用于氧燃料燃烧和氧气生产的综合方法技术

用于通过氧燃料燃烧进行加热的方法，其中借助于存在于从燃烧室(100)排出的烟道气(11)中的余热的至少一部分加热空气流(21)，将所述热空气流(22)的至少一部分引入至氧气生产单元(20)内，在该单元中存在于该热空气流(22)中的氧气的一部分借助于一个或多个ITM被提取，其中获得了高温下的第一氧气流(50)，将所述第一氧气流(50)与第二氧气流(60)混合以便获得在比该第一氧气流(50)的温度更低的温度下的总氧气流(70)，将该总氧气流(70)的至少一部分运输至该燃烧室(100)中并且在其内用作富氧氧化剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种整合了氧气生产或产生的氧燃料燃烧方法。已知的是借助于离子运输膜(ITM)(还被称为“固体电解质”)从气体(如空气)中提取氧气。所述ITM能够离子化存在于与该ITM的第一面相接触的空气中的氧分子、穿过该ITM选择性地运输这些氧离子并且在该膜的与该第一面相反(在这些氧离子的运动的方向上)的面上由所述氧离子重新构成氧分子。还已知的是使用由此产生的氧气作为氧化剂(燃烧助燃剂)用于燃料的燃烧和热量的产生。WO-A-2011/015616披露了一种用于操作玻璃熔融炉的方法，其中这些燃烧器一方面供应有燃料，并且另一方面供应有直接从ITM氧气提取器产生的热氧气。根据WO-A-2011/015616，如果来自该提取器的氧气贡献是不足的，进行直接到该燃烧器的额外的氧气贡献。从该熔融炉离开的烟道气传递至第一热交换器(被称为初级交换器)内用于再加热热交换流体(特别是空气)。由此再加热的空气供应一系列次级热交换器，其中压缩空气典型地在1.5至2×106Pa的数量级的压力下循环。在穿过这些次级交换器之后，该压缩空气展现出500℃至550℃的温度。可以进一步在锅炉中再加热这种热压缩空气以便达到更高的温度，例如900℃数量级的温度。如此获得的热压缩空气传递通过该ITM提取器用于生产氧气并且从该热压缩空气中如此提取的氧气被直接引导至燃烧器中。贫氧空气可以用于激活涡轮机用于生产引入至该ITM提取器内的压缩空气。如在WO-A-201I/015616中表明的，热氧气的特性(在其从该ITM提取器离开时)对其中该热氧气循环的装置强加了实际限制。因此特别地表明的是在氧气提取之后立即使用该氧气并且因此将该ITM提取器定位为接近该炉的燃烧器以便限制该过程接着是该氧气一直到该燃烧器，以便限制与这种氧气接触的这些装置的损害的风险。为了安全起见，将每个提取器定位成接近相关燃烧器的需要大大限制在WO-A-2011/015616中描述的方法的优点。这是因为玻璃熔融炉尤其与用于向这些燃烧器供应氧化剂的装置和用于向这些燃烧器供应燃料的装置、以及如果适合的话这些燃烧器上游的用于预加热氧化剂和/或燃料的装置的紧邻总体上在空间上特别地在这些燃烧器处是非常受限制的。尽管在空间上的这种限制，但是仍必要的是提供容易接近所述燃烧器以便允许维护和修理它们。此外，这些熔融炉经常包括大量的燃烧器。为了生产对于每个燃烧器是统一的小ITM氧气提取器，显著增加这些设施的成本。因此，这些炉的当前设计总体上不使在这些燃烧器的上游立即引入ITM氧气提取器成为可能，如在WO-A-2011/015616中提供的，然而，如还在WO-A-2011/015616解释的，将该ITM提取器安装在与该燃烧器较大的距离处呈现了与高温下氧气运输相关的、总体上对于该炉的操作者不可接受的安全问题。本专利技术的一个目的是至少部分地克服以上描述的问题。本专利技术更具体地提供了一种用于在炉中通过氧燃料燃烧进行加热的方法，其中在该炉的燃烧室中用富氧氧化剂焚烧燃料，在该燃烧室中产生热量和烟道气。将这些产生的烟道气从该燃烧室中排出，所述排出的烟道气包含余热。根据本专利技术，借助于存在于这些排出的烟道气中的该余热的至少一部分加热空气流。由此获得了具有温度TA1的热空气流。选择该温度TA1以便使通过ITM从该热空气提取氧气成为可能。将该热空气流的至少一部分引入至氧气生产单元内，其中存在于该热空气流的所述至少一部分中的氧气的一部分借助于一个或多个ITM进行提取。以此方式，获得了在温度TO1下的第一氧气流和具有温度TA2的贫氧空气流，其中TA2＜TA1。在这个氧气生产单元的下游，该第一氧气流与第二氧气流混合，以便获得在温度TO2下的总氧气流，其中TO2＜TO1。由于该第二氧气流的温度小于该第一氧气流的温度TO1，总体上获得了较低的温度TO2。然后将该总氧气流的至少一部分运输至该炉的燃烧室中并且用作该燃烧室中的富氧氧化剂。根据本专利技术，直接在该燃烧室的上游将该总氧气流的所述至少一部分加热至温度TOf，其中TOf＞TO2。术语“炉”理解为是指一种装置或设施，其中加热除了该燃料和氧化剂之外的材料或组分，目的是为了在所供应的热量的作用下使这种材料或这些组分经受物理或化学转化，例如熔融炉、煅烧炉、钢再加热炉等。术语“余热”理解为是指从燃烧室(其中通过该室中的燃烧产生烟道气)排出的热量。术语“富氧”或简单地“富”氧化剂或气体理解为是指具有大于60体积％的氧含量的氧化剂或气体。根据本专利技术，因此使用来自这些排出的烟道气的余热以便加热空气流一直到温度TA1，这使在工业水平下通过ITM进行氧气的提取成为可能。在该生产单元的下游，该第一氧气流展现出高温，使得这种第一氧气流的运输将呈现安全问题。根据本专利技术，通过将该第一流与第二氧气流混合，有可能的是产生具有较低温度TO2的总氧气流，这使该总流的安全运输成为可能，然而没有损失存在于该生产单元的出口处的该第一氧气流中的热能。贡献来自于除了该生产单元之外的源的第二氧气流还使得有可能避免由于大多数ITM基氧气生产单元的有限生产能力的问题。借助于存在于这些排出的烟道气中的余热的空气流加热可以在热回收单元或交换器中进行。根据本专利技术的有利的实施例，其至少一部分、的确甚至全部被引入至该氧气生产单元内的热空气流展现出700℃至1000℃、优选750℃至950℃并且更优选800℃至900℃的温度TA1。这些温度促进通过ITM的氧气提取。该热空气流的该至少一部分优选地在该氧气生产单元的入口处展现出1巴至6巴、优选1巴至3巴并且更优选1巴至2巴的绝对压力PA1。从该热空气流的该至少一部分提取的氧气的一部分可以对应于存在于该热空气流的所述至少一部分中的氧气的10％与100％之间、优选20％与70％之间并且更优选20％与50％之间。尽管该氧气的尽可能完全的提取是所希望的，但是在工业背景下部分提取经常是更有益的并且因此优选的。从该生产单元产生的该第一氧气流可以对应于该总氧气流的90体积％与0体积％之间、优选90体积％与15体积％之间、更优选80体积％与20体积之间、的确甚至80体积％与30体积％之间并且更优选80体积％与50体积％之间。根据本专利技术，不包含从该生产单元产生的氧气并且因此完全由来自于另一个源的氧气组成的总流的使用是例外的并且在时间上是受限制的(并且不在该方法的整体持续时间过程中)。然而，此类总流使该燃烧室的连续操作成为可能，尽管在该氧气生产单元中存在停机或故障。通过空气分离单元如PSA(变压吸附)单元或VPSA(真空变压吸附)单元、液化氧槽或者气态或液化氧管道供应该第二氧气流。本专利技术在使用预加热的富氧化剂的方法中具有特别用途。在本专利技术上下文中，术语“预加热”指的是在将有待被加热或熔融的产品，如燃料、氧化剂或者还有原料引入至该燃烧室内之前它的加热。根据本专利技术，直接在该燃烧室的上游，即，直接在该燃烧室配备的并且用于将预加热的氧气注入至该燃烧室内的燃烧器或喷枪的上游，将该总氧气流的该至少一部分有利地加热至在250℃与620℃之间、优选在300℃与600℃之间并且更优选在350℃与580℃之间的温度TOf。该贫氧空气流有利地用于预加热该总氧气流的该至少一部分，例如通过在热交换器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在炉中通过氧燃料燃烧进行加热的方法，其中：·在该炉的燃烧室(100)中用富氧氧化剂焚烧燃料，其中在该燃烧室中产生热量和烟道气，·将这些产生的烟道气(11)从该燃烧室(100)中排出，所述排出的烟道气包含余热，·借助于存在于这些排出的烟道气中的该余热的至少一部分加热空气流(21)，其中获得了在温度TA1下的热空气流(22)，·将该热空气流(22)的至少一部分引入至氧气生产单元(20)内，在该单元中存在于该热空气流(20)的所述至少一部分中的氧气的一部分借助于一个或多个ITM被提取，其中获得了在温度TO1下的第一氧气流(50)和在温度TA2下的贫氧空气流(23)，其中TA2＜TA1，·在该氧气生产单元(20)的下游，该第一氧气流(50)与第二氧气流(60)混合，以便获得在温度TO2下的总氧气流(70)，其中TO2＜TO1，·将该总氧气流(70)的至少一部分运输至该燃烧室(100)中并且用作该燃烧室(100)中的富氧氧化剂，直接在该燃烧室(100)的上游将该总氧气流(70)的所述至少一部分加热至温度TOf，其中TOf＞TO2。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.23 FR 13635031.一种用于在炉中通过氧燃料燃烧进行加热的方法，其中：·在该炉的燃烧室(100)中用富氧氧化剂焚烧燃料，其中在该燃烧室中产生热量和烟道气，·将这些产生的烟道气(11)从该燃烧室(100)中排出，所述排出的烟道气包含余热，·借助于存在于这些排出的烟道气中的该余热的至少一部分加热空气流(21)，其中获得了在温度TA1下的热空气流(22)，·将该热空气流(22)的至少一部分引入至氧气生产单元(20)内，在该单元中存在于该热空气流(20)的所述至少一部分中的氧气的一部分借助于一个或多个ITM被提取，其中获得了在温度TO1下的第一氧气流(50)和在温度TA2下的贫氧空气流(23)，其中TA2＜TA1，·在该氧气生产单元(20)的下游，该第一氧气流(50)与第二氧气流(60)混合，以便获得在温度TO2下的总氧气流(70)，其中TO2＜TO1，·将该总氧气流(70)的至少一部分运输至该燃烧室(100)中并且用作该燃烧室(100)中的富氧氧化剂，直接在该燃烧室(100)的上游将该总氧气流(70)的所述至少一部分加热至温度TOf，其中TOf＞TO2。2.如权利要求1所述的加热方法，其中该热空气流(22)展现出700℃至1000℃、优选750℃至950℃并且更优选800℃至900℃的温度TA1。3.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中该热空气流(22)展现出在该氧气生产单元的入口处的1巴至6巴、优选1巴至3巴并且更优选1巴至2巴的绝对压力PA1。4.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中从热空气流(22)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕克·雅里，尼古拉斯·施皮格尔，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR