в объем излагаемого здесь описания и прилагаемой формулы изобретения, не выходя за пределы объема изобретения, определяемого его формулой.