本安型無焰水套爐的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供本安型無焰水套爐，包括水套爐罐體④、無焰反應(yīng)管道⑤、天然氣管道⑨；所述無焰反應(yīng)管道⑤通過其內(nèi)設(shè)置的多孔催化材料將無焰反應(yīng)管道⑤分為燃料氣區(qū)和空氣區(qū)；所述無焰反應(yīng)管道⑤的進(jìn)氣口包括燃料氣入口①和空氣入口②，燃料氣入口①與燃料氣區(qū)相通，空氣入口②與空氣區(qū)相通。催化無焰反應(yīng)代替點(diǎn)火燃燒反應(yīng)，安全快速，且反應(yīng)溫度低于天然氣著火點(diǎn)，在滿足天然氣水套爐的加熱要求的同時(shí)保證系統(tǒng)溫度不至于過高，避免了可能的爆炸、火災(zāi)等事故的發(fā)生。結(jié)構(gòu)簡單，不需要點(diǎn)火裝置，直接由反應(yīng)本身的產(chǎn)熱預(yù)熱反應(yīng)氣體，提高起燃活性。反應(yīng)效率高，經(jīng)過催化反應(yīng)，CH4的轉(zhuǎn)化率高達(dá)95%，轉(zhuǎn)化率越高，溫度越高，熱效率越高。
【專利說明】本安型無焰水套爐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及天然氣工業(yè)，尤其涉及一種本安型無焰水套爐。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣在開采、輸送及應(yīng)用過程中，多種原因需要對(duì)天然氣進(jìn)行加熱。因?yàn)樘烊粴庵泻兴衔?，在集輸和長途輸送過程中，為了防止由于天然氣溫度過低而導(dǎo)致水合物析出凝結(jié)成固體，從而堵住管道設(shè)備引起事故，需要加熱；在天然氣應(yīng)用過程中，往往需要對(duì)其減壓，而壓降較大時(shí)會(huì)導(dǎo)致天然氣溫降過大，也需要加熱；此外由于工藝需要而需天然氣保持一定溫度，也需要天然氣達(dá)到一定的溫度，以便進(jìn)行分離和加工等。因此在天然氣減壓系統(tǒng)和供氣系統(tǒng)中常設(shè)置加熱設(shè)備——水套爐，水套爐是天然氣輸送應(yīng)用系統(tǒng)中不可缺少的重要設(shè)備。
[0003]水套爐內(nèi)裝設(shè)有火筒、煙管、盤管等部件，其余部分裝入一定量的水，一般為筒體體積的三分之一。燃料在火筒內(nèi)燃燒產(chǎn)生熱能，通過輻射傳熱和對(duì)流傳熱等過程傳遞給水，水再將熱量傳遞給盤管內(nèi)的天然氣，使其溫度升高。
[0004]目前水套爐工作時(shí)，是在火筒內(nèi)噴入天然氣和空氣的混合物，點(diǎn)火使其燃燒放熱，火焰中心最高溫度可達(dá)2118K，煙氣出口溫度也高達(dá)1166K。如此高的溫度，存在一定的安全隱患:如果水套爐內(nèi)的水蒸干或者發(fā)生水泄漏等事故，由于燃燒溫度很高，遠(yuǎn)超過天然氣的著火點(diǎn)，會(huì)導(dǎo)致天然氣爆炸，對(duì)設(shè)備和人員造成傷害，形成極大的安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)【背景技術(shù)】中存在的問題，本發(fā)明提供一種本安型無焰水套爐，用低溫催化氧化反應(yīng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)水套爐火筒中的明火燃燒，消除安全隱患，其具體技術(shù)方案如下:
[0006]一種本安型無焰水套爐，包括水套爐罐體④、無焰反應(yīng)管道⑤、天然氣管道⑨；所述無焰反應(yīng)管道⑤和天然氣管道⑨設(shè)置在水套爐罐體④內(nèi)，所述無焰反應(yīng)管道⑤通過其內(nèi)設(shè)置的多孔催化材料將無焰反應(yīng)管道⑤分為燃料氣區(qū)和空氣區(qū)；所述無焰反應(yīng)管道⑤和天然氣管道⑨上分別設(shè)置有進(jìn)氣口和出氣口，所述無焰反應(yīng)管道⑤的進(jìn)氣口包括燃料氣入口
①和空氣入口②，燃料氣入口①與燃料氣區(qū)相通，空氣入口②與空氣區(qū)相通。
[0007]作為優(yōu)選項(xiàng):
[0008]所述無焰反應(yīng)管道⑤的進(jìn)氣口、出氣口和天然氣管道⑨的進(jìn)氣口、出氣口均位于水套爐罐體④外部。
[0009]所述無焰反應(yīng)管道⑤的材料為導(dǎo)熱材料。
[0010]所述無焰反應(yīng)管道⑤的材料為具有高導(dǎo)熱系數(shù)且耐腐蝕的海軍黃銅或耐腐蝕的鋼材。
[0011]所述多孔催化材料的形狀為齒輪狀或“井”字形。
[0012]所述多孔催化材料為過渡金屬的氧化物、Pt或Pd、以Pt、Pd為基礎(chǔ)的合金中的其中一種或幾種的混合物。[0013]所述以Pt、Pd 為基礎(chǔ)的合金為 Pt/C、Pt-Ru、Pt-Sn、Pt-Ni, Pt-Cr、Pd/CZ、Pd/CZ-Al203、Pd/La-A1203 或 Pd/W ;過渡金屬為 Fe、Mo、Ni 或 Co。
[0014]所述水套爐罐體④上方設(shè)有補(bǔ)水箱⑧，水套爐罐體④下方設(shè)置有支架③。
[0015]所述無焰反應(yīng)管中結(jié)構(gòu)可以是單管式、列管式、多層膜式、多層套管式。
[0016]水套爐之所以會(huì)產(chǎn)生爆炸的危險(xiǎn)，根本原因是由于火筒內(nèi)采用明火燃燒，且燃燒溫度遠(yuǎn)高于天然氣的燃點(diǎn)。要解決這一問題，就要避免使用明火，如果考慮利用催化劑使天然氣無焰燃燒的方式，既能夠放出足夠熱量(天然氣一般只需要加熱到60°C左右)，又能夠?qū)⒎磻?yīng)溫度控制在天然氣燃點(diǎn)以下。這樣，即使水套爐內(nèi)的水分蒸干，爐內(nèi)的溫度也不會(huì)高于安全范圍，從而從根本上避免了可能的安全事故的發(fā)生。
[0017]燃料氣體從燃料氣入口通入，與從空氣入口通入的空氣在催化劑的作用下反應(yīng)放熱。天然氣由天然氣入口通入，在爐內(nèi)加熱后經(jīng)出口排出。CH4和02反應(yīng)產(chǎn)生的尾氣仍具有較高的溫度，這部分溫度經(jīng)過煙管傳遞給水套爐內(nèi)的水，實(shí)現(xiàn)余熱回收再由煙囪⑩排出。
[0018]采用催化材料是為了降低氧化反應(yīng)的活化能，使反應(yīng)能夠在天然氣著火點(diǎn)以下的溫度下進(jìn)行。由于催化材料本身是熱的良導(dǎo)體，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量可以傳到反應(yīng)管壁以加熱水套爐內(nèi)的水，水作為熱媒，將熱量傳到天然氣管道，從而提高天然氣的溫度。
[0019]反應(yīng)管內(nèi)設(shè)有由多孔催化材料制成的燃料管道，多孔催化材料用于吸附氣體并催化反應(yīng)的進(jìn)行。
[0020]反應(yīng)催化材料可制成齒輪型管狀，齒部與銅管壁形成的空隙內(nèi)通入氧氣，為反應(yīng)的陰極，陰極作用是提供氧化劑，催化陰極的還原反應(yīng)，陰極主要是氧氣發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)式子如下:
[0021]O2 (g)+4e-— 202-;
[0022]催化材料的芯部通入燃料氣體，陽極的作用是讓燃料氣體發(fā)生氧化反應(yīng)，一般使用天然氣為燃料氣體。天然氣中主要成分是甲烷，還可能有少量乙烷及其他氣體。反應(yīng)式子如下:
[0023]CnH2n+2+ (3n+l) O2 — nC02+(n+1) H2O+(6n+2) e_ ;
[0024]
【權(quán)利要求】
1.一種本安型無焰水套爐，其特征在于:包括水套爐罐體④、無焰反應(yīng)管道⑤、天然氣管道⑨；所述無焰反應(yīng)管道⑤和天然氣管道⑨設(shè)置在水套爐罐體④內(nèi)，所述無焰反應(yīng)管道⑤通過其內(nèi)設(shè)置的多孔催化材料將無焰反應(yīng)管道⑤分為燃料氣區(qū)和空氣區(qū)；所述無焰反應(yīng)管道⑤和天然氣管道⑨上分別設(shè)置有進(jìn)氣口和出氣口，所述無焰反應(yīng)管道⑤的進(jìn)氣口包括燃料氣入口①和空氣入口②，燃料氣入口①與燃料氣區(qū)相通，空氣入口②與空氣區(qū)相通。
2.如權(quán)利要求1所述的本安型無焰水套爐，其特征在于:所述無焰反應(yīng)管道⑤的進(jìn)氣口、出氣口和天然氣管道⑨的進(jìn)氣口、出氣口均位于水套爐罐體④外部。
3.如權(quán)利要求1所述的本安型無焰水套爐，其特征在于:所述無焰反應(yīng)管道⑤的材料為導(dǎo)熱材料。
4.如權(quán)利要求1所述的本安型無焰水套爐，其特征在于:所述無焰反應(yīng)管道⑤的材料為海軍黃銅或鋼材。
5.如權(quán)利要求1所述的本安型無焰水套爐，其特征在于:所述多孔催化材料的形狀為齒輪狀或“井”字形。
6.如權(quán)利要求1所述的本安型無焰水套爐，其特征在于:所述多孔催化材料為過渡金屬的氧化物、Pt或Pd、以Pt、Pd為基礎(chǔ)的合金中的其中一種或幾種的混合物。
7.如權(quán)利要求6所述的本安型無焰水套爐，其特征在于:所述以Pt、Pd為基礎(chǔ)的合金為 Pt/C、Pt-Ru、Pt-Sn、Pt-N1、Pt-Cr、Pd/CZ、Pd/CZ-A1203、Pd/La- A1203 或 Pd/W ;過渡金屬為 Fe、Mo、Ni 或 Co。
8.如權(quán)利要求1所述的本安型無焰水套爐，其特征在于:所述水套爐罐體④上方設(shè)有補(bǔ)水箱⑧，水套爐罐體④下方設(shè)置有支架③。
9.如權(quán)利要求1所述的本安型無焰水套爐，其特征在于:所述無焰反應(yīng)管中結(jié)構(gòu)可以是單管式、列管式、多層膜式、多層套管式。
【文檔編號(hào)】F24H9/00GK103791617SQ201410035609
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】胡雪蛟, 向柳, 莫小寶, 劉翔 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)