DE2751251A1 - CATALYTIC REACTOR PLANT - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine katalytische Reaktoranlage, die beispielsweise zur Erzeugung von Produktgasen aus einem Einsatzgut dient.The invention relates to a catalytic reactor system, which is used, for example, to generate product gases from serves a charge.
Katalytische Reaktionsanlagen zum Umwandeln von Kohlenwasserstoff brennstoffen in nutzbare technische Gase, wie beispielsweise Hasserstoff, sind bekannt. Sie sind im allgemeinen für eine hohe Ausbeute an Produktgas ausgelegt. Die Anlagengröße ist im allgemeinen von sekundärer Bedeutung, da die Kosten zur Erzeugung des Produktgases einen kleinen Bruchteil des Preises der aus dem Produktgas hergestellten Produkte ausmachen. Das Üblichste Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff ist das Dampf-Refor-Catalytic reaction systems for converting hydrocarbon fuels into usable technical gases, such as, for example, hate carbon, are known. They are generally designed for a high yield of product gas. Plant size is generally of secondary importance since the cost of producing the product gas is a small fraction of the price of the products made from the product gas. The most common method of producing hydrogen is steam reforming
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mieren oder Steam-Reforming eines Kohlenwasserstoffbrennstoffes durch Hindurchleiten desselben durch Peaktions- oder Reaktorröhren, die mit einem erhitzten Katalysator gefüllt und innerhalb eines Ofens angeordnet sind. Typischerweise sind die Reaktionsröhren 6,1 bis 12,2 m lang und die Wärmeübertragung erfolgt hauptsächlich (in der Größenordnung von 70 %) durch Abstrahlung von den Ofenwänden auf die Reaktionsröhren. Das erfordert einen relativ breiten Zwischenraum zwischen den Röhren und die Anbringung der Röhren neben den Wänden des Ofens, damit jede Röhre durch Abstrahlung von den Wänden gleichmäßig erhitzt wird. Diese technischen Wasserstofferzeugungsanlagen haben eine sehr hohe Wärmeübertragungsleistung in der Größenordnung von 5 4 260 bis 67 825 kcal/m Reaktionsröhrenoberflächeninhalt und pro Stunde. Dieser Anlagentyp ist jedoch hauptsächlich von Strahlungswärme abhängig und der thermische Reaktorwirkungsgrad beträgt nur 40 bis 60 %. Es können zwar hohe WasserstoffUmwandlungsleistungen erzielt werden, ein großer Prozentsatz der in dem Ofen erzeugten Wärmeenergie verläßt jedoch den Ofen in Form von Abgasen hoher Temperatur ( d. h. in Form von Verlustwärme). Zur Erzielung hoher Heizleistungen müssen daher große Mengen an Brennstoff verbrannt werden. Wenn die Wärmeenergie nicht in einem gesonderten Prozeß ausgenutzt wird, beispielsweise zur Erzeugung von Dampf, muß sie als Verlustenergie abgeführt werden. Selbst wenn die Verlustwärme ausgenutzt wird, wird sie nicht zur Erzeugung von Wasserstoff benutzt, wodurch der Wärmewirkungsgrad des Reaktors reduziert wird und die Kosten des erzeugten Wasserstoffes erhöht werden.mating or steam reforming of a hydrocarbon fuel by passing it through reaction or reactor tubes filled with a heated catalyst and are arranged within a furnace. Typically the reaction tubes are 6.1 to 12.2 m long and the Heat transfer occurs mainly (on the order of 70%) by radiation from the furnace walls on the reaction tubes. This requires a relatively wide gap between the tubes and the mount of the tubes next to the walls of the oven so that each tube is heated evenly by radiation from the walls will. These technical hydrogen generation plants have a very high heat transfer efficiency on the order of 5 4260 to 67 825 kcal / m of reaction tube surface area and per hour. However, this type of plant is mainly dependent on radiant heat and the thermal reactor efficiency is only 40 to 60%. It is true that high hydrogen conversion capacities can be achieved, a large one However, the percentage of thermal energy generated in the furnace leaves the furnace in the form of high temperature exhaust gases (i.e. in the form of heat loss). Large amounts of fuel must therefore be burned in order to achieve high heating outputs. If the thermal energy is not used in a separate process, for example to generate steam, must they are dissipated as lost energy. Even if the lost heat is used, it will not be used for generation of hydrogen, thereby reducing the thermal efficiency of the reactor and reducing the cost of the hydrogen produced increase.
Zusammen mit der Entwicklung von Brennstoffzellenkraftanlagen kam der Bedarf an billigem Wasserstoff als Brennstoff sowie der Bedarf an niedrigen Anlagenkosten auf, um die Brennstoffzellenkraftanlagen gegenüber bestehenden Stromerzeugungsanlagen wirtschaftlich konkurrenzfähig machen zu können. Dieser Bedarf brachte einen zusätzlichen Anreiz mit sich,Together with the development of fuel cell power plants, the need for cheap hydrogen as fuel and the need for low plant costs arose in order to be able to make fuel cell power plants economically competitive with existing power generation plants. This need created an additional incentive
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die Größe und die Betriebskosten von Brennstoffverarbeitungsanlagen für die Erzeugung von Hasserstoff aus Kohlenwasserstoff brennstoff en zu reduzieren. Die US-PS'en 3 144 312 und 3 541 729 beschreiben Versuche zur Verringerung der Größe von Reaktoranlagen und zur Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades. Das Ausmaß, in welchem diese Versuche erfolgreich waren, wenn sie überhaupt erfolgreich waren, kann nicht ohne weiteres festgestellt werden. In der folgenden Beschreibung werden jedoch die Nachteile der aus diesen US-Patentschriften bekannten Konstruktionen im Vergleich mit der Erfindung dargelegt.Reduce the size and operating costs of fuel processing plants for the production of hate carbon from hydrocarbon fuels. U.S. Patents 3,144,312 and 3,541,729 describe attempts to reduce the size of reactor systems and to increase the thermal efficiency. The extent to which these attempts are successful if they were successful at all, it cannot be easily ascertained. In the following description however, the disadvantages of the constructions known from these US patents are compared with the invention set out.
Die US-PS 3 909 299 beschreibt eine Dampfreformierreaktorkonstruktion, die zwar einige erwünschte Merkmale hat, die aber weder so wirksam noch so kompakt sein kann wie die im folgenden beschriebene Anlage nach der Erfindung.U.S. Patent 3,909,299 describes a steam reforming reactor design which, while having some desirable features, but which can neither be as effective nor as compact as the system according to the invention described below.
Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer katalytischen Reaktoranlage, die mit hohen thermischen Reaktorwirkungsgraden arbeiten kann und einen kompakten Aufbau hat.The aim of the invention is to create a catalytic reactor system which can operate with high thermal reactor efficiencies and which has a compact structure.
Die Erfindung schafft eine katalytische Reaktoranlage, die sowohl kompakt ist, hohe thermische Reaktorwirkungsgrade hat und in der Lage ist, mit hohen Heizleistungen zu arbeiten.The invention provides a catalytic reactor system that is both compact and has high thermal reactor efficiencies and is able to work with high heating outputs.
Die katalytische Reaktoranlage nach der Erfindung enthält eine ringförmige Reaktionskammer, die innerhalb eines Ofens angeordnet ist, wobei Wärme für die Reaktion durch 1) heißes Ofengas, das im Gegenstrom zu dem Strom durch die Reaktionskammer innerhalb eines schmalen Ringes strömt, der koaxial zu und neben der Außenwandfläche der ringförmigen Reaktionskammer angeordnet ist, und 2) durch Regenerativwärme aus den Reaktionsprodukten erzeugt wird, die die Reaktionskammer verlassen und im Gegenstrom zu dem Strom durch die Reaktionskammer innerhalb eines schmalen Ringes strömen, der koaxial zu und neben der Innenwand der Reaktionskammer angeordnet istThe catalytic reactor system according to the invention contains an annular reaction chamber which is located within a furnace is arranged, with heat for the reaction by 1) hot furnace gas flowing in countercurrent to the flow through the reaction chamber within a narrow ring which is coaxial to and adjacent to the outer wall surface of the annular reaction chamber, and 2) by regenerative heat the reaction products that leave the reaction chamber and flow in countercurrent to the flow through the reaction chamber within a narrow ring which is coaxial is arranged to and next to the inner wall of the reaction chamber
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und die Reaktionsprodukte führt, die von den HeizeinfKissen der heißen Gase innerhalb des Ofens im wesentlichen isoliert sind. Die Erfindung ist besonders dafür geeignet, eine große Anzahl von Reaktoren in einem kompakten Ofenvolumen unterzubringenand carries the reaction products generated by the heating pads of the hot gases within the furnace are substantially isolated. The invention is particularly suitable for a large To accommodate number of reactors in a compact furnace volume
Zur Erzielung niedriger Kosten sind hohe Heizleistungen (d.h. hohe Geschwindigkeiten, mit welchen Wärme aus den heißen Gasen in dem Ofen auf den Reaktionsstrom pro Einheit des Wandoberflächeninhalts, der die beiden Ströme voneinander trennt, übertragen wird) und eine kompakte Anordnung erforderlich. Ein hoher thermischer Reaktorwirkungsgrad erfordert eine hohe Geschwindigkeit der Umwandlung von Prozeßbrennstoff in Wasserstoff unter Verbrennung einer minimalen Menge an Brennstoff in dem Ofen. Aufwendige und teuere Konstruktionen zur Vermeidung von übermäßigen Wärmespannungen, die durch Temperaturdifferenzen zwischen miteinander verbundenen Teilen erzeugt werden, sollten nicht erforderlich sein.To achieve low costs, high heating outputs (i.e. high speeds at which heat from the hot gases in the furnace on the reaction flow per unit of the wall surface area, which separates the two streams from each other, is transmitted) and a compact arrangement is required. A high thermal reactor efficiency requires a high rate of conversion of process fuel to hydrogen with a minimal amount of fuel burning in the furnace. Elaborate and expensive constructions to avoid from excessive thermal stresses caused by temperature differences generated between connected parts should not be required.
All das wird durch die Erfindung erreicht, gemäß welcher zwei Ströme benutzt werden, um den Reaktionsstrom zu erhitzen. Die Hauptwärmequelle ist der Gegenstrom von Ofengasen durch einen schmalen Ring längs der Außenwand einer ringförmigen Reaktionskanuner. Die andere Wärmequelle ist Regenerativwärme aus den Reaktionsprodukten, die die ringförmige Reaktionskammer verlassen und im Gegenstrom durch einen schmalen Ring längs der Innenwand derselben strömen. Die Verwendung von Gegenströmen und schmalen ringförmigen Heizgaskanälen sind kritische Faktoren für die Maximierung der Heizleistung und des thermischen Reaktorwirkungsgrades. Ein hoher Regeneratorwärmeübertragungswirksamkeitsgrad reduziert die erforderliche Ofenheizleistung pro Einheit der Prozeßbrennstoffzufuhr. Es kann deshalb bei derselben Menge an in dem Ofen verwendetem Brennstoff mehr Brennstoff verarbeitet werden (d.h. die Anlage arbeitet mit einem höheren thermischen Gesamtwirkungsgrad) . In dieser Hinsicht ist die Größe des Ring- All of this is achieved by the invention, according to which two streams are used to heat the reaction stream. The main source of heat is the countercurrent flow of furnace gases through a narrow ring along the outer wall of an annular reaction duct. The other heat source is regenerative heat from the reaction products, which leave the annular reaction chamber and flow in countercurrent through a narrow ring along the inner wall of the same. The use of counter-currents and narrow annular hot gas channels are critical factors in maximizing heating power and reactor thermal efficiency. A high regenerator heat transfer efficiency reduces the furnace heating power required per unit of process fuel supply. It can therefore be processed more fuel at the same amount of used fuel in the kiln (that is, the system works with a higher overall thermal efficiency). In this regard, the size of the ring
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spalts von jedem der beiden ringförmigen Kanäle, die heiße Gase in Wärmeaustauschbeziehung mit der Reaktionskammer führen, ein kritischer Faktor bei der Bestimmung, wieviel von der verfügbaren Wärme in den Heizströmen tatsächlich auf den Reaktionsstrom übertragen wird.gap from each of the two annular channels carrying hot gases into heat exchange relationship with the reaction chamber lead, a critical factor in determining how much of the available heat is actually in the heating currents is transferred to the reaction stream.
Zur Erläuterung der Erfindung ist es von Nutzen, einen Parameter zu betrachten, der als Wärmeübertragungswirksamkeitsgrad c bezeichnet wird. Der Wärmeübertragungswirksamkeitsgrad ist gleich der Änderung der Enthalpie des Heizstroms dividiert durch die theoretische maximale Änderung der Enthalpie. Mit anderen Worten, wenn der Heizstrom eine Enthalpie E- bei seiner Eintrittstemperatur T1 und eine Enthalpie E2 bei seiner Austrittstemperatur T2 hat und wenn der beheizte Strom eine Temperatur T3 bei seinem Eintritt hat, so ist der Wärmeübertragungswirksamkeitsgrad zwischen den beiden Strömen durch folgende Gleichung gegeben! In order to illustrate the invention it is useful to consider a parameter referred to as heat transfer efficiency, c. The heat transfer efficiency is equal to the change in enthalpy of the heating current divided by the theoretical maximum change in enthalpy. In other words, if the heating stream has an enthalpy E- at its inlet temperature T 1 and an enthalpy E 2 at its outlet temperature T 2 , and if the heated stream has a temperature T 3 at its inlet , the heat transfer efficiency between the two streams is through given the following equation!
wobei E3 die Enthalpie des Heizstroms ist, berechnet bei der Temperatur T3.where E 3 is the enthalpy of the heating current, calculated at temperature T 3 .
Es ist außerdem wichtig, den thermischen Reaktorwirkungsgrad η zu definieren:It is also important to define the thermal reactor efficiency η:
(N„ ) . (LHV„ )(N "). (LHV ")
H HH H
(Fr) (LHVr) + Ff(LHVf)(F r ) (LHV r ) + F f (LHV f )
wobei N11 die Gesamtmenge an erzeugtem Wasserstoff, LHV„ H2 H2 where N 11 is the total amount of hydrogen produced, LHV “H 2 H 2
der untere Heizwert von Wasserstoff, Fr die Menge an dem Reaktor zugeführtem Prozeßbrennstoff, F, die Menge an dem Ofen zugeführtem Brennstoff ist und wobei LHV und LHV- die unteren Heizwerte des Prozeßbrennstoffes bzw. des Ofenbrennstoffes sind. Vorstehend ist angenommen worden, daß Wasserstoff das gewünschte Reaktionsprodukt ist. Die Gleichung kann ohne weiteres fUr andere Reaktionsprodukte modifiziert werden. is the lower calorific value of hydrogen, F r is the amount of process fuel fed to the reactor, F is the amount of fuel fed to the furnace, and where LHV and LHV- are the lower calorific values of the process fuel and the furnace fuel, respectively . It has been assumed above that hydrogen is the desired reaction product. The equation can easily be modified for other reaction products.
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Es sollte stets im Auge behalten werden, daß η etwa direkt proportional zu c ist und daß deshalb ein hoher Wirkungsgrad einen hohen Wärmeübertragungswirksamkeitsgrad erfordert.It should always be kept in mind that η is approximately directly proportional to c and that therefore a high degree of efficiency requires a high degree of heat transfer efficiency.
Der Vorteil der Reaktoranlage nach der Erfindung besteht hauptsächlich darin, daß sie einen hohen thermischen Reaktorwirkungsgrad in einem großen Bereich von Heizleistungen (einschließlich sehr hohen Heizleistungen) aufweist, während die Anlage eine kompakte Größe hat. Das Ergebnis ist eine langlebige, kompakte, wirtschaftliche und wirksame Konstruktion, die in der Lage ist, mit hohen Prozeßbrennstoffdurchsätzen zu arbeiten.The advantage of the reactor system according to the invention is mainly that it has a high thermal reactor efficiency has a wide range of heating outputs (including very high heating outputs), while the Plant is compact in size. The result is a durable, compact, economical and effective construction, which is able to work with high process fuel throughputs to work.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:Several embodiments of the invention are in the drawings and are described in more detail below. Show it:
Fig. 1 eine Teilvertikalschnittansicht einerFig. 1 is a partial vertical sectional view of a
katalytischen Reaktoranlage nach der Erfindung, undcatalytic reactor system according to the invention, and
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Anlage vonFIG. 2 shows a cross section through the plant from FIG
Fig. 1 im wesentlichen auf der Linie 2-2 von Fig. 1.FIG. 1 essentially on line 2-2 of FIG. 1.
Als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die katalytische Reaktoranlage 10 von Fig. 1 und 2 betrachtet. In dieser Austührungsform dient die Anlage zum Dampf-Reformieren eines reformierbaren Kohlenwasserstoffbrennstoffes in Gegenwart eines geeigneten Katalysators, um Wasserstoff zu erzeugen. Die Anlage 10 enthält einen Ofen 12 mit Brennerdüsen 14, mit einem Brennerbrennstoffverteiler 16 und mit einem Luftverteiler 18. Innerhalb des Ofens 12 sind mehrere röhrenförmige Reaktoren 20 angeordnet.The catalytic reactor system 10 of FIGS. 1 and 2 is considered to be an exemplary embodiment of the invention. In this The system is used for steam reforming of a reformable hydrocarbon fuel in the presence a suitable catalyst to generate hydrogen. The system 10 includes a furnace 12 with burner nozzles 14, with a burner fuel manifold 16 and with an air manifold 18. Inside the furnace 12 are several tubular ones Reactors 20 arranged.
Jeder Reaktor 20 hat eine äußere zylindrische Wand 22 undEach reactor 20 has an outer cylindrical wall 22 and
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eine innere zylindrische Wand oder ein Mittelrohr 24, die zwischen sich eine ringförmige Reaktionskammer 26 begrenzen. Die Reaktionskammer 26 ist mit Dampfreformierkatalysatorpellets 28 gefüllt, die auf einem Gitter 30 ruhen, das an dem Einlaß 32 der Reaktionskammer angeordnet ist. Jeder geeignete Dampfreformierkatalysator, wie beispielsweise Nickel, kann benutzt werden, um die Reaktionskammer von ihrem Einlaß 32 bis zu ihrem Auslaß 36 zu füllen. Der Zylinder, der durch die Außenwand 22 begrenzt ist, ist an seinem oberen Ende 38 durch eine Endkappe 40 verschlossen. Das Mittelrohr hat ein oberes Einlaßende 42 und ein unteres Auslaßende Das Einlaßende 42 endigt unterhalb der Endkappe 40, so daß das Mittelrohr in Gasverbindung mit dem Auelaß 36 der Reaktionskammer 26 ist.an inner cylindrical wall or central tube 24 defining an annular reaction chamber 26 between them. The reaction chamber 26 is filled with steam reforming catalyst pellets 28, which rest on a grid 30 that is attached to the inlet 32 of the reaction chamber is arranged. Any suitable steam reforming catalyst such as Nickel, can be used to fill the reaction chamber from its inlet 32 to its outlet 36. The cylinder that is limited by the outer wall 22 is closed at its upper end 38 by an end cap 40. The central tube has an upper inlet end 42 and a lower outlet end. The inlet end 42 terminates below the end cap 40 so that the central tube in gas communication with the outlet 36 of the reaction chamber 26 is.
Innerhalb des Mittelrohrs 24 ist ein zylindrischer Stopfen angeordnet, dessen Außendurchmesser etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Mittelrohrs, wodurch eine ringförmige Regenerationskammer 48 zwischen dem Stopfen und dem Mittelrohr gebildet wird, die einen Einlaß 49 hat. Der Stopfen 46 kann zwar eine massive Stange sein, bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es jedoch ein Rohr, das durch eine Endkappe 50 an seinem einen Ende verschlossen ist, so daß die Reaktionskammer 26 verlassende Reaktionsprodukte um den Stopfen 46 herum durch die Regeneratlonskainmer 48 strömen müssen. Der Abstand zwischen dem Stopfen 46 und dem Mittelrohr 24 wird durch Ausbauchungen 52 in der Stopfenwand aufrechterhalten. Inside the central tube 24, a cylindrical plug is arranged, the outer diameter of which is slightly smaller than the inner diameter of the center tube, creating an annular regeneration chamber 48 between the plug and the center tube is formed which has an inlet 49. The plug 46 can indeed be a solid rod, in the case of the one described here Embodiment, however, it is a tube which is closed by an end cap 50 at one end, so that Reaction products leaving the reaction chamber 26 flow around the plug 46 through the regeneration chamber 48 have to. The distance between the plug 46 and the central tube 24 is maintained by bulges 52 in the plug wall.
Bei der Erfindung dient die Regenerationskammer 48 dem Zweck, Wärme aus den Reaktionsprodukten, die den Auslaß 36 verlassen, in das Katalysatorbett der Reaktionskammer 26 zurückzuleiten. Deshalb wird hinsichtlich der Erfindung der Auslaß 54 der Reaktionskammer 48 als neben dem Einlaß 32 des Katalysator bettes statt als an dem Auβlaßende 44 des Mittelrohrs angeordnet ange-In the invention, the regeneration chamber 48 serves the purpose of returning heat from the reaction products which leave the outlet 36 to the catalyst bed of the reaction chamber 26. Therefore, with regard to the invention, the outlet 54 of the reaction chamber 48 is positioned adjacent to the inlet 32 of the catalyst bed rather than at the outlet end 44 of the central tube.
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sehen, und zwar trotz der Tatsache, daß der tatsächliche Ring, der zwischen dem Stopfen 46 und dem Mittelrohr 24 gebildet ist, sich bis zu dem Auslaßende 44 erstreckt. Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung sorgt für eine gewisse Vorwärmung des Prozeßbrennstoffes, bevor dieser in das Katalysatorbett eintritt. Das ist aber für die vorliegende Erfindung unkritisch. Außerdem erstreckt sich in dieser Ausführungsform der Stopfen 46 über die gesamte Länge der Reaktionskammer, so daß der Einlaß 49 der Regenerationskanuner sich neben dem Auslaß 36 der Reakionskammer befindet. Das wird zwar für eine maximale Regenerierung bevorzugt, der Regenerationskammereinlaß kann jedoch irgendwo zwischen dem Einlaß und dem Auslaß der Reaktionskammer angeordnet werden, indem ein kürzerer Stopfen benutzt wird.see, despite the fact that the actual Ring formed between plug 46 and central tube 24 extends to outlet end 44. the The arrangement shown in Fig. 1 ensures a certain preheating of the process fuel before it enters the catalyst bed entry. However, this is not critical for the present invention. In addition, in this embodiment the plug 46 over the entire length of the reaction chamber, so that the inlet 49 of the regeneration channels is adjacent the outlet 36 of the reaction chamber is located. While this is preferred for maximum regeneration, the regeneration chamber inlet however, it can be placed anywhere between the inlet and the outlet of the reaction chamber by a shorter stopper is used.
Es ist zu beachten, daß die Regenerationskammer 48 von den heißen Ofengasen im wesentlichen isoliert ist. Zur Erzielung eines maximalen Reaktorgesamtwirkungsgrades ist es wichtig, die Wärmeenergie des Ofengases daran zu hindern, die Reaktionsprodukte innerhalb der Regenerationskammer 48 zu erhitzen. Es ist außerdem wichtig, das Verbrennen von zusätzlichem Brennstoff oder Wasserstoff innerhalb der Regenerationskanuner 48 zu verhindern. Nur Eigenwärme, die bereits in den Reaktionsprodukten am Auslaß 36 vorhanden ist, wird auf die Reaktionskammer übertragen.It should be noted that the regeneration chamber 48 is substantially isolated from the hot furnace gases. To achieve For maximum overall reactor efficiency, it is important to prevent the thermal energy of the furnace gas from removing the reaction products to be heated within the regeneration chamber 48. It is also important to avoid burning extra Prevent fuel or hydrogen within the regeneration duct 48. Only inherent heat that is already in the reaction products present at outlet 36 is transferred to the reaction chamber.
Jeder Reaktor 20 kann als ein Reaktor aufgefaßt werden,der einen oberen Teil 56 und einen unteren Teil 53 aufweist. Der obere Teil 56 ist in einem Raum angeordnet, der im folgenden als Brennraum 60 bezeichnet wird. Der Brennraum 60 ist dasjenige Volumen des Ofens 12, innerhalb welchem die tatsächliche Verbrennung des Brennstoffes und der Luft, die in den Ofen eingeleitet werden, stattfindet. Dieser Raum ist durch sehr hohe Temperaturen, beträchtliche Strahlungsheizung sowie Konvektionsbeheizung der Reaktoren 20 und durch axiales (d.h. in der Richtung der Achse der Reaktoren 20) sowie radiales Each reactor 20 can be viewed as a reactor having an upper part 56 and a lower part 53. The upper part 56 is arranged in a space which is referred to below as the combustion chamber 60. The combustion chamber 60 is that volume of the furnace 12 within which the actual combustion of the fuel and the air introduced into the furnace takes place. This space is characterized by very high temperatures, considerable radiant heating and convection heating of the reactors 20 and by axial (ie in the direction of the axis of the reactors 20) and radial
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Vermischen der Gase darin gekennzeichnet.Mixing the gases marked therein.
Der untere Teil 58 jedes Reaktors ist von einer zylindrischen Wand 62 umgeben, die in äußerem Abstand von der Wand 22 angeordnet ist und mit dieser einen ringförmigen Brennergaskanal 64 mit einem Einlaß 66 und einem Auslaß 67 begrenzt. Der Auslaß 67 befindet sich neben dem Einlaß 32 der Reaktionskammer 26. Der Kanal 64 ist mit einem Wärmeübertragungspackmaterial gefüllt, das auf einem Gitter 68 ruht und in vorliegendem Beispiel aus Kugeln 70 aus Aluminium besteht.Der Zwischenraum zwischen benachbarten zylindrischen Wänden oder Kanälen 62 ist mit einem nichtwärmeleitenden Material, wie beispielsweise einer Keramikfaserisolation, gefüllt, das auf einer Platte ruht, die sich über den Ofen erstreckt und in welcher Löcher gebildet sind, durch die die Reaktoren 20 hindurchgehen. Die Platte 74 und das Material innerhalb des Zwischenraums 72 hindern die Ofengase daran, um die Außenseite der zylindrischen Wände oder Kanäle 62 zu strömen.The lower part 58 of each reactor is surrounded by a cylindrical wall 62 which is arranged at an external distance from the wall 22 is and with this an annular burner gas channel 64 with an inlet 66 and an outlet 67 is limited. The outlet 67 is adjacent the inlet 32 of the reaction chamber 26. The channel 64 is lined with a heat transfer packing material filled, which rests on a grid 68 and in the present example consists of balls 70 made of aluminum. The space between adjacent cylindrical walls or channels 62 is covered with a non-thermally conductive material such as a ceramic fiber insulation, filled, which rests on a plate which extends over the furnace and in which holes are formed through which the reactors 20 pass. The plate 74 and the material within the space 72 prevent the furnace gases from flowing around the outside of the cylindrical walls or channels 62.
Zusätzlich zu der Platte 74 erstrecken sich Platten 76, 78 und 80 ebenfalls über den Ofen und begrenzen zwischen sich Verteiler. Die Platte 80 ruht auf der Bodenwand 82 des Ofens. Die Platten 78 und 80 begrenzen zwischen sich einen P.eaktionsproduktverteiler 84. Die Platten 76 und 78 begrenzen zwischen sich einen Prozeßbrennstoffeinlaßverteiler 36. Die Platten 74 und 76 begrenzen zwischen sich einen Ofengasauslaßverteiler 88. Die Stopfen 46 und die Mittelrohre 24 stoßen an die Bodenplatte 80 an. Die Außenwände 22 der Reaktoren stoßen an die Platte 78 an. Die zylindrischen Wände oder Kanäle 62 stoßen an die Platte 74 an.In addition to plate 74, plates 76, 78 and 80 also extend over and delimit the oven Distributor. The plate 80 rests on the bottom wall 82 of the oven. The plates 78 and 80 define a reaction product manifold between them 84. Plates 76 and 78 define a process fuel inlet manifold 36 therebetween. Plates 74 and 76 define a furnace gas outlet manifold 88 therebetween. Plugs 46 and center tubes 24 butt against the base plate 80. The outer walls 22 of the reactors abut the plate 78. The cylindrical walls or Channels 62 abut plate 74.
Im Betrieb tritt ein Gemisch aus Dampf und reformierbarem Kohlenwasserstoffbrennstoff aus dem Verteiler 86 in den Einlaß 32 der Reaktionskammer 26 über Locher 90 in der Wand ein; der Verteiler 86 wird über eine Leitung 92 versorgt.SofortIn operation, a mixture of steam and reformable hydrocarbon fuel enters the inlet 32 of the reaction chamber 26 from the manifold 86 through holes 90 in the wall; the distributor 86 is supplied via a line 92. Immediately
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beginnt die Erhitzung des Gemisches durch die im Gegenstrom zu ihm durch den Kanal 64 strömenden Ofengase, und das Gemisch beginnt in Gegenwart der Katalysatorteilchen 28 zu reagieren. Wenn sich der Brennstoff, Dampf und Reaktionsprodukte innerhalb der Reaktionskammer 26 aufwärts bewegen, reagieren sie weiterhin und nehmen zusätzliche Wärme auf. An dem Auslaß 36 erreicht die Temperatur der Reaktionsprodukte ein Maximum. Die heißen Reaktionsprodukte treten in den Einlaß 49 der Regenerationskammer 48 ein. Wenn die Reaktionsprodukte sich über die Länge der ringförmigen Regenerationskammer hinwegbewegen, wird Wärme von ihnen in die Reaktionskammer 26 zurückgeleitet. Sie treten daraufhin in den Reaktionsproduktverteiler 84 durch Löcher 94 in dem Mittelrohr 24 ein und werden über eine Leitung 96 zur weiteren Verarbeitung, zur Lagerung oder zum Verbrauch von dem Reaktor weggeführt.the mixture begins to be heated by the furnace gases flowing in countercurrent to it through channel 64, and the mixture begins to react in the presence of the catalyst particles 28. When the fuel, steam and reaction products move upward within the reaction chamber 26, they continue to react and absorb additional heat. At the outlet 36 the temperature of the reaction products reaches a maximum. The hot reaction products enter the inlet 49 of the regeneration chamber 48. When the reaction products spread over the length of the annular regeneration chamber move away, heat is returned from them to the reaction chamber 26. You then enter the reaction product distributor 84 through holes 94 in the central tube 24 and are fed via a line 96 for further processing, for storage or carried away from the reactor for consumption.
Brennstoff für den Ofen tritt in den Verteiler 16 über eine leitung 98 ein und gelangt daraufhin über die Düsen 14 in den Brennraum 60. Luft tritt in den Verteiler 18 über eine Leitung 100 ein und gelangt über ringförmige Durchlässe 102, die jede Düse 14 umgeben, in den Brennraum 60. Das Verbrennen des Brennstoffes und der Luft erfolgt innerhalb des Brennraums Die heißen Gase aus dem Brennraum bewegen sich durch die Kanäle 64 in den Verteiler 88 und werden über eine Leitung abgelassen. Innerhalb des Brennraums sind die Temperaturen im allgemeinen ausreichend hoch, so daß hohe Heizleistungen im Bereich der oberen Teile 56 der Reaktionskammern trotz des relativ niedrigen Wärmeübertragungskoeffizienten in diesem Bereich erzielt werden. Wenn die Temperatur der Ofengase absinkt, während sich die Gase von den Brennerdüsen wegbewegen, würde die Heizleistung normalerweise unzulässig niedrig werden. Dem wird jedoch gemäß der Erfindung durch die Verwendung der ringförmigen Brennergaskanäle 64 über den unteren Teilen der Reaktoren entgegengewirkt. Diese Kanäle erhöhen, wenn sieFuel for the furnace enters the manifold 16 via a line 98 and then passes through the nozzles 14 into the combustion chamber 60. Air enters the manifold 18 via a line 100 and passes through annular passages 102 that surround each nozzle 14, into the combustion chamber 60. The combustion of the fuel and the air takes place within the combustion chamber. The hot gases from the combustion chamber move through the channels 64 into the distributor 88 and are discharged via a line. The temperatures within the combustion chamber are generally sufficiently high so that high heating outputs are achieved in the region of the upper parts 56 of the reaction chambers despite the relatively low heat transfer coefficient in this region. If the temperature of the furnace gases drops while the gases move away from the burner nozzles, the heating output would normally become unacceptably low. However, according to the invention, this is counteracted by the use of the annular burner gas channels 64 above the lower parts of the reactors. These channels increase when they do
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richtig dimensioniert sind, den örtlichen Wärmeübertragungskoeffizienten und daher die WärmeUbertragungswirksamkeitswerte. Das führt zu hohen Heizleistungen sowohl Über den oberen Teilen als auch über den unteren Teilen, und zwar trotz der niedrigeren Temperaturen der Ofengase im Bereich der unteren Teile.correctly dimensioned, the local heat transfer coefficient and therefore the heat transfer efficiency values. This leads to high heating outputs both over the top Parts as well as above the lower parts, despite the lower temperatures of the furnace gases in the area of the lower parts Parts.
Von primärer Bedeutung bei der Erzielung von hohen Heizleistungen ist die Ringspaltgröße des Brennergaskanals, der Reaktionskammer und der Regenerationskammer. Gemäß der Erfindung werden diese Spalte so dimensioniert, daß sich der höchst mögliche WärmeUbertragungswirksamkeitsgrad ergibt, der mit den gewünschten Abgastemperaturen der Ofengase und der Reaktionsprodukte vereinbar ist. Obgleich theoretisch der Wärmeübertragungswirksamkeitsgrad mit enger werdendem Brennergaskanal und mit abnehmender Regenerationskammerspaltgröße zunimmt, sind praktische Grenzwerte, wie die maximal zulässigen Wandtemperaturen und Druckabfälle innerhalb der Ringe, wichtige Faktoren bei der Festlegung der minimal zulässigen Spaltgrößen für einen besonderen Anwendungsfall. Die Ringspaltgröße der Reaktionskammer wird in Verbindung mit den Spaltgrößen des Brennergaskanals und der Regenerationskammer so gewählt, daß sich ausreichend hohe Temperaturen in dem gesamten Katalysatorbett ergeben, ohne daß Ofengase in dem Brennergaskanal die Reaktionsprodukte innerhalb der Regenerationskammer 48 auf der anderen Seite des Katalysatorbettes erhitzen. Die Regenerationskammer 48 muß also, wie oben bereits erwähnt, gegenüber den Wärmeeinflüssen der Ofengase im wesentlichen isoliert werden.The size of the annular gap in the burner gas duct, the Reaction chamber and the regeneration chamber. According to the invention, these gaps are dimensioned so that the highest possible heat transfer efficiency results, which with the desired exhaust gas temperatures of the furnace gases and the reaction products is compatible. Although theoretically the heat transfer efficiency increases with a narrowing burner gas channel and with a decreasing regeneration chamber gap size practical limit values, such as the maximum allowable wall temperatures and pressure drops within the rings, are important factors when determining the minimum permissible gap sizes for a special application. The size of the annular gap in the reaction chamber is combined with the size of the gap in the burner gas duct and the regeneration chamber selected so that sufficiently high temperatures result in the entire catalyst bed, without furnace gases in the burner gas channel, the reaction products within the regeneration chamber 48 on the other Heat the side of the catalyst bed. The regeneration chamber 48 must, as already mentioned above, withstand the effects of heat the furnace gases are essentially isolated.
An dieser Stelle ist es interessant, die Erfindung mit den Anlagen zu vergleichen, die aus den oben genannten US-PS'en 3 541 729 und 3 144 312 bekannt sind. Bei der aus der US-PS 3 541 729 bekannten Anlage strömt der Ofenheizstrom in derselben Richtung wie der Strom durch das ringförmige Katalysatorbett längs der Innenwand desselben. Diese Lösung ist klar wenigerAt this point, it is interesting to compare the invention with the plants that are known from the aforementioned US Patents 3,541,729 and 3,144,312. In the plant known from US Pat. No. 3,541,729, the furnace heating stream flows in the same direction as the stream through the annular catalyst bed along the inner wall thereof. This solution is clearly less
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wirksam und unterscheidet sich von dem Gegenstrom, der gemäß der Erfindung an der Außenwand des Bettes entlang geht. Bei der aus der US-PS 3 541 729 bekannten Anlage herrschen die höchsten Ofengastemperaturen an dem Einlaßende des Katalysatorbettes, welches das kühlste Ende ist, und die Wärmeübertragung in diesem Bereich ist wahrscheinlich so groß, daß eine beträchtliche Menge der Wärme aus den Ofengasen auf die oberen Teile des Regenerationsstroms in dem Ring 113 übertragen wird. Diese Wärme verläßt den Ofen zusammen mit den Reaktionsprodukten, wodurch der thermische Reaktorgesamtwirkungsgrad verringert wird. Das ist bei der Erfindung nicht der Fall, weil das Brennergas an dem Reaktionskammereinlaß infolge des Gegenstroms am kältesten ist.effective and differs from the countercurrent which, according to the invention, goes along the outer wall of the bed. In the plant known from US Pat. No. 3,541,729, the highest furnace gas temperatures prevail at the inlet end of the catalyst bed, which is the coolest end, and the heat transfer in that area is probably so great that a significant amount of the heat from the furnace gases is applied to the tops of the regeneration stream in the ring 113 is transmitted. This heat leaves the furnace along with the reaction products, thereby increasing the overall thermal efficiency of the reactor is decreased. This is not the case with the invention because the burner gas is at the reaction chamber inlet is coldest due to the countercurrent.
Die aus der US-PS 3 144 312 bekannte Anlage unterscheidet sich von der Anlage nach der Erfindung dadurch, daß die Ofengase sich an dem inneren ringförmigen Katalysatorbett befinden. Außerdem strömen die Ofengase sowohl neben dem inneren als auch neben dem äußeren Reaktionsstrom, was im Gegensatz zur Erfindung steht, bei der der Regenerationsstrom von den heißen Ofengasen im wesentlichen isoliert ist, was gemäß der Erfindung eine wichtige Forderung ist. Außerdem ist zu beachten, daß die relativ kühle zylindrische Außenwand 10 an der relativ heißen inneren zylindrischen Wand 9 starr befestigt ist. Spannungen, die durch unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen diesen beiden Wänden verursacht werden, sind wahrscheinlich unzulässig hoch und können Störungen verursachen. Weiter ist keine der aus den beiden US-Patentschriften bekannten Anlagen für eine Verwendung mit mehreren Reaktoren in einem einzigen Ofen geeignet.The system known from US Pat. No. 3,144,312 differs from the plant according to the invention in that the furnace gases are located on the inner annular catalyst bed. In addition, the furnace gases flow alongside both the inner and the outer reaction stream, which is in contrast to the Invention stands in which the regeneration stream is substantially isolated from the hot furnace gases, which is in accordance with the invention is an important requirement. It should also be noted that the relatively cool cylindrical outer wall 10 on the relatively hot inner cylindrical wall 9 is rigidly attached. Stresses caused by different thermal expansion between these two walls are likely to be unacceptably high and can cause interference. Furthermore, none of the systems known from the two US patents is suitable for use with multiple reactors in suitable for a single oven.
Zurückkehrend zu der vorliegenden Erfindung sei angemerkt, daß festgestellt worden ist, daß ein relativ schmaler Bereich von Spaltgrößen gute thermische Reaktorwirkungsgrade sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Prozeßbrennstoffdurchsätzen ergibt. Das WänneUbertragungspackjnaterial 70, das innerhalb Returning to the present invention it is noted that it has been found that a relatively narrow range of gap sizes results in good thermal reactor efficiencies at both high and low process fuel throughputs. The heat transfer packaging material 70 contained within
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der Kanäle 64 angeordnet ist, sorgt für eine weitere Verbesserung des Härmeübertragungswirksamkeitsgrades und der Gleichmäßigkeit der Wärmeverteilung im Vergleich zu einem Ring von derselben Größe, aber ohne Wärmeübertragungspackmaterial. Da der Wärmeübertragungswirksamkeitsgrad mit abnehmender Ringspaltgröße zunimmt, könnte das Wärmeübertragungspackmaterial nach der Erfindung weggelassen werden, wenn die Größe des ringförmigen Brennergaskanals verringert würde. Das liegt zwar im Rahmen der Erfindung, ein breiterer ringförmiger Kanal mit Wärmeübertragungspackmaterial wird Jedoch bevorzugt, da es schwieriger und teuerer ist, zulässige Abmessungstoleranzen einzuhalten, wenn der Spalt kleiner wird. Zulässige Bereiche für Spaltgrößen mit und ohne Wärmeübertragungspackmaterial sind in Tabelle 1 angegeben, während beste Ergebnisse, die unter Verwendung der bevorzugten Bereiche erzielt worden sind, in Tabelle 2 angegeben sind. Die angegebenen Bereiche sind gesicherte Schätzwerte, die zum großen Teil auf Testergebnissen basieren. Es sei beachtet» daß für Reaktoren mit sehr kleinem oder mit sehr großen Durchmesser die angegebenen Bereiche ausgedehnt werden können. of the channels 64 provides a further improvement in heat transfer efficiency and uniformity of heat distribution compared to a ring of the same size but without heat transfer packing material. Since the heat transfer efficiency increases with decreasing size of the annular gap, the heat transfer packing material of the invention could be omitted if the size of the annular burner gas channel were reduced. While this is within the scope of the invention, a wider annular channel of heat transfer packing material is preferred because it is more difficult and expensive to maintain dimensional tolerances as the gap becomes smaller. Acceptable ranges for gap sizes with and without heat transfer packing material are given in Table 1, while best results obtained using the preferred ranges are given in Table 2. The ranges given are reliable estimates based in large part on test results. It should be noted that the specified ranges can be extended for reactors with very small or very large diameters.
TABELLE 1 Zulässige RingspaltgrößenTABLE 1 Permissible annular gap sizes
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TABELLE 2
BEVORZUGTE RINGSPALTGRÖBENTABLE 2
PREFERRED RING GAP SIZES
Reaktionskanuner Regenerationskanuner Brennergaskanal (ohne Packmaterial)Reaction Kanuner Regeneration Kanuner Burner gas duct (without packing material)
Brennergaskanal 12,7 - 50,8 mm Burner gas duct 12.7 - 50.8 mm
(mit Packmaterial) (with packing material)
Einige weitere Faktoren, die die Wahl der Spaltgröße bestimmen, sind: Eigenschaften der Gase und Katalysatorteilchen, die Dicke und die Wärmeleitfähigkeit der Wände, welche die Heizgase und die beheizten Gase voneinander trennen, und die Reynolds-Zahl der verschiedenen Ströme. Die Wände, die die Gegenströme voneinander trennen, werden üblicherweise möglichst so dünn ausgeführt, wie es sich mit der baulichen Integrität verträgt, und aus Werkstoffen hergestellt, die nicht sehr teuer sind, aber eine gute Wärmeleitfähigkeit haben. Der Katalysator wird im allgemeinen so gewählt, daß er ein gutes Reaktionsvermögen und eine lange Lebensdauer hat. Die Katalysatorteilchengröße wird im allgemeinen so klein wie möglich gewählt, um die Katalysatoroberfläche zu maximieren, aber nicht so klein, daß ein unannehmbarer Druckabfall in der Reaktionskanuner erzeugt wird.Some other factors that determine the choice of gap size are: properties of the gases and catalyst particles, the thickness and the thermal conductivity of the walls which separate the heating gases and the heated gases from one another, and the Reynolds numbers of the various streams. The walls that the countercurrents separate from each other, are usually made as thin as possible, as it is with the structural Withstands integrity, and made from materials that are not very expensive but have good thermal conductivity. The catalyst is generally chosen to have good reactivity and long life. The catalyst particle size is generally chosen to be as small as possible in order to maximize the catalyst surface area, but not so small that an unacceptable pressure drop is created in the reaction channel.
Obgleich in den Zeichnungen nicht dargestellt, sollten Mittel vorgesehen sein, die eine Fluidisierung des Katalysatorbettes infolge des aufwärts strömenden Prozeßgaees verhindern. Although not shown in the drawings, means should be provided which prevent fluidization of the catalyst bed as a result of the upward flowing process gas.
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In einer Dampfreformierreaktoranlage ähnlich der von Fig. 1 und mit neunzehn röhrenförmigen Reaktoren hatte jeder Reaktor eine Länge von etwa 1524 mm, gemessen ab dem Einlaß 32, und einen Außenwanddurchmesser von 229 mm. Die Hälfte der Länge (762 mm) des Reaktors erstreckte eich in den Brennraum 60. Die Außenwände 22 von benachbarten Reaktoren hatten einen Abstand von 76 mm. Die Reaktoren an der Ofenwand waren von dieser zwischen 102 mm und 127 mm entfernt. Der Spalt zwischen der Außenwand 22 und der Innenwand 24 betrug 27,9 mm, der zwischen der Innenwand 24 und dem Stopfen 46 betrug 6,4 mm und der zwischen der zylindrischen Wand 62 und der äußeren Wand 22 betrug 31,8 mm. Der Brennergaskanal war mit 12,7-mm-Durchmesser-Raschigringen aus Aluminiumoxid gefüllt. Der Katalysator hatte die Form von zylindrischen Pellets. Der Prozeßbrennstoff war Naphtha, das in das Katalysatorbett als ein mit etwa 4,5 Gewichtsteilen Wasserdampf vermischter Dampf eintrat. Der Prozeßbrennstoffdurchsatz betrug etwa 11,3 kg/h pro Reaktor bei einem Gesamtbrennstoffdurchsatz von etwa 215 kg/h. Eine Unwandlungsleistung von 95 % und ein thermischer Reaktorgesamtwirkungsgrad von 90 % wurden erzielt.In a steam reforming reactor plant similar to that of Figs with nineteen tubular reactors, each reactor was approximately 1524 mm in length as measured from inlet 32 and one Outside wall diameter of 229 mm. Half the length (762 mm) of the reactor extended into combustion chamber 60. The outer walls 22 of adjacent reactors were spaced apart by 76 mm. The reactors on the furnace wall were between 102 mm and 127 mm away from it. The gap between the The outer wall 22 and the inner wall 24 were 27.9 mm, that between the inner wall 24 and the plug 46 was 6.4 mm, and that between the cylindrical wall 62 and the outer wall 22 was 31.8 mm. The burner gas channel was filled with 12.7 mm diameter Raschig rings made of alumina. The catalyst was in the form of cylindrical pellets. The process fuel was naphtha, which was used in the catalyst bed as a about 4.5 parts by weight of steam mixed steam entered. The process fuel throughput was about 11.3 kg / h per reactor with a total fuel throughput of about 215 kg / h. A conversion efficiency of 95% and an overall thermal reactor efficiency of 90% were achieved.
In einer Dampf reformierreaktoranlage nach der Erfindung mit einem einzigen röhrenförmigen Reaktor betrug die Reaktorlänge 1524 mm, gemessen ab dem Einlaß 32, und der Reaktor hatte einen Aussenwanddurchmesser von 229 mm. Die Hälfte der Länge (762 mm) des Reaktors erstreckte sich in den Brennraum 60. Die Ofenwand hatte rundum einen Abstand von 76 mm von der Reaktoraußenwand. Der Spalt zwischenIn a steam reforming reactor according to the invention with a In a single tubular reactor, the reactor length was 1524 mm, measured from inlet 32, and the reactor had an outer wall diameter of 229 mm. Half the length (762 mm) of the reactor extended into the combustion chamber 60. The furnace wall was spaced 76 mm from the outer wall of the reactor all around. The gap between
der Außenwand 22 und der Innenwand 24 betrug 27,9 mm, der zwischen der Innenwand 24 und dem Stopfen 46 betrug 6,4 mm und der zwischen der zylindrischen Wand 62 und der äußeren Wand 22 betrug 31,8 Bim. Der Brennergaskanal war mit Aluminium-the outer wall 22 and the inner wall 24 was 27.9 mm, that between the inner wall 24 and the plug 46 was 6.4 mm and that between the cylindrical wall 62 and the outer wall 22 was 31.8 µm. The burner gas duct was made of aluminum
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oxidkugeln mit einem Durchmesser von 12,7 mm gefüllt. Der Katalysator hatte die Form von zylindrischen Pellets. Der Prozeßbrennstoff war Naphtha, welches in das Bett als ein mit etwa 4,5 Gewichtsteilen Wasserdampf vermischter Dampf eintrat. Der Prozeßbrennstoffdurchsatz betrug 12,7 kg/h. Eine Umwandlungsleistung von 88 % und ein thermischer Reaktorgesamtwirkungsgrad von 87 % wurden erzielt.oxide balls with a diameter of 12.7 mm. The catalyst was in the form of cylindrical pellets. The process fuel was naphtha, which was used in the bed as one about 4.5 parts by weight of steam mixed steam entered. The process fuel throughput was 12.7 kg / h. One Conversion efficiency of 88% and an overall thermal reactor efficiency of 87% were achieved.
Die Verteileranordnung und die Brennerkonstruktion, die in den Zeichnungen dargestellt sind, dienen lediglich als Beispiel und sind für die Erfindung oder für einen Teil derselben unkritisch, denn die Erfindung ist bei einem Einzelreaktor innerhalb eines Ofens ebenso anwendbar wie bei vielen Reaktoren, wie vorstehende Beispiele gezeigt haben. Die Erfindung bringt jedoch besondere Vorteile mit sich, wenn mehrere Reaktoren in einem einzigen Ofen angeordnet werden, da sie gestattet, die Reaktoren dicht zu packen, indem sie sowohl eine gleichmäßige als auch eine äußerst wirksame Erhitzung der unteren Teile der Reaktoren sicherstellt.The manifold arrangement and burner construction shown in the drawings are exemplary only and are not critical to the invention or to any part thereof, since the invention is within a single reactor of a furnace as well as many reactors, as the previous examples have shown. The invention brings however, there are particular advantages when several reactors are arranged in a single furnace, since it allows to pack the reactors tightly by providing both an even and extremely effective heating of the lower Secures parts of the reactors.
Dicht gepackte Reaktoren oder Reaktorröhren, wie dieser Begriff hier und in den Ansprüchen gebraucht wird ,stellen eine nichtlineare regelmäßige Anordnung von wenigstens drei Reaktoren dar, wobei die Anordnung das Brennraumvolumen im wesentlichen ausfüllt und wobei die Reaktoren im wesentlichen gleichmäßig verteilt und im wesentlichen in gleichen und engen gegenseitigen Abständen innerhalb des Brennraumvolumens angeordnet sind. Beispielsweise kann, wenn ein zylindrischer Brennraum angenommen wirdpineftiordnung aus drei dicht gepackten Reaktoren die Form eines gleichseitigen Dreiecks haben, mit einem Reaktor an jeder Ecke.Eine Anordnung aus vier dicht gepackten Reaktoren kann die Form eines Quadrates haben, mit einem Reaktor an jeder Ecke.Eine Anordnung mit fünf Reaktoren kann einen zentralen Reaktor enthalten, der durch eine quadratische Anordnung von vier Reakto-Tightly packed reactors or reactor tubes, as this term is used here and in the claims, represent a non-linear one regular arrangement of at least three reactors, the arrangement essentially filling the combustion chamber volume and the reactors being substantially evenly spaced and substantially equally and closely spaced from one another are arranged within the combustion chamber volume. For example, assuming a cylindrical combustion chamber, pinhole order made up of three closely packed reactors in the shape of an equilateral triangle, with one reactor at each Corner. An array of four closely packed reactors can be in the shape of a square, with one reactor at each corner. An array with five reactors can contain a central reactor, which by a square arrangement of four reactors
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ren umgeben ist. Neun Reaktoren können eine quadratische Anordnung aus drei parallelen Reihen mit jeweils drei Reaktoren haben. Eine hexagonale Anordnung mit neunzehn Reaktoren ist in Fig. 2 gezeigt. In allen Fällen empfängt wenigstens ein Teil jedes Reaktors in der Anordnung eine wesentlich geringere Menge an direkter Strahlung von der Brennraumwand. Beispielsweise empfangen Reaktoren an der Hand wesentlich weniger Strahlung auf der von der Hand abgewandten Seite. Außerdem empfangen Teile der Reaktoren eine wesentlich geringere Strahlungsmenge infolge der Blockierung der Strahlung durch andere Reaktoren in der regelmäßigen Anordnung.ren is surrounded. Nine reactors can have a square arrangement from three parallel rows with three reactors each. A hexagonal arrangement with nineteen reactors is shown in FIG. In all cases, at least a portion of each reactor in the assembly receives a substantially smaller one Amount of direct radiation from the combustion chamber wall. For example, reactors on hand receive much less Radiation on the side facing away from the hand. In addition, parts of the reactors receive a much smaller amount Amount of radiation due to the blocking of radiation by other reactors in the array.
Die Erfindung ist nicht auf das Dampf-Reformieren von Kohlenwasserstoffbrennstoffen zur Erzeugung von Hasserstoff beschränkt. Die Wärmeübertragungsprinzipien, auf denen die Erfindung basiert, könnten ebensogut bei anderen endothermen katalytischen Reaktionen angewandt werden. The invention is not limited to the steam reforming of hydrocarbon fuels to produce hate carbon. The heat transfer principles on which the invention is based could just as easily be applied to other endothermic catalytic reactions.
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