CH625827A5 - Reactor installation having a furnace which delivers heat for an endothermic reaction - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Reaktoranlage mit einem Ofen, der Wärme für eine endotherme Reaktion liefert.

Katalytische Reaktoranlagen zum Umwandeln von Kohlenwasserstoffeinsatzgut (Brennstoff) in nützliche technische Gase, wie beispielsweise Wasserstoff, sind bekannt. Der gängigste Prozess zur Erzeugung von Wasserstoff ist das Dampf-Reformieren oder Steam-Reforming eines Kohlenwasserstoffbrennstoffes durch Hindurchleiten desselben durch mit einem Katalysator gefüllte Reaktorröhren, die innerhalb eines Ofens angeordnet sind. In technischen Anlagen erfolgt die Wärmeübertragung auf die Reaktorröhren hauptsächlich durch Abstrahlung von den Ofenwänden. Das erfordert einen relativ grossen Abstand zwischen den Röhren und alle Röhren müssen neben den Wänden des Ofens angeordnet sein, damit jede Röhre durch Abstrahlung von den Wänden gleichmässig erhitzt wird. Es ist deshalb nicht möglich, eine grosse Anzahl von Reaktorröhren kompakt innerhalb des Ofens anzuordnen, da die Röhren an den Wänden viel heisser werden als diejenigen, die von anderen Röhren umgeben sind. Ausserdem werden Teile von einzelnen Röhren, die keine direkte Sichtlinie zu der Ofenwand haben kälter sein als diejenigen Teile derselben Röhre, die eine direkte Sichtlinie zu der Ofenwand haben, woraus sich eine ungleichmässige Umfangsverteilung der Wärme innerhalb gewisser Reaktorröhren ergibt. Das führt zu einer geringeren Lebensdauer der Anlage aufgrund von örtlichen heissen Stellen und verhindert die wirksamste Ausnutzung der Wärmeenergie innerhalb des Ofens.

In einer gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung der Anmelderin (Bezeichnung: «Katalytische Reaktoranlage») ist eine katalytische Reaktoranlage vorgeschlagen, in welcher eine grosse Anzahl von Reaktorröhren, d.h. von Reaktoren innerhalb eines Ofens kompakt angeordnet ist. Der Ofen hat einen Brennraum, innerhalb welchem die Verbrennung des dem Ofen zugeführten Brennstoffes erfolgt. Ein Ende jeder Röhre ist innerhalb des Brennraums angeordnet, während der übrige Teil jeder Röhre von einer zylindrischen Wand umgeben ist, die um jede Röhre einen ringförmigen Kanal begrenzt. Der Ofen und die Reaktorröhren sind so aufgebaut und angeordnet, dass die heissten Gase innerhalb des Brennraums diesen über die ringförmigen Kanäle um jede Röhre verlassen.

Das Ziel des oben genannten Vorschlages und der Erfindung sind ein hoher thermischer Reaktorwirkungsgrad und eine lange Lebensdauer. Zur Erreichung dieses Ziels müssen mehrere Faktoren beachtet werden. Die einheitliche Ausnutzung der Wärmeenergie innerhalb des Ofens durch die Reaktoren ist ein wichtiger Faktor. Ein weiterer Faktor ist die Umfangsgleichmässigkeit der Temperatur um jeden Reaktor an jedem besonderen axialen Ort. Wenn eine grosse Anzahl von in engem Abstand angeordneten Reaktoren innerhalb eines Ofens vorhanden ist, bringt das Erhitzen der Reaktoren innerhalb des Brennraums besondere Probleme mit sich. Beispielsweise erzeugt das tatsächliche Verbrennen des Brennstoffes innerhalb des Brennraums sehr hohe Temperaturen und infolgedessen erfolgt eine beträchtliche Wärmeabstrahlung von der Flamme und von den Wänden des Brennraums. Die Strahlungswärme beeinflusst nur diejenigen Teile der Reaktoren, die eine direkte Sichtlinie zu der Strahlungswärmequelle haben. Reaktoren an der Brennraumwand empfangen beträchtlich mehr Wärme als andere Reaktoren und ausserdem wird jeder von ihnen auf einer Reaktorseite auf eine viel höhere Temperatur erhitzt als auf der anderen. Ein Aspekt der Erfindung ist es, dieses Überhitzen und diese ungleichmässige Erhitzung der Reaktoren an der Brennraumwand zu minimieren. Selbst wenn eine übermässige Strahlungserhitzung der Reaktoren an der Wand verhindert werden könnte, besteht weiter allgemein die Tendenz, dass Reaktoren, die weiter von der Brennraumwand entfernt und durch andere Reaktoren umgeben sind, weniger Wärme empfangen. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, eine gleichmässigere Erhitzung sämtlicher Reaktoren ungeachtet ihrer Position innerhalb des Ofens zu erzielen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer kompakten katalytischen Reaktoranlage, die gleichzeitig eine grössere Lebenserwartung hat und äusserst wirksam arbeitet.

Die erfindungsgemässe Reaktoranlage mit einem Ofen, der Wärme für eine endotherme Reaktion liefert, ist gekennzeichnet durch einen Teil mit erhöhter Heizleistung und einer Wandanordnung, die einen Brennraum begrenzt, und ausserdem mit einer zugeordenten Auslasseinrichtung und mit dem Brennraum zugeordneten Mitteln versehen ist, die Brennstoff und ein Oxydationsmittel in den Brennraum einleiten; durch mehrere mindestens annähernd in dichtester Packung angeordnete röhrenförmige Reaktoren, die innerhalb des Ofens angeordnet sind und jeweils einen innerhalb des Brennraums angeordneten ersten Teil sowie einen zweiten Teil aufweisen, der eine Verlängerung des ersten Teils und innerhalb des Ofenteils mit erhöhter Heizleistung angeordnet ist, wobei dieser Ofenteil eine Einlass Vorrichtung, die mit dem Brennraum in G as Verbindung steht und eine Auslassvorrichtung, die mit der Auslasseinrichtung in Gasverbindung steht, aufweist; und durch eine innerhalb des Brenniaums angeordnete Abschirmkörperanordnung zur Verringerung von Temperaturdifferenzen der Reaktoren untereinander, die Abschirmeinrichtungen enthält, welche zwischen der Brennraumwandanordnung und den dieser Wandanordnung benachbarten Reaktoren angeordnet sind, um die Strahlungserwärmung der ersten Teile der Reaktoren, die der Wandanordnung benachbart sind, zu verringern.

In einer Ausführungsform können die Abschirmeinrichtungen Hülsen sein, die mit Abstand um die ersten Teile der Reaktoren und von der Wandanordnung angeordnet sind und um jeden ersten Teil einen Ring begrenzen, wobei jeder Ring eine Gaseinlassvorrichtung, die dem heissen Gas innerhalb des Brennraums gestattet, in die Ringe zu strömen, und eine Gasauslassvorrichtung aufweist, die mit dem Ofenteil mit erhöhter Heizleistung in Gasverbindung steht.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Teilvertikalschnittansicht einer katalytischen Reaktoranlage nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Anlage von Fig. 1 im wesentlichen auf der Linie 2-2 von Fig. 1,

Fig. 3 eine Teilvertikalschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der katalytischen Reaktoranlage nach der Erfindung,

Fig. 4 einen Teilquerschnitt durch die Anlage von Fig. 3 im wesentlichen auf der Linie 4-4 von Fig. 3,

Fig. 5 eine Teilvertikalschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der katalytischen Reaktoranlage nach der Erfindung,

Fig. 6 eine Ansicht auf einen Teil einer weiteren Ausführungsform einer katalytischen Reaktoranlage nach der Erfindung gemäss der Linie 6-6 in Fig. 7, und

Fig. 7 einen Schnitt nach Linie 7-7 der Fig. 6.

Als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die katalytische Reaktoranlage 10 von Fig. 1 und 2 betrachtet. In dieser s

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Ausführungsform 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 Brennstoffverteiler 16 und mit einem Luftverteiler 18. Innerhalb des Ofens 12 sind mehrere dicht gepackte röhrenförmige Reaktoren 20 angeordnet.

Jeder Reaktor 20 hat eine äussere zylindrische Wand 22 und eine innere zylindrische Wand oder ein Mittelrohr 24, die zwischen sich eine ringförmige Reaktionskammer 26 begrenzen. Die Reaktionskammer 26 ist mit Dampfreformierkataly-satorpellets 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 24 hat ein oberes Einlassende 42 und ein unteres Auslassende 44. Das Einlassende 42 endigt unterhalb der Endkappe 40, so dass das Mittelrohr 24 in Gasverbindung mit dem Auslass 36 der Reaktionskammer 26 ist.

Innerhalb des Mittelrohres 24 ist ein zylindrischer Stopfen 46 angeordnet, dessen Aussendurchmesser etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Mittelrohres, so dass sie zwischen sich eine ringförmige Regenerationskammer 48 begrenzen, 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 Regenerationskammer 48 strömen müssen. Der Abstand zwischen dem Stopfen 46 und dem Mittelrohr 24 wird durch Ausbauchungen 52 in der Stopfenwand aufrechterhalten.

In den Reaktoren in diesem Ausführungsbeispiel hat die Reaktionskammer 48 die Aufgabe, Wärme von den den Auslass 36 verlassenden Reaktionsprodukten zurück in das Katalysatorbett der Reaktionskammer 26 zu leiten. Deshalb wird bei dieser Ausführungsform der Auslass 54 der Reaktionskammer 48 als neben dem Einlass 32 des Katalysatorbettes statt als an dem Auslassende 44 des Mittelrohres angeordnet angesehen, und zwar trotz der Tatsache, dass der tatsächliche Ring, den der Stopfen 46 und das Mittelrohr 24 zwischen sich begrenzen, 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.

Die Regenerationskammer 48 ist von den heissen Ofengasen im wesentlichen isoliert. 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 Regenerationskammer 48 zu verhindern. Nur Eigenwärme, die bereits in den Reaktionsprodukten am Auslass 36 vorhanden ist, wird auf die Reaktionskammer übertragen.

Jeder Reaktor 20 kann als ein Reaktor aufgefasst werden, der einen oberen Teil 56 und einen unteren Teil 58 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 worden sind, stattfindet. Dieser Raum 60 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 Vermischen der Gase darin gekennzeichnet.

Der untere Teil 58 jedes Reaktors ist innerhalb eines Teils des Ofens angeordnet, der im folgenden als Ofenteil mit erhöhter Heizleistung bezeichnet wird, und zwar in Anbetracht dessen, dass er so aufgebaut und ausgelegt ist, dass der Wär-meübertragungswirksamkeitsgrad, wie etwa zwischen den Ofengasen und den unteren Teilen der Reaktoren, erhöht wird. In dieser Ausführungsform ist der untere Teil 58 jedes Reaktors von einer zylindrischen Wand 62 oder einem zylindrischen Kanal 64 umgeben, der im Abstand von der Wand 22 angeordnet ist und mit dieser einen ringförmigen Brennergaskanal 64 begrenzt, der einen Einlass 66 und einen Auslass 67 hat. 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 Aluminiumoxid besteht. Der Zwischenraum 72 zwischen benachbarten Kanälen 64 ist mit einem nichtwärmeleitenden Material, wie beispielsweise einer Keramikfaserisolierung, gefüllt, das auf einer Platte 74 ruht, die sich über den Ofen erstreckt und in der Löcher gebildet sind, durch welche die Reaktoren 20 hindurchgehen. Die Platte 74 und das Material innerhalb des Zwischenraums 72 hindern die Ofengase daran, um die Aus-senseite der zylindrischen Wände oder Kanäle 62 zu strömen. Weitere Einzelheiten hinsichtlich der Verbesserung der Wärmeübertragung über die unteren Teile der Reaktoren 20 finden sich in der eingangs erwähnte, gleichzeitig eingereichten Anmeldung.

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 Verteiler. Die Platte 80 ruht auf der Bodenwand 82 des Ofens. Die Platten 78 und 80 begrenzen zwischen sich einen Reaktionsproduktverteiler 84. Die Platten 76 und 78 begrenzen zwischen sich einen Prozessbrennstoffeinlassverteiler 86. 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.

Abschirmbleche in Form von Hülsen 90 umgeben die oberen Teile 56 jedes Reaktors. Diese Hülsen sind aus rostfreiem Stahl hergestellt. Die Hülsen 90 um die Reaktoren neben der Brennraumwand 89, die im folgenden als äussere Hülsen bezeichnet werden, bestehen aus rostfreiem Stahl und schirmen diese Reaktoren vor der Hitze ab, die durch die Brennraumwände abgestrahlt wird. Die Hülsen um die übrigen Reaktoren werden im folgenden als innere Hülsen bezeichnet. Diese inneren Hülsen strahlen Wärme an umgebende Hülsen ab und sind bestrebt, Temperaturfehlverteilungen innerhalb des Brennraums auszugleichen und dadurch Umfangstempera-turdifferenzen um einzelne Reaktoren herum zu verringern. Es sei jedoch beachtet, dass es im Rahmen der Erfindung liegt, Hülsen oder Abschirmungen nur für diejenigen Reaktoren vorzusehen, die sich an der Brennraumwand befinden, oder nur für diejenigen Teile von Reaktoren, die direkte Strahlungswärme von den Wänden empfangen, da eine beträchtliche und lohnende Verbesserung auch allein dadurch erzielt werden kann.

Ausserdem brauchen nicht alle Hülsen 90 dieselbe Länge zu haben. Die Anordnung und die Form der Hülsen oder Abschirmbleche werden auf die besondere regelmässige Anordnung von Reaktoren massgeschneidert, mit dem Endziel, die gleiche oder eine sehr gleichartige Umgebung um jeden Reaktor an jeder besonderen axialen Stelle und umfangsmässig um jeden Reaktor herum zu haben. (Die axialen Temperaturen werden verschieden sein, da die Ofengase s

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im allgemeinen kühler werden, wenn sie bei ihrer Wegbewegung von den Brennerdüsen 14 Wärme an die Reaktoren abgeben.) Der maximale thermische Reaktorwirkungsgrad und die grösste Lebensdauer können nicht erzielt werden, wenn ein Reaktor heisser ist als ein anderer oder wenn eine Seite eines Reaktors heisser ist als die andere Seite.

Die Kanäle 64 erstrecken sich bei dieser Ausführungsform in der gleichen Richtung wie die Ringe 92, die zwischen den Hülsen 90 und den Reaktoren 20 gebildet sind. Die Konvek-tionswärmeübertragung auf die oberen Teile 56 der Reaktoren wird durch die Verwendung der Hülsen 90 verbessert und ist von besonderem Vorteil, wenn man sich weiter von den Brennerdüsen wegbewegt, wo die Gastemperaturen etwas niedriger sind und ein besserer Wärmeübertragungswirksamkeitsgrad erwünscht ist. Strahlungserwärmung macht zwar noch einen beträchtlichen Teil der Wärmeübertraung in den Brennraum aus, sie ist jedoch nun gleichmässiger auf die Reaktoren verteilt.

Im Betrieb tritt ein Gemisch aus Dampf und reformierbarem Kohlenwasserstoffbrennstoff aus dem Verteiler 86 in den Einlass 32 der Reaktionskammer 26 über Löcher 91 in der Wand 22 ein. Der Verteiler 86 wird über eine Leitung 93 versorgt. Sofort beginnt die Erhitzung des Gemisches durch die im Gegenstrom zu ihm durch den Kanal 64 strömenden Ofengase, und in Gegenwart der Katalysatorteilchen 28 beginnt das Gemisch 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.

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 60. Die äusseren Hülsen 90, die die Reaktoren an der Brennraumwand umgeben, schützen die Reaktoren vor zu viel Strahlungswärme von der Wand. Die anderen Hülsen unterstützen die gleichmässige Verteilung der Wärme auf die Reaktoren und um diese herum. Die heissen Gase treten in die Einlasse 104 der Ringe 92 ein, gehen durch die Kanäle 64 hindurch und verlassen den Ofen über die Leitung 103, wobei sie Wärme an die Reaktoren abgeben, wenn sie über deren Oberfläche hinweggehen.

Die Erfindung gestattet, viele Reaktoren in einer dicht gepackten Anordnung innerhalb eines Ofens anzuordnen, indem eine relativ gleichmässige Wärmeverteilung auf alle Reaktoren (einschl. derjenigen in der Mitte einer grossen regelmässigen Anordnung) sichergestellt wird und eine übermässige und ungleichmässige Erhitzung von Reaktoren an der Ofenwand verhindert wird.

Es ist klar, dass die Verteileranordnung und die Brennerkonstruktion, die in den Zeichnungen dargestellt sind, lediglich als Beispiele dienen und für die Erfindung unkritisch sind. Ausserdem beschränkt sich die Erfindung nicht auf das Dampf-Reformieren von Kohlenwasserstoffbrennstoffen zur Erzeugung von Wasserstoff. Die Wärmeübertragungsprinzipien, auf denen die Erfindung basiert, könnten in gleicher

Weise bei anderen endothermen Reaktionen angewandt werden.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen gleiche Elemente wie in den Fig. 1 und 2. In dieser Ausführungsform sind die äusseren Hülsen 90 durch Abschirmungen 200 ersetzt worden. Jede Abschirmung 200 sitzt auf der Oberseite des Reaktors und umgibt teilweise die oberen zwei Drittel der Länge desjenigen Teils des Reaktors 20, der innerhalb des Brennraums 60 angeordnet ist. Der umschlossene oder abgeschirmte Teil ist derjenige Teil, der der Brennraumwand zugewandt ist und der sonst der direkten Strahlungserwärmung von dieser Wand her und den höchsten Brennraumtemperaturen ausgesetzt sein würde. Diejenige Seite des Reaktors, die von der Brennraumwand abgewandt ist, ist unbedeckt. Das gestattet, eine gleich-mässigere Umfangstemperaturverteilung an dem Reaktor zu erzielen und ermöglicht einen Heissgasstrom zwischen der Abschirmung 200 und dem Reaktor. Eine Wärmeisolation 201 ist zwischen der Endkappe 40 und der Abschirmung 200 angeordnet. Die Gastemperaturen und damit die Strahlungserhitzung sind in dem unteren Drittel des Brennraums etwas geringer, da die Energie innerhalb des Brennraums bereits an die obersten Teile der Reaktoren abgegeben worden ist. Abschirmkörper oder Hülsen können deshalb in diesem Bereich weggelassen werden. Reaktoren, welche nicht der Wand des Brennraums benachbart sind, sind jeweils mit einer wärmeleitenden Hülse 202 versehen, die sich etwa über die unteren zwei Drittel desjenigen Teils des Reaktors erstreckt, der innerhalb des Brennraums angeordnet ist. Das gestattet, eine gleichmässigere Wärmeverteilung auf und um die Reaktoren durch Strahlung und durch Wärmeleitung zu erzielen.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist jeder Reaktor 20 von einer Hülse 204 umgeben, in welcher Ausschnitte oder Schlitze 206 gebildet sind. Die Ausschnitte gestatten den heissen Gasen innerhalb des Brennraums in den ringförmigen Kanal 208, der die Reaktoren umgibt, an verschiedenen Punkten auf der Länge der Reaktoren einzutreten. Die Grösse, die Gestalt und die Anordnung der Ausschnitte 206 und die Längen der Hülsen 204 können massgeschneidert werden, so dass gleichmässige Temperaturen der Reaktoren untereinander und um die Reaktoren herum erzielt werden können. Selbstverständlich können Ausschnitte auch bei allen anderen oben beschriebenen Ausführungsformen benutzt werden, wenn das zur Verbesserung der Temperaturgleichmässigkeit für erforderlich oder wünschenswert erachtet wird. Für jede besondere regelmässige Anordnung von Reaktorröhren wird wahrscheinlich ein Experimentieren mit verschiedenen Mustern erforderlich sein, um die besten Ergebnisse zu erzielen.

Die Ausführungsform in den Fig. 6 und 7 zeigt eine weitere Abschirmkörperfiguration, die hier als Rasterkonstruktion bezeichnet wird. In dieser Ausführungsform sind rechteckige Hülsen 218 um jeden Reaktor 20 herum angeordnet, wobei kreuzweise ineinander greifende Platten 220 benutzt werden.

Beispiel

In einer Dampfreformierreaktoranlage mit 19 Reaktorröhren ähnlich der in den Fig. 3 und 4 gezeigten und in einer regelmässigen Anordnung, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, war jeder Reaktor etwa 1524 mm lang, gemessen ab dem Einlass 32, und hatte einen Aussenwanddurchmesser von 229 mm. Die Hälfte der Länge (762 mm) des Reaktors erstreckte sich in den Brennraum 60. Die Hülsen 202 waren 508 mm lang. Etwa 76 mm trennten die Aussenwände 22 von benachbarten Reaktoren. Die Reaktoren an der Ofenwand hatten von dieser einen Abstand von 102 mm bis 127 mm. Der Spalt zwischen der Hülse 202 und der Aussenwand 22 betrug 6,4 mm, zwischen der Aussenwand 22 und der Innenwand 24 25,4 mm,

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zwischen der Innenwand 24 und dem Stopfen 46 6,4 mm und zwischen dem Kanal 62 und der Aussenwand 22 31,8 mm. Die Abschirmungen 200 waren 457 mm lang und umschlossen ihre zugeordneten Reaktoren in einem Bereich von 180°. Die Hülsen 202 und die Abschirmungen 200 waren aus rostfreiem Stahl hergestellt. Der Brennergaskanal war mit 12,7-mm-Raschigringen aus Aluminiumoxid gefüllt. Der Katalysator lag in Form von zylindrischen Pellets vor.

Der Prozessbrennstoff war Naphta, das in das Katalysatorbett als ein Dampf eintrat, der mit etwa 4,5 Gewichtsteilen Wasserdampf vermischt war. Der Prozessbrennstoffdurchsatz betrug etwa 11,3 kg/h pro Reaktor bei einem Gesamtbrennstoffdurchsatz von etwa 215 kg/h.

Eine Umwandlungsleistung von 95 % und ein thermischer Reaktorgesamtwirkungsgrad von 90% wurden erzielt. Die maximale Durchschnittstemperaturänderung von Reaktorröhre zu Reaktorröhre oder umfangsmässig um eine bestimmte Reaktorröhre herum an demselben axialen Ort wurde auf ungefähr 15,6°C gehalten. Das ist mit einer maximalen Durchschnittstemperaturänderung von etwa 121°C in einem Test vergleichbar, bei welchem eine regelmässige Anordnung aus sieben Reaktorröhren (eine Reaktorröhre, die von sechs Reaktorröhren umgeben ist) zu vergleichen, die keine Abschirmkörper, d.h. Abschirmungen oder Hülsen in dem Brennraumbereich hatte.

Obgleich in den Figuren nicht dargestellt, sollten Mittel vorgesehen sein, die eine Fluidisierung des Katalysatorbettes infolge des aufwärts strömenden Prozessgases verhindern.

Der in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendete Begriff der dicht gepackten Reaktoren oder Reaktorröhren bedeutet eine nichtlineare regelmässige Anordnung von wenigstens drei in engem Abstand angeordneten Reaktoren, wobei die regelmässige Anordnung das Brennraumvolumen im wesentlichen ausfüllt und wobei die Reaktoren im wesent-s liehen gleichmässig verteilt und in im wesentlichen gleichmässi-gen Abständen innerhalb des Brennraumvolumens sowie in engem gegenseitigem Abstand angeordnet wird, eine regelmässige Anordnung aus drei dicht gepackten Reaktoren in Form eines gleichseitigen Dreickes mit einem Reaktor an jeder Ecke; eine regelmässige Anordnung aus vier dicht gepackten Reaktoren in Form eines Quadrats mit einem Reaktor an jeder Ecke; eine regelmässige Anordnung aus fünf Reaktoren, mit einem zentralen Reaktor, der durch eine quadratische Anordnung von vier Reaktoren umgeben ist. Neun Reaktoren könnten in einer quadratischen Anordnung aus drei parallelen Reihen von jeweils drei Reaktoren angeordnet werden. Eine hexagonale Anordnung von 19 Reaktoren ist in Fig. 2 gezeigt. In allen Fällen empfängt wenigstens ein Teil jedes Reaktors in der regelmässigen Anordnung eine wesentlich geringere Menge an direkter Strahlung von der Brennraumwand. Beispielsweise empfangen Reaktoren an der Wand wesentlich weniger Strahlung auf der von der Wand abgewandten Seite. Ausserdem empfangen Teile von Reaktoren eine wesentlich geringere Strahlungsmenge infolge der Blockierung der Strahlung durch andere Reaktoren in der regelmässigen Anordnung.

Unter dem in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendeten Begriff «Brennraum» ist das Volumen des Ofens zu verstehen, innerhalb welchem die tatsächliche Verbrennung stattfindet.

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Reaktoranlage (10) mit einem Ofen (12), der Wärme für eine endotherme Reaktion liefert, gekennzeichnet durch einen Teil mit erhöhter Heizleistung und einer Wandanordnung (89), die einen Brennraum (60) begrenzt, und ausserdem mit einer zugeordneten Auslasseinrichtung (103) und mit dem Brennraum (60) zugeordneten Mitteln versehen ist, die Brennstoff (16) und ein Oxydationsmittel (18) in den Brennraum (60) einleiten; durch mehrere mindestens annähernd in dichtester Packung angeordnete röhrenförmige Reaktoren (20), die innerhalb des Ofens (12) angeordnet sind und jeweils einen innerhalb des Brennraumes (60) angeordneten ersten Teil (56) sowie einen zweiten Teil (58) aufweisen, der eine Verlängerung des ersten Teils (56) und innerhalb des Ofenteils mit erhöhter Heizleistung angeordnet ist, wobei dieser Ofenteil eine Einlassvorrichtung (104), die mit dem Brennraum (60) in Gasverbindung steht, aufweist; und durch eine innerhalb des Brennraums (60) angeordnete Abschirmkörperanordnung zur Verringerung von Temperaturdifferenzen der Reaktoren (20) untereinander, die Abschirmeinrichtungen (90) enthält, welche zwischen der Brennraumwandanordnung (89) und den dieser Wandanordnung (89) benachbarten Reaktoren (20) angeordnet sind, um die Strahlungserwärmung der ersten Teile (56) der Reaktoren (20), die der Wandanordnung (89) benachbart sind, zu verringern.
2. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmeinrichtungen Hülsen (90) sind, die mit Abstand um die ersten Teile (56) der Reaktoren (20) und von der Wandanordnung (89) angeordnet sind und um jeden ersten Teil (56) einen Ring (92) begrenzen, wobei jeder Ring (92)

   eine Gaseinlassvorrichtung (104), die dem heissen Gas innerhalb des Brennraums (60) gestattet, in die Ringe (92) zu strömen und eine Gasauslassvorrichtung (67) aufweist, die mit dem Ofenteil mit erhöhter Heizleistung in Gasverbindung steht.
3. 3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmkörperanordnung ausserdem Hülsen (90) enthält, die die ersten Teile (56) von Reaktoren (20), welche nicht unmittelbar im Bereich der Wandanordnung (89) angeordnet sind, umgeben, mit Abstand von diesen (20) angeordnet sind und um jeden ersten Teil (56) herum einen Ring (92) begrenzen, wobei die Ringe (92) jeweils eine Einlassvorrichtung (104), die heissen Gasen innerhalb des Brennraums (60) gestattet, in die Ringe (92) zu strömen und eine Auslassvorrichtung (66) aufweisen, die in Gasverbindung mit dem Ofenteil mit erhöhter Heizleistung steht, wobei die Hülsen (90), die Einlassvorrichtung (104) der Ringe (92) und die Abschirmein-richtungen so aufgebaut und angeordnet sind, dass sich der erste Teil (56) jedes Reaktors im wesentlichen in derselben Heizumgebung befindet.
4. 4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofenteil mit erhöhter Heizleistung eine Wandanordnung (62) aufweist, die mit Abstand von dem zweiten Teil (58)

   jedes Reaktors (20) um diesen herum angeordnet ist und mit diesem einen ringförmigen Brennergaskanal (64) begrenzt, wobei jeder Kanal (64), der durch diese Wandanordnung (62) begrenzt wird, sich parallel zu dem Brennergaskanal erstreckt, der seinen zugeordneten Reaktor (20) umgibt.
5. 5. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmkörperanordnung Hülsen (90) um die ersten Teile (56) von sämtlichen Reaktoren (20) enthält, welche mit Abstand von diesen (20) angeordnet sind und um die ersten Teile (56) herum jeweils Ringe (92) begrenzen, welche jeweils eine Einlassvorrichtung (104), welche heissen Gasen innerhalb des Brennraums (60) gestattet, in die Kanäle (92) zu strömen und eine Auslassvorrichtung (66) aufweisen, die in Gasverbindung mit dem Ofenteil mit erhöhter Heizleistung steht, wobei die Hülsen (90) und die Einlassvorrichtungen (104) der Ringe (92) so aufgebaut und angeordnet sind, dass sich der erste Teil

   (56) jedes Reaktors im wesentlichen in derselben Heizumgebung befindet.
6. 6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofenteil mit erhöhter Heizleistung eine Wandanordnung (62) aufweist, die den zweiten Teil (58) jedes Reaktors (20) umgibt, mit Abstand von diesem angeordnet ist und einen ringförmigen Brennergaskanal (64) mit diesem begrenzt, welcher sich koaxial zu und neben den Reaktoren (60) erstreckt, wobei jeder Ring (92), der den ersten Teil (56)

   seines zugeordneten Reaktors (20) umgibt, sich parallel zu dem Brennergaskanal (64) erstreckt, der denselben Reaktor umgibt.
7. 7. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennergaskanäle (62) jeweils mit Wärmeübertragungs-packungsmaterial (70) gefüllt sind.
8. 8. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine Dampfreformieranlage ist und dass die Reaktoren (20) jeweils einen Dampfreformierkatalysator (28) enthalten.
9. 9. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktoren (20) innerhalb des Ofens (12) vertikal angeordnet sind und dass die ersten Teile (56) die oberen Teile der Reaktoren sind.
10. 10. Anlage nach Anspruch 1 zur katalytischen Dampfrefor-mierung mit einem Ofen, der Wärme für die Dampfreformierreaktion liefert, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktoren innerhalb des Ofens vertikal angeordnet sind und jeweils eine innere (46, 24) und eine äussere (24, 22) Wandanordnung aufweisen, die zwischen sich je eine ringförmige Reaktionskammer (26, 48) begrenzen, welche einen Dampfreformierkatalysator (28) aufnimmt, wobei die Reaktionskammern (26, 48) jeweils einen ersten Teil und einen zweiten Teil sowie ein Einlassende (32,49) und ein Auslassende (36, 54) haben, wobei der erste Teil das Auslassende (36) aufweist und innerhalb des Brennraums (60) angeordnet ist, während der zweite Teil ausserhalb des Brennraums angeordnet ist, wobei ferner jede Reaktionskammer (26,48) eine zugeordnete Vorrichtung (52) hat, die eine ringförmige Regenerationskammer koaxial und benachbart zu der Reaktionskammer und im Abstand einwärts von dieser begrenzt, wobei die Regenerationskammer ein Einlassende und ein Auslassende hat und wobei das Einlassende der Regenerationskammer sämtliche Reaktionsprodukte von dem Reaktionskammerauslassende aufnimmt, wobei die Regenerationskammer die Reaktionsprodukte im Gegenstrom zu dem durch die Reaktionskammer hindurchgehenden Strom leitet und so ausgebildet ist, dass nur Eigenwärme, die bereits in den Reaktionsprodukten an dem Auslassende der Reaktionskammer enthalten ist, zurück in die Reaktionskammer übertragen wird; und gekennzeichnet durch eine Abschirmkörperanordnung (90), die innerhalb des Brennraums (60) angeordnet ist und dazu dient, Temperaturdifferenzen der Reaktoren (20) untereinander zu reduzieren, mit Abschirmeinrichtungen (90), die zwischen der Brennraumwandanordnung (89) und den dieser Wandanordnung (89) benachbarten Reaktoren (20) angeordnet sind und die Strahlungserhitzung der ersten Teile der Reaktoren (20) an dieser Wandanordnung verringern, mit Hülsen, die mit Abstand von den ersten Teilen der anderen Reaktoren und um diese herum angeordnet sind und um den ersten Teil von jedem der anderen Reaktoren einen Ring begrenzen, wobei jeder Ring eine Gaseinlassvorrichtung aufweist, die dem heissen Gas innerhalb des Brennraums gestattet, in den Ring zu strömen; und durch eine Wand, die den zweiten Teil jedes Reaktors mit Abstand umgibt und mit diesen ringförmige Brennergaskanäle begrenzt, die koaxial zu und an jedem Reaktor angeordnet sind, wobei die die ersten Teile der Reaktoren umgebenden Ringe sich parallel zu den Brennergaskanälen ihrer zugeordneten Reaktoren erstrecken und das heisse Ofengas in Gegen2

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    625 827

    ström zu dem durch die Reaktionskammer hindurchgehenden Strom leiten, um an diesen Wärme abzugeben.
11. 11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Teile (56) die oberen Teile der Reaktoren (20) sind.