CN101163918A - 一种用于燃料燃烧和加热工艺流体的传热系统以及使用该系统的工艺 - Google Patents

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Abstract

一种传热系统(10)及其使用。该传热系统提供燃料的燃烧，并利用该燃烧所释放的热能来加热工艺流体，并在燃料和氧化剂燃烧之前预热燃料和氧化剂。该传热系统包括三根管道，其中一燃料引进管(12)被一氧化剂引进管(14)包围，而该氧化剂引进管(14)被一工艺管(16)包围。具有恰当几何形状的传热系统可提供燃料的无火焰燃烧。该传热系统还可被合并到诸如换热器和催化工艺系统的其它系统中。

Description

一种用于燃料燃烧和加热工艺流体的传热系统以及使用该系统的工艺
背景技术
本发明要求于2005年3月10日提交的编号为美国临时专利申请60/660,446的利益，该申请在此作为参考被引入。
本发明涉及一种用于燃料燃烧和加热工艺流体的传热系统。另一方面，本发明涉及使用一种燃料无火焰燃烧的传热系统来直接加热一种将被用于工艺中的工艺流体。
编号为4,692,306的美国专利公开了一种同心管催化反应装置，该装置包括一环形反应腔，该反应腔包围着一个对流腔，该对流腔包围着一个燃烧室。在燃烧室内有一个燃烧器组件，提供一辐射热源，用于释放热量，该热量被传递到反应腔。
EP 0 450 872 B1公开了几种类型的反应装置，其中之一包括一个燃烧管，该燃烧管包围着一个燃料管，该燃料管具有沿其长度以一定间距彼此隔开的孔。燃料经由该燃料管及其孔供给到燃料管与燃烧管之间的环形空间中，燃料与空气在该环形空间中混合并点燃，以便释放出用于加热催化剂床的热量，该催化剂床包围着燃烧管。
编号为5,255,742的美国专利公开了一种利用无火焰燃烧装置加热地层的方法。该装置包括一个拥有多孔口的燃气管。该燃气管居中地位于一个助燃空气管之内，以便形成介于燃气管与助燃空气管之间的第一环形空间。这些孔口在该燃气管与该第一环形空间之间提供流体连通。该助燃空气管居中地位于一个井眼套筒之内，以便形成介于该助燃空气管与该井眼套筒之间的第二环形空间。燃气经由燃气管的孔口被引入到该第一环形空间中，以便与空气混合并在该第一环形空间中燃烧。由助燃空气管形成的第一环形空间与介于助燃空气管和井眼套筒之间的第二环形空间流体连通。该流体连通提供了一个流动通道，以便燃烧气体可被引入到该第二环形空间中，并向上穿过第二环形空间到达表面，从而提供了被传递到某一地层的热量。
美国公开号2003/0182858描述了一种利用无火焰分布式燃烧装置向工艺流体提供受控加热的方法。该装置包括一燃料管，该燃料管拥有沿其长度分布的多个燃料喷嘴以及周围的氧化腔。一个包围该燃料管的管道形成该氧化腔。该装置还包括一个围绕该氧化腔的工艺腔。该燃料喷嘴提供从燃料管内到氧化腔的连通，其中氧化剂和燃料在该氧化腔中混合且燃料燃烧。由燃烧释放的热量被传递到工艺腔。
发明内容
本发明的目的是提供燃料的燃烧，并将由此释放的热量直接传递到工艺流体。
相应地，提供一种包括燃料管、氧化剂管和工艺管的工艺系统。该燃料管具有一长度和一管壁，该长度和管壁确定了一个燃料引进区，其中沿着所述长度并在所述燃料引进区之内包括一燃料预热区和一燃烧区，其中所述燃料预热区包括一个用于将所述燃料引入到所述燃料预热区的燃料入口，以及一个用于将已预热的燃料从所述燃料预热区引入到所述燃烧区的燃料出口，并且其中沿着所述燃烧区且贯穿所述管壁具有多个孔。氧化剂管位于所述燃料管之外并围绕着所述燃料管，从而沿着所述燃料管的所述长度确定一个氧化剂引进区，其中所述氧化剂引进区包括一氧化剂预热区和一燃料燃烧区，其中所述氧化剂预热区包括一个用于将氧化剂引入到所述氧化剂预热区中的氧化剂入口，以及一个用于将已预热的氧化剂从所述氧化剂预热区引入到所述燃料燃烧区的氧化剂出口，且其中所述多个孔提供所述燃烧区与所述燃料燃烧区之间的流体连通。该工艺管位于所述氧化剂管之外并包围着所述氧化剂管，从而沿着所述氧化剂管确定一工艺流体引进区，其中所述工艺流体引进区包括一工艺流体加热区和一氧化剂/燃料加热区，其中所述工艺流体加热区与所述燃料燃烧区处于换热关系，并包括一个用于将所述工艺流体引入到所述工艺流体加热区中的工艺流体入口，以及一个用于将已加热的工艺流体从所述工艺流体加热区引入到所述氧化剂/燃料加热区中的工艺流体出口，并且其中所述氧化剂/燃料加热区所述与所述氧化剂预热区和所述燃料预热区均处于换热关系，并包括一个用于将所述已加热的工艺流体从所述氧化剂/燃料加热区排出的排泄出口。
此外，提供一种通过燃料的无火焰燃烧来直接加热工艺流体的工艺。燃料被引入到一燃料管，该燃料管具有一长度和一管壁，该长度和管壁确定了一个燃料引进区，其中沿着所述长度并在所述燃料引进区之内包括一燃料预热区和一燃烧区，其中所述燃料预热区包括一个用于将所述燃料引入到所述燃料预热区的燃料入口，以及一个用于将已预热的燃料从所述燃料预热区引入到所述燃烧区的燃料出口，并且其中沿着所述燃烧区且贯穿所述管壁具有多个孔。氧化剂被引入到一氧化剂管，该氧化剂管位于所述燃料管之外并围绕着所述燃料管，从而沿着所述燃料管的所述长度提供一个氧化剂引进区，其中所述氧化剂引进区包括一氧化剂预热区和一燃料燃烧区，其中所述氧化剂预热区包括一个用于将所述氧化剂引入到所述氧化剂预热区中的氧化剂入口，以及一个用于将已预热的氧化剂从所述氧化剂预热区引入到所述燃料燃烧区的氧化剂出口，且其中所述多个孔提供所述燃烧区与所述燃料燃烧区之间的流体连通。工艺流体被引入到一工艺管，该工艺管位于所述氧化剂管之外并包围着所述氧化剂管，从而沿着所述氧化剂管提供一工艺流体引进区，其中所述工艺流体引进区包括一工艺流体加热区和一氧化剂/燃料加热区，其中所述工艺流体加热区与所述燃料燃烧区处于换热关系，并包括一个用于将所述工艺流体引入到所述工艺流体加热区中的工艺流体入口，以及一个用于将已加热的工艺流体从所述工艺流体加热区引入到所述氧化剂/燃料加热区中的工艺流体出口，并且其中所述氧化剂/燃料加热区与所述氧化剂预热区和所述燃料预热区均处于换热关系，并包括一个用于将所述已加热的工艺流体从所述氧化剂/燃料加热区排出的排泄出口。已加热的工艺流体从所述氧化剂/燃料加热区排出，且燃烧废气从所述燃料燃烧区排出。
附图说明
图1为传热系统部件的剖视图，该传热系统用于燃料的燃烧并用于工艺流体的加热。
图2为被并入歧管换热系统中的传热系统的剖视图。
图3为显示在催化工艺中使用该传热系统的简化工艺流程图。
具体实施方式
本发明提供一种传热系统或装置，该传热系统或装置可用于将由燃料燃烧(优选地由无火焰燃烧)所释放的热能直接传递到工艺流体。该传热系统具有许多可能的用途和应用，但是，特别地，直接加热系统(比如本说明书中详细描述的直接加热系统)的使用，可能在诸如用于生产苯乙烯产品的乙苯脱氢工艺等吸热脱氢工艺中特别有利。其它可高效地或适宜地利用该传热系统优点的工艺可包括蒸汽转化和烯烃裂化。
例如，本发明的直接加热系统可按某种方式通过燃料管向燃烧区提供受控的燃料引进速率，从而沿着该燃料管提供均匀的燃料燃烧。这种均匀的燃烧可沿燃料管提供均匀的温度分布。这种燃烧可在燃烧区中提供受控的温度分布。可能实现的一些益处包括但不局限于减少蒸汽用量、以更高的生产能力工作、增加产量和可选择性、减少焦炭生成以及提高工作压力。
直接加热系统还可提供燃料的无火焰燃烧，其释放的热量被传递到工艺流体。与燃料的无火焰燃烧相关联，由于不存在火焰，与常规燃烧和传热装置中所观察到的火焰温度(比如常规点火加热器中所发生的那样)相比，氧化反应(即无火焰燃烧)在较低温度下发生。尽管燃料的无火焰氧化的温度可能依据所燃烧的燃料而变化，该温度可典型地处于从大约600℃至大约1100℃或从大约750℃至大约1050℃的范围，不同于燃料常规燃烧中所观察到通常超过1650℃的火焰温度。
本发明的直接加热系统还能以某种方式向一待加热的工艺物料流提供传热，从而提供超过常规加热系统传热效率的传热效率。本发明的特征之一是它提供对工艺物料流的直接加热，因为工艺流体与燃烧管的外表面接触，燃料的燃烧发生在该燃烧管中。工艺物料流由围绕该燃烧管的工艺套筒或导管或管道容纳，以便提供一个工艺区，该工艺区可能是由围绕该燃烧管的工艺管道所形成的工艺环形通道。通过同时提供对流和辐射传热而使朝向工艺流体的传热最大化，其中该工艺套筒提供了朝向燃烧管表面的第二热辐射表面。
现参照图1，所展示的是传热系统10的各部件的剖视图。传热系统10包括一个燃料管12、一个氧化剂管14和一个工艺管16。燃料管12、氧化剂管14和工艺管16可具有能够提供导管的任意合适的几何形状。在典型的实施例中，管道可由任意合适的可从市场上购得的管材或正方形或矩形的管材来制成。例如，管道可为依据ANSI/ASMEB36.10M标准、欧洲DIN 2448标准或任何其它标准的标准管道。这种合适的标准管道的非限制性的例子包括：由ANSI/ASME B36.10M标准所确定的3/4英寸40号(schedule)管子(由DIN 2448标准确定的DN20)，该管子可用作燃料管12；由ANSI/ASME B36.10M标准所确定的3英寸40号管子(由DIN 2448标准确定的DN80)，该管子可用作氧化剂管14；由ANSI/ASME B36.10M标准所确定的5英寸40号管子(由DIN 2448标准确定的DN125)，该管子可用作工艺管16。尽管以上列举的标准管子作为例子而提出，然而任何合适的管子可用作传热系统10的管道，包括80号和更高或更低的管子号。可适于使用的管子尺寸可处于从13mm(1/2英寸)变化至250mm(10英寸)或甚至更大。
燃料管12具有长度18和管壁20，该长度18和管壁20确定了一个燃料引进区22。燃料引进区22贯穿燃料管12的长度18而延伸。包括在燃料引进区22之内的是燃料预热区24和燃烧区26。在典型的实施例中，燃料预热区和燃烧区位于燃料引进区的两端。燃料预热区24从燃料入口28延伸到燃料出口30。燃料出口30提供燃料预热区24与燃烧区26之间的流体连通，且它可为燃料管12内从一个区到另一个区的假想过渡区域。燃料预热区24还从燃料入口28贯穿燃料管12的长度18的足够部分而延伸，以便在它与氧化剂混合之前提供对穿过燃料管12的燃料的预热。
燃料入口28将燃料引进到燃料预热区24中，且当燃料穿过燃料预热区24时，热能被传递到燃料中。燃料出口30将来自燃料预热区24的已预热的燃料引进到燃烧区26中。在传热系统10的工作中，可使用任意在氧化剂存在的情况下能够燃烧的合适的流体，该氧化剂比如为氧气或空气。这种流体的例子包括氢和碳氢化合物。可用作燃料的碳氢化合物包括那些具有从一个到六个碳原子的碳氢化合物，包括甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丙炔、丁烷、丁烯和丁炔。优选的燃料包括氢、甲烷、乙烷及其混合物。可向燃料中加入蒸汽以防止或抑制焦炭的形成。
氧化剂管14位于燃料管12之外并以某种方式围绕着燃料管12，从而沿着燃料管12的长度18确定一个氧化剂引进区34。该氧化剂引进区34提供一导管，氧化剂流体可穿过该导管，该氧化剂流体比如为包括氧气或空气的流体。包括在该氧化剂引进区34之内的是一个氧化剂预热区36和一燃料燃烧区38。在典型的实施例中，氧化剂预热区和燃料燃烧区位于氧化剂引进区的两端。氧化剂预热区36从氧化剂入口40延伸到氧化剂出口42。氧化剂出口42提供氧化剂预热区36与燃料燃烧区38之间的流体连通，且它可为氧化剂管14内从一个区到另一个区的假想过渡区域。氧化剂预热区36还从氧化剂入口40沿着燃料管12的长度18的一部分，并贯穿氧化剂引进区34的足够长度或部分而延伸，从而提供对穿过氧化剂引进区34流向氧化剂出口42的氧化剂所期望的预热。氧化剂入口40将氧化剂流体引进到氧化剂预热区36中，且当氧化剂穿过氧化剂预热区36时，热能被传递到氧化剂中，以便提供预热的氧化剂。氧化剂出口42还将来自氧化剂预热区36的已预热的氧化剂引进到燃料燃烧区38中。
贯穿燃料管12的燃烧区26的管壁20配置有多个孔32。孔32沿燃料管12的长度18的一部分彼此隔开，并提供燃烧区26与燃料燃烧区38之间的流体连通。箭头44示出了已预热的燃料的流动方向，它从燃烧区26内部穿过孔32并进入燃料燃烧区38。已预热的燃料和已预热的氧化剂在燃料燃烧区38中混合，以形成燃烧混合物，并在燃料燃烧区38中发生燃烧。箭头46示出了进入燃料燃烧区38中的已预热的氧化剂的流动方向。
这些孔的间隔、朝向和尺寸应当使以一定的量将已预热的燃料的增量引进到燃料燃烧区38中，且其引进速率应为已预热的燃料与已预热的氧化剂提供快速和完全的混合。由于这种快速和完全的混合，已预热的氧化剂与已预热的燃料之间的氧化反应不受混合的限制。因而，一般来说，正是燃料引进区的几何形状和氧化剂引进区的几何形状的结合，提供了已预热燃料的速度(见箭头44)和已预热氧化剂的速度(见箭头46)，该燃料引进区的几何形状是由燃料管12在其燃烧区26处的结构所确定的，该氧化剂引进区的几何形状是由形成燃料燃烧区38的氧化剂管14所确定的，上述两速度适于两种流体所需的快速和完全混合。
这些孔32沿燃料管12的轴向彼此间隔开来，并且它们可沿燃料管12的长度定位在各个处于不同方位的径向平面上。例如，这些孔32的位置可沿燃料管12的长度在径向平面中交替180度，或者它们可交替120度，或者90度，等等。因此，燃料管12中的这些孔的位置可使它们在径向平面中的方位沿着燃料管12的长度交替布置，其中它们的方位从0度到360度或从30度到180度变动。然而，优选地应使孔的方位沿燃料管12的长度从大约60度到大约120度交替布置。
本发明的一个特征是使传热系统10的结构提供预热的氧化剂温度和预热的燃料温度，以致当燃烧混合物形成时，燃烧混合物的温度超过燃烧混合物的自燃温度。如果穿过燃料燃烧区38的已预热的氧化剂的速度足够大，则小增量的已预热的燃料与已预热的氧化剂在超过所形成的燃烧混合物自燃温度的温度下混合，将导致无火焰形成的燃料氧化或燃烧。与发生有火焰燃烧时的温度相比，这种无火焰燃烧在显著更低的温度下发生。
工艺管16位于氧化剂管14的外部并以某种方式围绕着氧化剂管14，从而沿氧化剂管14的外侧确定一个工艺流体引进区50。该工艺流体引进区50提供一个可供工艺流体穿过的导管。包括在该工艺流体引进区50之内的是一个工艺流体加热区52和一个氧化剂/燃料加热区54。在典型的实施例中，该工艺流体加热区和氧化剂/燃料加热区位于工艺流体引进区的两端。工艺流体加热区52从工艺流体入口56延伸到工艺流体出口58。工艺流体出口58提供工艺流体加热区52与氧化剂/燃料加热区54之间的流体连通，且它可在导管内成为从一个区到另一个区的假想过渡区域，该导管由围绕氧化剂管14的工艺管16形成。氧化剂/燃料加热区54从工艺流体出口58延伸到工艺管16的工艺管排泄出口60。工艺流体入口56将工艺流体引进到工艺流体加热区52中，且工艺流体出口58将来自工艺流体加热区52的已加热的工艺流体引进到氧化剂/燃料加热区54。
传热系统10的一个特征是：工艺流体加热区52围绕着氧化剂管14并沿燃料燃烧区38延伸，从而该布局提供了燃料燃烧区38与工艺流体加热区52之间的换热关系。燃烧混合物在燃料燃烧区38中的燃烧导致热能的释放，该热能被传递到流经工艺流体加热区52的工艺流体。弯曲箭头62指示了从燃料燃烧区38到工艺流体的热能流动，该工艺流体穿过工艺流体加热区52。工艺流体经由工艺流体入口56被引入到工艺流体加热区52中，且当它穿过工艺流体加热区52时它获得热量。
传热系统10的另一个特征是：氧化剂/燃料加热区54围绕着氧化剂管14并沿氧化剂预热区36延伸，从而该布局提供了氧化剂/燃料加热区54与氧化剂预热区36之间的换热关系。该布局的一个附加特征是：氧化剂/燃料加热区54与燃料预热区24之间处于换热关系。来自工艺流体加热区52、进入并然后穿过氧化剂/燃料加热区54的已被加热的工艺流体提供了热能，该热能用于在燃料和氧化剂被引入到燃料燃烧区38之前预热该燃料和氧化剂。弯曲箭头64所指示的是从已被加热的工艺流体到氧化剂流体以及到燃料的热能流动，该工艺流体流经氧化剂/燃料加热区54，该氧化剂流体流经氧化剂预热区36，该燃料流经燃料预热区24。通过在传热系统10中预热氧化剂和/或燃料，可削减投资。可能需要辅助换热器来回收来自一股或更多股流体的热量，或向传热系统10外部的一股或更多股流体提供热量，可有所差异地设计该辅助换热器，包括使用更低成本的材料，或者可能不需要该辅助换热器。
本发明的另一方面是：氧化剂/燃料加热区54、氧化剂预热区36和燃料预热区24的布局应当如此，以使燃料和氧化剂被充分加热，从而提供预热的燃料和预热的氧化剂，两者分别具有预热的燃料温度和预热的氧化剂温度，以致当已预热的燃料和已预热的氧化剂被混合，以便在燃料燃烧区38中形成燃烧混合物时，燃烧混合物的温度超过该燃烧混合物的自燃温度。因而，该传热系统10的预热段66可具有一种包括预热段长度68的结构，该结构提供前述从已被加热的工艺流体到燃料和氧化剂的传热。
典型地，选择一种燃料，用于传热系统10的工作，其中包括燃料的燃烧混合物的自燃温度处于从400℃(752)到1500℃(2732)，或从500℃(932)到1400℃(2552)的范围，优选地从600℃(1112)到1350℃(2462)，且最优选地从700℃(1292)到1300℃(2372)。
氧化剂和燃料被引入到传热系统10时的温度可处于很宽的温度范围内，包括接近环境温度的温度。氧化剂和燃料也可在它们被引入到该传热系统之前被加热到高于环境温度。因而，经由氧化剂入口40待被引入到传热系统10的氧化剂的温度可处于从大约-30℃(-22)到大约2000℃(3632)的范围，或从大约-10℃(14)到大约1200℃(2192)的范围，或从大约-10℃(14)到大约400℃(752)的范围。被引入传热系统10的氧化剂的温度可为高于-30℃、高于-20℃、高于-10℃或高于0℃的温度。被引入传热系统的氧化剂的温度可至多为3000℃、至多为2000℃、至多为1200℃或至多为1000℃。在某些实施例中，氧化剂可在其引入到传热系统10的氧化剂预热区36之前被预热。
尽管氧化剂和燃料被引入到传热系统时的温度将影响到预热段66的设计和几何形状，但预热段长度68一般地将小于燃料燃烧段72的工艺加热长度70。预热段长度68与工艺加热长度70之间的相对长度将在很大程度上依赖于氧化剂和燃料被引入到传热系统时的温度；但是，一般地，工艺加热长度70与预热段长度68的比例将超过1∶1，并且，更典型地，将超过2∶1，且最典型地，将超过3∶1。在另一些实施例中，工艺加热长度70与预热段长度68的比例将超过0.01∶1、0.05∶1或0.5∶1。在更多的实施例中，工艺加热长度70与预热段长度68的比例将超过1∶0.5、1∶0.05、1∶0.01。
要利用传热系统10来加热的工艺流体可为用于任何目的的任意待加热的工艺流体。然而，该传热系统在用于加热作为化学反应原料的工艺流体时，具有特别优越的应用。并且，特别地，本发明的传热系统在脱氢工艺中具有特别的应用，该脱氢工艺比如为用于生产苯乙烯的乙苯脱氢工艺。在这样的应用中，要利用传热系统10来加热的工艺流体包括乙苯。该工艺流体还可包括蒸汽，并且它还可包括苯乙烯和其它脱氢反应器原料的典型成分。对于脱氢应用，经由工艺流体入口56引入到传热系统10的工艺流体加热区52中的工艺流体典型地具有处于从260℃(500)到704℃(1300)范围内的温度，更典型地，具有从315℃(600)到677℃(1250)范围内的温度，并且最典型地，具有从427℃(800)到649℃(1200)范围内的温度。
利用传热系统10来加热的工艺流体的典型温升可处于从10℃到500℃的范围，但是更典型地，温升处于从50℃到300℃的范围，且最典型地，处于从100℃到250℃的范围。
氧化剂引进区位于燃料引进区之外，且工艺流体引进区位于氧化剂引进区之外。
现参见图2，其中展示了上述传热系统的剖视图，该传热系统被包括在换热系统100中。为说明起见，示出了包括三根管道的单个传热系统102，该三根管道呈同心关系，并利用管板结合在一起。然而，应当理解，换热系统100可为一换热器，并通常将包括许多三管传热系统102，这些传热系统102束缚在一起，以形成管束。
传热系统102包括三根管道，包括一燃料管104、一氧化剂或空气管106和一工艺管108。燃料管104穿过燃料管板110，并牢固地联结在燃料管板110上。空气管106同心地布置在燃料管104的周围，该燃料管104从燃料管板110延伸出来，从而形成第一环形通道112。空气管106的入口端穿过入口空气管板114，并牢固地联结于其上，且空气管106的出口端穿过出口空气管板116，并牢固地联结于其上。工艺管108同心地布置在空气管106的周围，以形成第二环形通道118。工艺管108的入口端穿过入口工艺管板120，并牢固地联结于其上，且工艺管108的出口端穿过出口工艺管板121，并牢固地联结于其上。
管板110、114、116、120和121连接在一起，以提供穿过该换热器100的燃料、空气和工艺流体的所需流动。端盖122密封地连接到燃料管板110上，以提供一个燃料歧管126，用于将燃料引入到燃料管104中，该端盖122具有用于引进燃料的燃料入口喷嘴124。通过隔板128与燃料管板110隔开的是入口空气管板114，该燃料管板110与入口空气管板114共同提供了一个空气歧管130，用于将空气引入到空气管106中。空气入口喷嘴132将空气引入到空气歧管130中。通过隔板134与入口空气管板114隔开的是出口工艺管板121，该入口空气管板114与出口工艺管板121一起提供了一个已加热工艺流体歧管136。工艺流体出口喷嘴138将已被加热的工艺流体从该已加热工艺流体歧管136排出。
端盖142密封地连接到出口空气管板116上，以提供一个排气歧管146，用于收集传热系统102中由燃料和空气燃烧产生的燃烧废气，该端盖142具有用于排出燃烧废气的排气喷嘴144。通过隔板148与出口空气管板116隔开的是入口工艺管板120，该出口空气管板116与入口工艺管板120共同提供了一个工艺流体歧管150。工艺流体供给喷嘴152将工艺流体进料引入到工艺流体歧管150中。
图3中展示的是一个工艺系统200的简化工艺流程图，它包括上述传热系统的使用。该工艺系统200可为任意能够高效地或适宜地利用所述传热系统优点的工艺。一个这样的工艺是催化脱氢工艺，用于乙苯的脱氢，以生产苯乙烯。如前所述的其它工艺可包括蒸汽重整(steam reforming)和烯烃裂化。
在图3所示的工艺中，一种含有蒸汽和乙苯的工艺原料经由导管202被充入到脱氢反应器204中。脱氢反应器204确定了一个包含合适的脱氢催化剂的脱氢反应区，该脱氢催化剂比如为任意众所周知的基于氧化铁的脱氢催化剂，且该脱氢反应器204提供了使工艺原料与脱氢催化剂在合适的脱氢反应条件下相接触的装置。脱氢反应器流出物经由导管206从脱氢反应器204排出，并经由其工艺流体入口210被引入到传热系统208中。
由于脱氢反应是吸热反应，因而脱氢反应器流出物将具有比充入脱氢反应器204的工艺原料温度更低的温度。传热系统208用于向脱氢反应器流出物加入热能，以便在将该脱氢反应器流出物引入到第二级脱氢反应器212之前提高其温度。已被加热的工艺流体或已被再加热的脱氢反应器流出物来自传热系统208，穿过其排泄出口214和导管216，然后作为进料被引入到第二级脱氢反应器212中。该第二级脱氢反应器212确定了一个包含合适的脱氢催化剂的脱氢反应区，该脱氢催化剂比如为任意众所周知的基于氧化铁的脱氢催化剂，且该脱氢反应器212提供了使已被再热的脱氢反应器流出物与脱氢催化剂在合适的脱氢反应条件下相接触的装置。脱氢反应器流出物经由导管218从第二级脱氢反应器212排出。
燃料经由导管220并通过燃料入口222被引入到传热系统208中。空气经由导管224并通过氧化剂入口226被引入到传热系统208中。来自传热系统208的燃烧区(未示出)的燃烧废气经由导管228排出。
应当指出，本发明的传热系统可被并入到需要将热能引入到工艺流体中的任意类型的工艺系统中。图3的催化工艺系统200仅示出了插入两个反应器级之间的单个传热系统单元，然而应当认识到，任意数量的传热系统单元可与任意数量的反应器级以任意合适的布局来组合。

Claims (9)

1.一种工艺系统，包括：
第一传热系统，用于燃烧燃料，并用于加热工艺流体，
其中所述传热系统包括：
一燃料管，所述燃料管具有一长度和一管壁，所述长度和管壁确定了一个燃料引进区，其中沿着所述长度并在所述燃料引进区之内包括一燃料预热区和一燃烧区，其中所述燃料预热区包括一个用于将所述燃料引入到所述燃料预热区的燃料入口，以及一个用于将已预热的燃料从所述燃料预热区引入到所述燃烧区的燃料出口，并且其中沿着所述燃烧区且贯穿所述管壁具有多个孔；
一氧化剂管，所述氧化剂管位于所述燃料管之外并围绕着所述燃料管，从而沿着所述燃料管的所述长度确定一个氧化剂引进区，其中所述氧化剂引进区包括一氧化剂预热区和一燃料燃烧区，其中所述氧化剂预热区包括一个用于将氧化剂引入到所述氧化剂预热区中的氧化剂入口，以及一个用于将已预热的氧化剂从所述氧化剂预热区引入到所述燃料燃烧区的氧化剂出口，且其中所述多个孔提供所述燃烧区与所述燃料燃烧区之间的流体连通；以及
一工艺管，所述工艺管位于所述氧化剂管之外并包围着所述氧化剂管，从而沿着所述氧化剂管确定一工艺流体引进区，其中所述工艺流体引进区包括一工艺流体加热区和一氧化剂/燃料加热区，其中所述工艺流体加热区与所述燃料燃烧区处于换热关系，并包括一个用于将所述工艺流体引入到所述工艺流体加热区中的工艺流体入口，以及一个用于将已加热的工艺流体从所述工艺流体加热区引入到所述氧化剂/燃料加热区中的工艺流体出口，并且其中所述氧化剂/燃料加热区与所述氧化剂预热区和所述燃料预热区均处于换热关系，并包括一个用于将所述已加热的工艺流体从所述氧化剂/燃料加热区排出的排泄出口。
2.如权利要求1所述的工艺系统，其中所述多个孔中的所述孔沿着所述燃料管的所述长度的所述燃烧区彼此间隔，并确定尺寸，从而将所述已预热的燃料的增量引入到所述燃料燃烧区中，以致当所述已预热燃料的所述增量与所述已预热的氧化剂混合时，形成燃烧混合物，并发生燃烧，该燃烧无火焰地释放出热量。
3.如权利要求1-2任意一项所述的工艺系统，其中所述工艺流体加热区与所述燃料燃烧区之间的换热关系为所述工艺流体提供加热，以便利用由所述燃烧所释放的热量来产生所述已被加热的工艺流体。
4.如权利要求1-3任意一项所述的工艺系统，其中所述氧化剂/燃料加热区与所述氧化剂预热区和所述燃料预热区之间的换热关系利用来自所述已加热的工艺流体的传热来为所述燃料提供加热，以产生所述已预热的燃料，并用于加热所述氧化剂，以便产生所述已预热的氧化剂。
5.如权利要求1-4任意一项所述的工艺系统，其中所述氧化剂/燃料加热区与所述氧化剂预热区和所述燃料预热区之间的换热关系还为所述已预热的氧化剂提供已预热的氧化剂温度，并为所述已预热的燃料提供已预热的燃料温度，以使所述燃烧混合物具有超过所述燃烧混合物自燃温度的燃烧混合物温度。
6.如权利要求1-5任意一项所述的工艺系统，其中所述燃料引进区的特征还在于一个燃料引进区几何形状，其中所述氧化剂引进区的特征还在于一个氧化剂引进区几何形状，其中所述燃料引进区几何形状和所述氧化剂引进区几何形状应当是这样的，即提供已预热燃料的速度和已预热氧化剂的速度，所述两速度防止了所述火焰的形成。
7.如权利要求1-6任意一项所述的工艺系统，还包括：
第一反应器装置，用于使所述已被加热的工艺流体与催化剂在反应条件下相接触，其中所述第一反应器装置包括第一反应器入口和第一反应器出口，所述第一反应器入口用于接收作为第一反应器进料的所述已被加热的工艺流体，所述第一反应器出口用于排出第一反应器流出物，其中所述反应器入口与所述排泄出口由流体连通。
8.一种通过燃料的无火焰燃烧来直接加热工艺流体的工艺，所述工艺包括：
将所述燃料引入到一燃料管中，所述燃料管具有一长度和一管壁，所述长度和管壁确定了一个燃料引进区，其中沿着所述长度并在所述燃料引进区之内包括一燃料预热区和一燃烧区，其中所述燃料预热区包括一个用于将所述燃料引入到所述燃料预热区的燃料入口，以及一个用于将已预热的燃料从所述燃料预热区引入到所述燃烧区的燃料出口，并且其中沿着所述燃烧区且贯穿所述管壁具有多个孔；
将一氧化剂引入到一氧化剂管中，所述氧化剂管位于所述燃料管之外并围绕着所述燃料管，从而沿着所述燃料管的所述长度提供一个氧化剂引进区，其中所述氧化剂引进区包括一氧化剂预热区和一燃料燃烧区，其中所述氧化剂预热区包括一个用于将所述氧化剂引入到所述氧化剂预热区中的氧化剂入口，以及一个用于将已预热的氧化剂从所述氧化剂预热区引入到所述燃料燃烧区的氧化剂出口，且其中所述多个孔提供所述燃烧区与所述燃料燃烧区之间的流体连通；
将工艺流体引入到一工艺管中，所述工艺管位于所述氧化剂管之外并包围着所述氧化剂管，从而沿着所述氧化剂管提供一工艺流体引进区，其中所述工艺流体引进区包括一工艺流体加热区和一氧化剂/燃料加热区，其中所述工艺流体加热区与所述燃料燃烧区处于换热关系，并包括一个用于将所述工艺流体引入到所述工艺流体加热区中的工艺流体入口，以及一个用于将已加热的工艺流体从所述工艺流体加热区引入到所述氧化剂/燃料加热区中的工艺流体出口，并且其中所述氧化剂/燃料加热区与所述氧化剂预热区和所述燃料预热区均处于换热关系，并包括一个用于将所述已加热的工艺流体从所述氧化剂/燃料加热区排出的排泄出口；
将所述已加热的工艺流体从所述氧化剂/燃料加热区排出；以及
将所述燃烧废气从所述燃料燃烧区排出。
9.如权利要求8所述的工艺，还包括：
将所述已预热燃料的增量引入到所述燃料燃烧区中，从而形成一燃烧混合物，并发生燃烧，该燃烧无火焰地释放出热量。
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