способ и реактор для окисления углеводорода

Формула изобретения

1. Реактор (1) для проведения реакции углеводородсодержащего сырья (G) с потоком окислителя, включающий корпус (3), определяющий границы камеры сгорания (В), по меньшей мере осевую горелку (6) для подачи потока окислителя в камеру сгорания (В) и впуск (2) для углеводородсодержащего сырья (G), отличающийся тем, что он оснащен вихревой камерой (10), соединенной с упомянутым впуском (2) и расположенной ниже по потоку от указанной горелки (6) и выше по потоку от камеры сгорания (В) с возможностью сообщения с ними, причем впуск (2) и вихревая камера (10) выполнены с возможностью придания вихревого движения углеводородсодержащему сырью (G) вокруг оси (А-А) установки конверсии (1), и при этом вихревая камера (10) ограничена сбоку боковой стенкой (11) со спиралеобразной внутренней поверхностью (12) с постепенным уменьшением расстояния этой внутренней поверхности (12) от оси (А-А) установки конверсии (1), начиная от впускной секции (S) впуска (2) углеводородсодержащего сырья.

2. Реактор по п.1, в котором корпус (3) имеет горловину (5), ограничивающую по меньшей мере часть камеры сгорания (В) и включающую часть с увеличенным поперечным сечением, ограничивающую вихревую камеру (10) и соединенную с впуском (2) углеводородсодержащего сырья.

3. Реактор по п.2, в котором вихревая камера (10) размещена на верхней части горловины (5).

4. Реактор по п.1, в котором между вихревой камерой (10) и наконечником (6а) горелки (6) имеется промежуток, образующий предкамеру (20) ниже по потоку от горелки (6) и выше вихревой камеры (10).

5. Реактор по п.1, в котором упомянутая спиралеобразная внутренняя поверхность (12) вихревой камеры (10) выполнена с покрытием угла около 360°.

6. Реактор по п.5, в котором упомянутая поверхность (12) имеет один конец (12а), пригнанный к внутренней стенке (2а) впуска (2) углеводородсодержащего сырья у впускной секции (S), и противоположный конец (12b), пригнанный к противоположной внутренней поверхности (2b) упомянутого впуска (2).

7. Реактор по п.5, в котором упомянутая спиралеобразная внутренняя поверхность (12) выполнена в виде логарифмической спиральной поверхности, имеющей профиль поперечного сечения, соответствующий логарифмической спирали.

8. Реактор по п.1, в котором корпус (3) содержит каталитический слой (4) и камера сгорания (В) расположена над этим каталитическим слоем (4).

9. Реактор по п.1, представляющий собой установку автотермической конверсии, установку вторичной конверсии углеводородсодержащего сырья или газогенератор неполного окисления.

10. Способ проведения реакции углеводородсодержащего сырья (G) с потоком окислителя внутри камеры сгорания (В), в котором упомянутый поток окислителя подают в камеру сгорания (В) в направлении оси (А-А) камеры сгорания (В), отличающийся тем, что газовому потоку (G), входящему в камеру сгорания, придают вихревое движение вокруг указанной оси (А-А), и упомянутое углеводородсодержащее сырье (G) внутри камеры сгорания (В) приобретает, по существу, осесимметричное поле скоростей при подаче данного потока в камеру сгорания по спиралеобразной траектории.

11. Способ по п.10, в котором упомянутая спиралеобразная траектория следует ходу логарифмической спирали вокруг оси (А-А) камеры сгорания (В).

12. Способ по любому из пп.10-11, в котором упомянутое углеводородсодержащее сырье (G) представляет собой газовый поток, содержащий газообразный(е) углеводород(ы), такой как природный газ или метан, или газообразный поток, содержащий суспендированное твердое горючее вещество, например угольную пыль или сажу, или газообразный поток, содержащий диспергированные жидкие углеводороды, а поток окислителя содержит воздух, обогащенный воздух или чистый кислород.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу окисления углеводородсодержащего сырья и относящемуся к нему реактору. Предложенное изобретение, можно применить, например, в автотермической конверсии, вторичной конверсии и неполному окислению для производства синтез-газа или топлива.

Уровень техники

Неполное или полное окисление углеводородсодержащего сырья (УСС) выполняют в таких процессах как: автотермическая конверсия коксового газа или природного газа; вторичная конверсия технологического газа с установки первичной конверсии, например, для производства синтез-газа; неполное окисление (НО) УСС для конверсии в синтез-газ, топливо или восстановительный газ. Окисляющим потоком, в зависимости от применения, может быть воздух, воздух, обогащенный O₂ , или чистый кислород (обычно 95 мол.% или более) в реакционной камере соответствующего корпуса.

На фиг.13 показан пример установки вторичной конверсии уровня техники. Установка конверсии включает корпус 100 с горловиной 101, где установлена горелка 102, соединенная с воздуховодом ПО. Углеводородсодержащее сырье или УСС подают на установку конверсии по футерованной огнеупором транспортной линии 103, соединенной с боковой поверхностью горловины 101. Над наконечником 105 горелки 102 установлено распределительное устройство 104 технологического газа для обеспечения равномерного распределения технологического газа через поперечное сечение горловины аппарата и достижения надлежащего смешения с окислителем. Горелка 102 установлена на днище горловины 101, так что горение происходит в камере, расположенной на днище горловины корпуса, и сверху каталитического слоя (не показан), содержащегося в корпусе 100.

На фиг.14 показана типичная компоновка установок вторичной кислородной конверсии. Установка конверсии включает корпус 200, горловину 201, горелку 202, транспортную линию 203 технологического газа и газораспределитель 204. Наконечник горелки расположен примерно в центре горловины 201, так что сама горловина используется как камера сгорания.

Установка автотермической конверсии или АТК по существу состоит из реактора, в котором УСС подвергают неполному сгоранию с последующей паровой конверсией метана и конверсией СО над каталитическим слоем. Впуски УСС и окислителя обычно располагают в соответствии с фиг.14, где УСС и пар подают в транспортную линию 203, а кислород или обогащенный воздух подают через горелку 202.

Неполное окисление УСС в уровне техники выполняют в так называемом газогенераторе НО, обычно включающем кожух, футерованный огнеупором, определяющий границы соответствующей камеры сгорания и имеющий осевой впуск воздуха (или кислорода) и боковой впуск УСС.

Недостаток вышеуказанного уровня техники заключается в том, что поток УСС на впуске изменяет свое направление на 90 градусов при входе в камеру сгорания. Кроме того, из-за асимметричного впуска на обычных установках конверсии требуется газораспределитель для достижения удовлетворительного смешения УСС и потока окислителя внутри камеры. Однако, применение газораспределителя приводит к существенному падению давления. Газогенератор НО можно выполнить без газораспределителя, однако, тем не менее, наблюдается существенное падение давления потока УСС, так как поток УСС нагнетают через саму горелку.

Более подробно, при упомянутом изменении направления и падении давления внутри газораспределителя кинетическая энергия УСС почти полностью теряется, следовательно, уровень техники предусматривает, чтобы энергия, требуемая для смешения потоков газа и окислителя, обеспечивалась подачей потока окислителя при давлении, намного превышающем рабочее давление внутри установки конверсии. Энергия избыточного давления потока окислителя превращается в кинетическую энергию с получением высокоскоростного потока окислителя, который способствует смешению с технологическим газом. Однако это решение предполагает существенное падение давления окислителя и, следовательно, дополнительные издержки и расход энергии на сжатие.

Другой недостаток заключается в том, что при установке газораспределителя ниже по потоку от впуска УСС значительная часть горелки подвергается непосредственному воздействию нагретого (около 800°C) газового УСС, выходящего, например, из установки первичной конверсии или подогревателя.

На фиг.13 видно, что воздуховод находится под прямым воздействием газового потока УСС, обычно подвергнутого предварительной конверсии или предварительному нагреву при высокой температуре, поэтому необходима дорогостоящая труба из высоколегированного сплава. На установках кислородной конверсии или АТК (фиг.14) сам корпус горелки подвергается воздействию УСС. Газораспределитель также находится под воздействием нагретого газа и, следовательно, должен быть изготовлен из дорогостоящего материала, например, сплава, адаптированного к экстремальной среде.

Кроме того, необходимость поддержания в рабочем состоянии наконечника горелки ниже по потоку от газораспределителя требует увеличения длины горелки или воздуховода из нее, которая к тому же подвергается воздействию вибраций, главным образом, под действием газового потока.

Как следует из вышеприведенного обсуждения, технические проблемы и недостатки уровня техники можно суммировать следующим образом:

- существенное падение давления УСС;

- потребность в газораспределителе при соответствующих недостатках, заключающихся в издержках и падении давления;

- потребность в сжатии потока окислителя для обеспечения кинетической энергии, требуемой для смешения в камере сгорания;

- прямое воздействие нагретого газового потока на горелку;

- потребность в удлиненной конструкции горелки, главным образом на установках кислородной конверсии, подверженной влиянию вибраций под действием потока.

Вышеуказанные недостатки до сих пор не были устранены в уровне техники, несмотря на потребность в эффективном и рентабельном оборудовании для конверсии углеводородов, автотермической конверсии или неполного окисления, например, для производства заменителя природного газа или производства водород/азотного синтез-газа для синтеза аммиака или других целей.

Сущность изобретения

В основу настоящего изобретения положена задача создания новой конструкции реакторов, рассмотренных в данном описании, таких как воздушных или кислородных установок конверсии, автотермических установок конверсии и газогенераторов НО, с целью исключения вышеуказанных недостатков.

Основной идеей является использование на впуске кинетической энергии углеводородсодержащего сырья для генерирования соответствующего вихревого движения внутри камеры сгорания.

Исходя из этого вышеуказанные проблемы решают с помощью способа осуществления реакции углеводородсодержащего сырья с потоком окислителя внутри камеры сгорания, куда подают поток окислителя в направлении оси этой камеры; способ отличается тем, что вихревое движение вокруг упомянутой оси сообщается этому газовому потоку, входящему в камеру сгорания.

Предпочтительно, углеводородсодержащее сырье подают в камеру сгорания по спиральной траектории, более предпочтительно по траектории логарифмической спирали, так что внутри камеры сгорания образуется завихрение газа по существу с осевой симметрией поля скоростей.

Углеводородсодержащее сырье или УСС, согласно предлагаемому изобретению, представляет собой газовый поток, содержащий газообразный углеводород(ы), такой как природный газ или метан, или газообразный поток, содержащий суспендированное твердое горючее вещество, такое как угольная пыль или сажа, или газообразный поток, содержащий диспергированные жидкие углеводороды. В качестве потока окислителя применяют любой поток, содержащий кислород или обладающий свойством окисления, включая воздух, обогащенный воздух, чистый кислород, пар или смеси, содержащие O₂, пар и CO₂.

В качестве не ограничивающих примеров предлагаемый способ можно применить для: автономной автотермической конверсии сырого УСС; вторичной конверсии предварительно конвертированного потока, например, с шага первичной конверсии; неполного окисления УСС для производства синтез-газа.

Соответственно, в настоящем изобретении предлагается реактор для проведения реакции углеводородсодержащего сырья с потоком окислителя; реактор включает корпус (сосуд), определяющий границы камеры сгорания, по меньшей мере осевую горелку для подачи упомянутого потока окислителя в камеру сгорания и впуск для углеводородного сырья, отличающийся тем, что он включает вихревую камеру, соединенную с упомянутым впуском, данная камера расположена ниже по потоку от упомянутой горелки и выше по потоку от названной камеры сгорания и сообщается с горелкой и камерой сгорания; упомянутый впуск и вихревая камера устроены таким образом, чтобы сообщать вихревое движение углеводородсодержащему сырью вокруг оси установки конверсии.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения корпус имеет горловину, ограничивающую по меньшей мере часть упомянутой камеры сгорания; эта горловина имеет часть с увеличенным поперечным сечением, определяя границы упомянутой вихревой камеры, и соединена с впуском газа.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутая вихревая камера размещена у одного конца горловины реактора, где установлена горелка, в другом варианте осуществления настоящего изобретения между камерой сгорания и наконечником упомянутой горелки имеется промежуток, так что ниже по потоку от горелки и выше вихревой камеры образована предкамера. Эта предкамера служит для формирования диффузионного пламени в относительно спокойной среде с меньшим завихрением.

В предпочтительных вариантах впуск УСС является тангенциальным, а именно, направление потока УСС на впуске в вихревую камеру тангенциально к окружности, лежащей в плоскости, перпендикулярной к оси реактора.

В соответствии с другими вариантами осуществления настоящего изобретения вихревая камера сбоку ограничена боковой стенкой, имеющей соответствующий профиль для обеспечения завихрения вокруг оси горловины установки конверсии с незначительным компонентом вектора скорости или без него в плоскости, перпендикулярной упомянутой оси. Подробнее, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, упомянутая вихревая камера сбоку ограничена боковой стенкой со спиралеобразной внутренней поверхностью, и расстояние упомянутой внутренней поверхности от оси реактора постепенно уменьшается от секции впуска технологического газа упомянутого впуска газа.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутая спиралеобразная поверхность покрывает угол 360 градусов.

В соответствии с другим и предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения упомянутая спиралеобразная поверхность соответствует логарифмической спирали, имея одну и ту же ось с установкой конверсии. Другими словами, вихревая камера имеет поперечное сечение логарифмической спирали.

В другом и упрощенном варианте осуществления настоящего изобретения, вихревая камера имеет кольцевое поперечное сечение в плоскости, перпендикулярной оси горловины, то есть внутренний профиль боковой стенки упомянутой камеры скорее является цилиндрическим, чем спиралеобразным.

Предлагаемое изобретение применимо к впускам УСС, имеющим любое поперечное сечение, например, прямоугольное или кольцевое. Впуск газа соединен с поточной линией, подающей УСС в упомянутый реактор, которую также называют транспортной линией. Предпочтительно, в реакторе, соединенном с транспортной линией с кольцевым поперечным сечением, внутренняя боковая стенка вихревой камеры имеет полукольцевое поперечное сечение, что будет объяснено ниже.

Предлагаемый в настоящем изобретении реактор, в качестве не ограничивающих примеров, может представлять собой установку автотермической конверсии, установку вторичной конверсии углеводородов или газогенератор неполного окисления. В нижеследующем описании ссылки на установку конверсии в равной степени обозначают газогенератор НО, или в более общем смысле реактор для окисления УСС.

Реакция может быть каталитической, в частности, если реактор представляет собой установку вторичной конверсии или установку автотермической конверсии (АТК). В этом случае корпус содержит каталитический слой, и камера сгорания находится над этим каталитическим слоем. Установки АТК и вторичной конверсии обычно представляют собой каталитические реакторы; газогенератор НО может быть некаталитическим, если он действует при соответствующей высокой температуре.

Ниже обсуждаются преимущества предлагаемого изобретения.

Поток УСС приобретает регулируемое вихревое движение при входе в камеру сгорания в результате прохождения через упомянутую вихревую камеру, не подвергаясь высоко рассеивающему изменению направления от (обычно горизонтальной) оси транспортной линии к (обычно вертикальной) оси реактора. Это вихревое движение обеспечивает эффективное смешение УСС, пламени горелки и потока окислителя, исключая таким образом необходимость в газораспределителе.

Можно утверждать, что энергия технологического газа используется эффективным способом для улучшения смешения с окислителем, а не теряется в результате рассеяния и падения давления в газораспределителе, как в уровне техники. Долю энергии для процесса смешения обеспечивает сам газовый поток, а не поток окислителя, как в уровне техники. Таким образом, поток окислителя можно подавать при более низком давлении, что снижает издержки, имеющие отношение к размеру и расходу энергии кислородным или воздушным компрессором. С другой стороны, для данной скорости окислителя установка конверсии может иметь более короткую горловину.

В отсутствие газораспределителя больше нет необходимости в том, чтобы наконечник горелки был ниже впуска УСС, и, следовательно, нет нужды подвергать горелку воздействию технологического газа. Горелку можно сделать короче и полностью удалить из траектории нагретого газа, например, утопить в крышке корпуса. Подобная горелка менее подвержена воздействию вибраций под действием потока и больше не требует для изготовления дорогостоящих материалов при использовании в экстремальной среде.

Вихревая камера с логарифмическим спиралеобразным поперечным сечением, в частности, предпочтительна по следующим причинам. Ось завихрения, образовавшаяся в камере сгорания, совпадает с осью установки конверсии, и профили скоростей (аксиальный, радиальный и тангенциальный) являются осесимметричными. Количество движения технологического газа в направлении оси транспортной линии уравновешено распределением давления на стенку, результатом чего является наличие незначительных компонентов вектора скорости (вектор количества движения) в направлении, перпендикулярном к оси реактора. Окислитель вводят на ось реактора и сверху вихревой камеры, образуя диффузионное пламя в вихревой камере и камере сгорания, например, в горловине корпуса. Струя окислителя имеет вектор количества движения, направленный вдоль оси установки конверсии, по существу с отсутствием радиальных компонентов. Единственным источником количества движения в направлении, перпендикулярном оси реактора, для диффузионного пламени является увлеченный технологический газ. При наличии незначительного компонента количества движения, перпендикулярного оси, полученного при данной форме вихревой камеры, пламя не отклоняется при боковом вводе потока УСС. В этих условиях достигается наилучшее смешение УСС и окислителя.

В варианте осуществления настоящего изобретения с кольцевым поперечным сечением распределение давления более не способно полностью уравновесить боковое количество движения потока УСС из транспортной линии, и ось завихрения не совпадает с вертикальной осью корпуса. В таком случае пламя слегка отклоняется под действием остаточного бокового количества движения и вращается с газом, принимая спиралеобразную форму. Отклонение, так же как и вращение, возрастает от сопла горелки до верхнего конца пламени из-за увеличения унесенной газообразной массы. Однако, отклонение пламени можно уменьшить с помощью надлежащей конструкции реактора, главным образом элементов верха камеры и горловины корпуса. Итак, этот вариант осуществления настоящего изобретения сохраняет главные преимущества предлагаемого изобретения, которые заключаются в упрощенной конструкции и низких издержках.

Итак, преимуществами предлагаемого изобретения являются: отсутствие необходимости в газораспределителе; более короткая, чем в уровне техники, и защищенная от газового потока горелка, менее подверженная воздействию вибраций под действием потока; более высокая скорость смешения в горловине реактора, что означает более короткую горловину и/или низкую потерю давления для данного пути смешивания. Эти и другие преимущества и особенности предлагаемого изобретения будут более очевидны при следующем подробном описании предпочтительных вариантов его осуществления со ссылкой на чертежи, на которых:

Краткое описание чертежей

на фиг.1 показана упрощенная схема реактора в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;

на фиг.2 показано упрощенное поперечное сечение вихревой камеры реактора, представленного на фиг.1;

на фиг.3 показана схема реактора в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения;

на фиг.4 показано упрощенное поперечное сечение вихревой камеры реактора, представленного на фиг.3;

на фиг.5 показана схема реактора в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения;

на фиг.6 показано поперечное сечение вихревой камеры реактора, показанного на фиг.5;

на фиг.7 показана схема другого варианта осуществления настоящего изобретения;

на фиг.8 показано поперечное сечение вихревой камеры реактора, показанного на фиг.7;

на фиг.9 показан еще один вариант осуществления настоящего изобретения, применимый к вариантам, показанным на фиг.1-8;

на фиг.10 и 11 показаны другие примеры формы горловины реактора или переход, соединяющий горловину с нижерасположенной каталитической зоной;

на фиг.12 показаны траектории движения потоков и пламени внутри камеры сгорания реактора, показанного на фиг.1, в действии.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

На фиг.1-2 видно, что установка 1 конверсии соединена с впуском 2 газа для подачи углеводородсодержащего сырья или потока G. Упомянутый поток G УСС можно получить с установки первичной конверсии углеводородов; отходящий газ с установки производства кокса (коксовый газ) также может служить в качестве потока G УСС.

Как видно, впуск 2 газа является тангенциальным, так что поток G входит на установку 1 конверсии с направлением, лежащим в плоскости, перпендикулярной вертикальной оси А-А установки конверсии.

Установка 1 конверсии включает корпус 3, содержащий каталитический слой 4, с горловиной 5, где установлено сопло окислителя или горелка 6. Горелка 6 в представленном варианте осуществления настоящего изобретения утоплена в верхней крышке 7 горловины 5. В качестве окислителя, подаваемого в горелку 6, применяют воздух, воздух, обогащенный кислородом, чистый кислород, пар и/или смесь, содержащая пар, кислород и диоксид углерода. Горловина 5 и корпус 3 соединены переходной конусообразной стенкой 8.

Горловина 5 включает часть 5а с увеличенным поперечным сечением, определяющим границы вихревой камеры 10, соединенной с впуском 2 УСС. Вихревая камера 10 расположена внизу и сообщается с наконечником 6а горелки для приема диффузионного пламени в процессе эксплуатации и имеет открытое дно 10b, сообщающееся с внутренней частью корпуса 3 через остальную часть горловины 5. Следует отметить, что ниже по потоку от впуска газа газораспределитель отсутствует, так что открытое дно 10b также находится в прямом сообщении с расположенной ниже по потоку каталитической зоной внутри корпуса 3. Часть горловины под вихревой камерой 10 определяет границы камеры сгорания B.

В варианте осуществления настоящего изобретения, показанном на фиг.1-2, вихревая камера 10 ограничена по существу боковой стенкой 11 с внутренней поверхностью 12 в виде логарифмической спирали вокруг той же оси A-A. Другими словами, поперечное сечение камеры 10 (фиг.2) имеет вид логарифмической спирали с осью, совпадающей с осью А-А горловины 5 и всей установки конверсии 1.

Один конец 12а поверхности 12 пригнан к стенке 2а впуска 2 УСС у поверхности S впуска технологического газа (фиг.2), тогда как противоположный конец 12b той же поверхности 12 является тангенциальным в отношении противоположной стенки 2b упомянутого впуска 2, в соответствии с той же поверхностью S впуска газа. Таким образом, поверхность 12, имеющая вид логарифмической спирали, покрывает угол примерно 360 градусов. Расстояние поверхности 12 от оси A-A благодаря профилю логарифмической спирали постепенно уменьшается от конца 12а у впуска газа к концу 12b.

Обозначая r расстояние от оси A-A и (тета) угол от поверхности S, линию поперечного сечения поверхности 12 (фиг.2) определяют по уравнению:

r=a·e^b

где a и b предпочтительно выбирают так, чтобы они подходили к стенкам 2a и 2b линии 2 впуска у секции S впуска.

В упрощенном варианте осуществления настоящего изобретения, показанном на фиг.3 и 4, поверхность 12 является цилиндрической с постоянным расстоянием от оси A-A. Поперечное сечение поверхности 12 в этом варианте представляет собой дугу окружности; как видно на фиг.4, угол, покрываемый поверхностью 12, начиная от поверхности S впуска газа, составляет менее 360 градусов. Предпочтительный угол составляет более 270 градусов и более предпочтительный около 300 градусов.

Варианты осуществления настоящего изобретения, показанные на фиг.5-8, имеют впуск 2 УСС с кольцевым поперечным сечением. В этом случае поверхность 12 имеет предпочтительно полукольцевое поперечное сечение в плоскости, перпендикулярной направлению впуска газового потока G, как показано на фиг.5.

Вариант осуществления настоящего изобретения, в котором поверхность 12 имеет полукольцевое поперечное сечение и траекторию логарифмической спирали, является наилучшим, так как он позволяет исключить боковой компонент количества движения потока технологического газа и достичь по существу осесимметричного векторного поля скоростей газа, входящего в камеру сгорания В.

Однако, также можно допустить плоскую поверхность 12 с впуском 2, имеющим кольцевое поперечное сечение (фиг.7). Также можно применить упрощенный вариант осуществления настоящего изобретения, показанный на фиг.3 и 4. В этих случаях будет иметь место незначительное отклонение от осесимметричного векторного поля скоростей.

На фиг.9 показан другой вариант осуществления настоящего изобретения, в котором вихревая камера 10 удалена от верха горловины 5, так что создается промежуток, образующий предкамеру 20 между наконечником горелки 6 и камерой 10. Упомянутая предкамера 20 может быть предпочтительным вариантом, обеспечивающим среду с низким завихрением для образования диффузионного пламени под наконечником 6а горелки.

На фиг.10 показаны не ограничивающие изобретение примеры перехода, соединяющего горловину 5 с корпусом 3, где часть перехода 8 выполнена как полусферический купол (слева) или конус (справа). На фиг.11 показан другой вариант осуществления настоящего изобретения, где горловина 5 имеет форму конуса с увеличивающимся сверху донизу поперечным сечением. Формы части перехода 8 на фиг.10, а также конусообразная горловина на фиг.11 применимы ко всем вариантам осуществления настоящего изобретения на фиг.1-9.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения установка конверсии 1 представляет собой установку вторичной конверсии углеводородов. В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения упомянутое оборудование для конверсии углеводородов находится во фронтальной части технологической схемы установки по производству аммиака, где конвертированный газ, полученный на установке вторичной конверсии 1, затем участвует в известных процессах, таких как конверсия CO, отделение диоксида углерода и метанирование, с получением синтез-газа, содержащего азот и водород с соответствующим соотношением H/N, для синтеза аммиака.

Следует отметить, что вышеприведенное подробное описание относится к установке конверсии, однако, предложенное изобретение применимо также к различным реакторам, включая установки автотермической конверсии, установки вторичной конверсии, газогенераторы HO.

В ходе рабочего процесса (фиг.12) газовый поток G УСС входит в вихревую камеру 10, в которой, благодаря профилю поверхности 12, упомянутый газовый поток G приобретает вихревое движение вокруг оси A-A, образуя тем самым завихрение V с осью, совпадающей с упомянутой осью A-A. Завихрение V через открытое дно 10b расширяется в камере сгорания B, образованной горловиной 5 ниже по потоку от впуска 2 газа. Диффузионное пламя F образуется потоком окислителя из горелки 6 и расширяется в камеру сгорания B через вихревую камеру 10.

Взаимодействие между пламенем F, потоком окислителя и завихрением V газа в соответствии с предлагаемым изобретением обеспечивает удивительно эффективное смешение окислителя и технологического газа G. Кроме того, пламя F стабильно и не отклоняется от оси A-A, несмотря на тангенциальный впуск 2 газового потока.

Фактически, завихрение V, образованное в вихревой камере с поверхностью логарифмической спирали, имеет осесимметричное поле вектора скоростей по существу с нулевым компонентом в направлении, перпендикулярном оси A-A. Количество движения технологического газа в направлении оси транспортной линии уравновешивается распределением давления на поверхности 12. Таким образом, завихрение V не может передать какое-либо существенное количество движения пламени F в любом направлении, кроме как по оси A-A. Следовательно, пламя F сохраняет осевое направление.

Следует принять во внимание, что кинетическая энергия потока УСС не теряется на неконтролируемое отклонение от направления тангенциального впуска линии 2 к оси установки 1 конверсии и не рассеивается при прохождении через газораспределитель. Энергия потока УСС активно используется для образования завихрения V внутри камеры сгорания, где сочетание скорости струи окислителя, направленной к оси A-A, и поля завихренных скоростей, сообщенного потоку УСС камерой 10, увеличивает интенсивность смешивающего слоя между двумя потоками (газ/окислитель). Использование той же кинетической энергии входящего потока G позволяет подавать окислитель при более низком давлении или укоротить горловину 5 для данной скорости окислителя.

В упрощенных вариантах осуществления настоящего изобретения, таких как показанные на фиг.3 и 4, распределение давления на поверхности 12 более не способно полностью уравновесить боковое количество движения потока УСС. Ось завихрения V благодаря боковому и тангенциальному впуску линии 2 не совпадает с осью A-A и наблюдается незначительное отклонение пламени F, которое может принять форму штопора. Упомянутый эффект отклонения пламени можно минимизировать путем надлежащей конструкции камеры 10 и горловины 5. То же относится к варианту осуществления настоящего изобретения, показанному на фиг.7, благодаря кольцевой транспортной линии 2 и плоской поверхности 12. Однако, эти варианты осуществления настоящего изобретения все же могут улучшить смешение газ/окислитель в сравнении с уровнем техники, они также не требуют газораспределителя и могут быть выбраны по причинам низких издержек и простоты.